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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: