Química general
Jorge GaticaFacultad de Ingeniería
Universidad San Sebastián
Métodos científicos
Una hipótesis es una explicación tentativa o predicción que concierne algún fenómeno.
Una teoría provee explicaciones de fenómenos naturales observados y predicciones que pueden ser probados en experimentos posteriores (e independientes).
Una ley científica es un resumen de patrones observados en enormes colecciones de datos. A menudo se expresan estos patrones en fórmulas matemáticas.
Mediciones científicas
Los científicos –a nivel planetario- usan un sistema común de medida llamado SI (Sistema Internacional de Medidas).
Algunos prefijos comunes
Comparación dealgunas unidades SI
Presión atmosférica y el barómetro
Presión atmosférica y el barómetro
Presión atmosférica y el barómetro Unidades SI: 1 N = 1 kg.m/s2; 1 Pascal = 1 N/m2. Presión atmosférica se mide con un barómetro. Si se inserta un tubo en un recipiente de
mercurio abierto a la atmósfera, el mercurio subirá 760 milímetros.
La presión atmosférica estándar es la requerida para soportar 760 mm de Hg en una columna.
Unidades: 1 atm = 760 mm Hg = 760 torriceli = 1.01325 × 105 Pa = 101.325 kPa.
Comparación deescalas de temperatura
Modelo científico de un gas
La ley de Charles para los gases:
Temperatura-Volumen
Método de resolución de problema
Mucho del estudio de química involucra resolver problemas.
Muchos problemas de química requieren de cálculos y entregan respuestas cuantitativas (numéricas).
El método de conversión de unidades es útil para resolver muchos problemas de química.
Método de conversión de unidades
Permite el cálculo de una respuesta con diferentes unidades que las unidades dadas en el problema.
Una conversión entre unidades se consigue a través de un factor de conversión.
Ejemplo de un factor de conversión:
1 kilógramo = 2,205 libras.
Factores de conversión
Usando factores de conversión
Primero, identificar la información dada en el problema.
Segundo, identificar la unidad deseada como la solución al problema.
Tercero, multiplicar la información dada por el factor de conversión tal que el numerador del factor de conversión contenga la unidad deseada.
Ejemplo de conversión de unidades
¿Cuántos centímetros hay en 26 pulgadas?
Dados: 26 pulgadas = Deseados: ? centímetros
26 pulgadas x 2,54 centímetros/1pulgada =
66 centímetros
Problemas complejos de conversión
A veces, podría requerirse varios factores de conversión para convertir la unidad dada en la unidad solicitada.
Cada factor de conversión adicional debería tener la misma unidad en su denominador como la unidad en el numerador previo.
Densidad
Densidad es la masa por unidad de volumen de una sustancia.
Ecuación: d = m / V Unidades de densidad:
Sólidos: [gramos/cm3 ] Líquidos: [g/mL] Gases: [g/L]
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Densidades de sustancias comunes
Estimación
Puede ser útil para determinar cuando una respuesta obtenida es “razonable” (sentido común).
A veces, una respuesta aproximada es aceptable porque no existen suficientes datos para hacer un cálculo preciso.
La mayoría de las veces, sólo se requiere un cálculo grueso.
Problemas conceptuales
Los ejemplos y ejercicios conceptuales pueden ser cualitativos o cuantitativos.
Estas soluciones podrían requerir cálculos, estimaciones simples o explicaciones verbales.
A veces podría ser necesario evaluar qué parte de la información dada es relevante y qué parte es insignificante.
Resumen
El método científico involucra hacer observaciones, formular hipótesis, recolectar datos al hacer experimentos y formular teorías y leyes.
La materia está hecha de átomos y moléculas y puede ser subdividida en dos categorías: sustancias y mezclas.
Los cambios físicos exhiben ningún cambio en composición ni propiedades esenciales, sólo apariencia.
Los cambios químicos exhiben un cambio en composición o en propiedades esenciales.
Resumen (continuación)
Cuatro cantidades básicas de medida: masa, longitud, tiempo y temperatura.
Al informar cantidades calculadas, debe ponerse especial atención al concepto de cifras significativas.
La precisión y exactitud son indicadores importantes de la validez y factibilidad de un conjunto de medidas.
Muchos problemas de química pueden ser resueltos usando el método de conversión de unidades.
Densidad es una medida de la masa de un objeto por unidad de volumen.
Un curso de 15 estudiantes organiza una fiesta.
Cada estudiante consigue a tres invitada/os (distinta/os).
Cada invitada/os consigue a tres invitada/os (distinta/os).
Todos asisten.
A.- ¿Cuánta/os personas participan en la fiesta?
B.- Si se repite la fiesta la próxima semana y cada invitada/o trae a tres personas más, ¿cuánto suma el total de asistentes?
Ejercicio
Combinando varios factores en un cálculo:
Potasio-40 es uno de los pocos isótopos radioactivos que ocurren naturalmente en los elementos de menor número atómico. Su abundancia porcentual entre los isótopos de K es 0.012%. ¿Cuántos átomos de 40K ingiere al beber una taza de leche que contiene 371 miligramos de K?
Ejemplo
Combinando varios factores en un cálculo: masa molar, la constante de Avogadro, porcentaje de abundancia.
Potasio-40 es uno de los pocos isótopos radioactivos que ocurren naturalmente en los elementos de menor número atómico. Su abundancia porcentual entre los isótopos de K es 0.012%. ¿Cuántos átomos de 40K ingiere al beber una taza de leche que contiene 371 miligramos of K?
Desea átomos of 40K, necesita átomos de K,
desea átomos de K, necesita moles de K,
desea moles de K, necesita masa and mol(K).
Ejemplo
Convertir estrategia en plan
mK(mg) x (1g/1000mg) mK (g) x 1/MK (mol/g) nK(mol)
Convertir masa de K(mg K) en moles de K (mol K)
Convertir moles de K en átomos de 40K
nK(mol) x NA átomos K x 0.012% átomos 40K
nK = (371 mg K) x (10-3 g/mg) x (1 mol K) / (39.10 g K)
= 9.49 x 10-3 mol K
y plan en acción
átomos 40K = (9.49 x 10-3 mol K) x (6.022 x 1023 átomos K/mol K)
x (1.2 x 10-4 40K/K)
= 6.9 x 1017 40K átomos