01a Q Agr 2014-I.pdf
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MATERIA, PROPIEDADES, CAMBIOS DE ESTADO, MEZCLA Y
COMBINACIN. INTRODUCCIN A LA ESTRUCTURA DEL TOMO,
ENERGA
OSCAR SANTISTEBAN ROJAS
SEMANA 01
2014-I
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QU ES LA QUIMICA?
Ciencia experimental que estudia las sustancias (materia), especialmente su estructura, composicin, propiedades y transformaciones.
Por materia entendemos todo aquello que ocupa un espacio fsico por ejemplo agua, aire, madera, el cuerpo humano
Los diferentes tipos de materia se reconocen por sus distintas propiedades, estas se clasifican:
Propiedades fsicas: olor, color, densidad, temperatura de fusin
Propiedades qumicas: reactividad, pH, entalpas de formacin
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CLASIFICACIN DE LA QUMICA QUMICA ORGNICA: estudia la materia en cuya estructura
se encuentran tomos de carbono QUMICA INORGNICA: estudia la materia en cuya estructura no se encuentran tomos de carbono. QUMICA ANALTICA: identifica cualitativa y cuantitativamente las sustancias presentes en una muestra. QUMICA FSICA: incorpora los mtodos de la Fsica, adaptndolos a procesos qumicos. BIOQUMICA: estudia las reacciones qumica que tiene lugar en sistemas biolgicos.
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Productos qumicos de uso diario
Leja (hipoclorito de sodio NaClO),
Alcohol etlico (etanol C2H5OH),
Acido Muriatico (cido clorhdrico HCl),
Vinagre (cido actico CH3COOH)
Amonaco ( NH4 OH),
Agua oxigenada (H2O2)
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MAGNITUD
UNIDAD
SIMBOLO
LONGITUD
METRO m
MASA
KILOGRAMO kg
TIEMPO
SEGUNDO s
INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTR
AMPERIO A
TEMPERATURA TERMODINAMICA
KELVIN K
INTENSIDAD LUMINOSA
CANDELA cd
CANTIDAD DE SUSTANCIA
MOL mol
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Unidades derivadas
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LOS ESTADOS NATURALES COMUNES
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Estados Agregados
slido lquido gas
Fa > Fr
No tienen
desplazamiento
Volumen definido
Alta densidad
Fa = Fr
Desplazamiento por dif
de presin
Volumen definido
Baja densidad
Fa < Fr
Desplazamiento catico
Volumen variable
Bajsima Densidad
Estado Plasmtico: gas ionizado a altas Temperaturas. Ejm. El sol y las
estrellas QUIMICA GENERAL e INORGANICA 9
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Estado Plasmtico Sir William Crookes, un fsico Ingles identific el
cuarto estado llamado Plasma en 1879.
Plasma consiste en una coleccin de electrones libres rotando y de iones - tomos que tienen prdida de electrones.
La energa necesaria para desalojar dichos electrones de los tomos para llegar al estado plasmtico puede ser : termal, elctrica, o luz( U.V o lser)
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INCREMENTO DE ENERGA EN FORMA DE CALOR
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SLIDO LIQUIDO GASEOSO
FUSION GASIFICACION
SUBLIMACION DIRECTA
SUBLIMACION INVERSA O REGRESIVA
SOLIDIFICACION LICUACION
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Diversidad (clasificacin) de la materia
Materia
Sustancias Puras Mezclas
Elemento Compuesto M. Homognea M. Heterognea
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Elementos Son las sustancias ms simples de la materia, a nivel nanoscpico estn formados por una sola clase de tomos.
Monoatmicos Poliatmicos O3, P4 He, Ne
Diatmicos
N2, O2
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Altropos Son variedades de un mismo elemento , donde los tomos tienen formas estructurales diferentes.
Ejemplos:
oxgeno monoatmico, O oxgeno diatmico, O2 ozono, O3 Carbono grafito, diamante, fullereno, carbono IV
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Altropos del carbono
grafito
diamante
Fullereno
Carbono IV
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Altropos del fsforo
Fsforo blanco
Fsforo rojo
Contrariamente al fsforo blanco, el fsforo rojo no es soluble en disulfuro de carbono y no es txico
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Compuestos
Estn formados por ms de una clase de tomos unidos, en proporciones fijas, mediante enlaces qumicos y se clasifican en.
Inicos
Moleculares
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Compuestos Inicos
Son compuestos donde un catin (tomo cargado positivamente) y un anin (tomo cargado negativamente) estn unidos mediante enlaces inicos entre si. De manera prctica se puede reconocer a los compuestos inicos por estar formados por un metal y no metales.
Los compuestos inicos forman redes inicas.
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Compuestos Inicos y redes inicas
Na+1 Cl-1
Catin Metlico tomo pierde
1 electrn
Anin no metlico tomo
gana 1 electrn
e-
Compuesto Inico del NaCl Red Inica del NaCl
Na+ Cl-
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Compuestos Moleculares
Son compuestos donde los tomos de elementos no metlicos, se encuentran unidos mediante enlaces covalentes, formando molculas o agregados moleculares. El tipo de enlace que los une es el COVALENTE
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Mezclas Homogneas
Tambin llamadas soluciones, se caracterizan por presentar una distribucin uniforme de las partculas en todos los sectores de la mezcla. Las propiedades de la mezcla son diferentes a la de sus componentes. Se dice que hay slo una fase.
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Mezclas Homogneas
De acuerdo al estado fsico de las soluciones estas pueden ser:
Gaseosas: aire
Lquidas: alcohol de 96
Slidas: aleaciones
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Mezclas Heterogneas
Se caracterizan por presentar una distribucin no uniforme de las partculas en todos los sectores de la mezcla, cualquier parte de la mezcla presenta propiedades diferentes. Las Mezclas Heterogneas pueden ser suspensiones o coloides.
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Suspensiones y Coloides
Las suspensiones son mezclas donde se aprecia con mayor claridad la separacin de las fases. Generalmente estn formadas por una fase dispersa y una fase dispersante.
Ejemplo: harina y agua: la harina slida es la fase dispersa y el agua es la fase dispersante.
Los coloides son mezclas donde las partculas de la fase dispersa tienen un tamao intermedio entre 10-8 a 10-4 cm.
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TCNICAS EMPLEADAS EN LA SEPARACIN DE MEZCLAS
Tcnicas de Separacin Basado en Aplicacin
1- Destilacin punto de ebullicin y
condensacin
Purificacin de lquidos
2- Evaporacin Tensin superficial Obtencin de sustancias slidas
3- Cristalizacin Solubilidad Separacin de una sustancia
slida en medio lquido
4- Centrifugacin Diferencia de densidad en
menor tiempo
Separacin de slidos y lquidos
insolubles (mezcla heterognea)
5- Imantacin Campo magntico Separacin con diferentes
propiedades magnticas
6- Cromatografa adsorcin selectiva Separar los componentes de una
mezcla (identificacin)
7- Decantacin Diferencia de densidad Slidos o lquidos insolubles
(mezcla heterognea)
8- Tamizado Tamao de las partculas
slidas
Separacin de una mezcla de
slidos
9- Filtracin Insolubilidad de los slidos Separacin de slidos
suspendidos
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Propiedades de la materia
Propiedad: cualidad que permite caracterizar una sustancia, puede ser:
Fsicas: Se identifican sin producir cambio en la composicin de la materia ejemplo: temperatura de ebullicin, temperatura de fusin, capacidad calorfica, densidad, etc.
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Propiedades de la materia
Qumicas: estn relacionadas con la manera como una sustancia puede reaccionar para formar otras. Combustibilidad, inflamabilidad, oxidante, reductor, etc.
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Transformaciones o fenmenos fsicos
Disolucin NaCl en agua
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Transformaciones o fenmenos qumicas
2 H2 + O2 2 H2O
Reaccin entre el hidrgeno y el oxgeno
para formar una nueva sustancia agua.
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REACCION DEL MAGNESIO METALICO
2Mg
+
O2
2MgO
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Transformaciones Qumicas
HgO(s) Hg(liq) +O2(g)
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Transformaciones Nucleares
Fisin: un ncleo pesado se parte en dos o ms ligeros
Fusin: dos ncleos ligeros se funden en uno solo
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Fisin Nuclear
U 236
92 Ba
139
56 +
94
36 Kr +
1
0 n 3
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Fusin nuclear
2 3 4
1 H + H
1 He
2 + Energa + n
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E = m x c2
VELOCIDAD DE LA LUZ EN DISTINTOS MEDIOS
MEDIO VELOCIDAD (km/s)
VACO 300 000
AIRE 300 000
AGUA 225 000
BENCENO 200 000
CUARZO 200 000
DIAMANTE 111 000
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Bomba Atmica
La energa producida por varios
kilogramos de Plutonio es capaz de
liberar energa equivalente a la
explosin de 20 000 toneladas de
TNT o 20 kilotones
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Radiactividad natural Radiacin alfa : Identificada con ncleos de Helio ( ),
constituidos por dos protones y dos neutrones. Por tanto, poseen dos cargas positivas y son desviadas por campos elctricos y magnticos. Es poco penetrante aunque muy ionizante.
Radiacin beta : Son electrones resultantes de la desintegracin de los neutrones del ncleo:
Neutrn protn + electrn + neutrino
Debido a su carga es desviada por campos elctricos y magnticos. Es ms penetrante, aunque su poder de ionizacin no es tan elevado como el de la radiacin .
Radiacin gamma : No es corpuscular como las 2 anteriores, sino de naturaleza electromagntica. Al no tener carga, los campos elctricos y magnticos no la afectan. Es la ms penetrante, y muy peligrosa.
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Radiaciones, rayos, emisin alfa, La radiacin alfa est constituida por protones y dos neutrones,
tiene carga positiva
Decaimiento alfa
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Radiaciones, rayos, emisin beta,
Radiacin beta son partculas de igual masa que los electrones tienen carga negativa
Decaimiento beta
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Ecuacin nuclear
energaHeUPu 42236
92
240
94
energaAcRa 0
1
228
89
94
88
energanKrBanU 1094
36
139
56
1
0
235
92 3
Existe un balance de masas: 240 = 236 + 4
Existe un balance de protones: 94 = 92 + 2
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PROPIEDAD
TIPO DE RADIACION
CARGA
+ 2
-- 1
0
MASA
6,64 x 10 24
g
9,11 x 10 28
g
0
PODER RELATIVO
DE PENETRACION
1
100
10 000
NATURALEZA DE
LA RADIACION
NUCLEOS DE
ELECTRONES
FOTONES DE ALTA
ENERGIA He42 e0
1
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Modelo cientfico
Una idea o teora sobre la naturaleza de un fenmeno para explicar hechos experimentales constituye lo que en ciencias se denomina modelo cientfico.
Un ejemplo de modelo cientfico es el modelo atmico. Nadie ha visto nunca un tomo. Es ms, la propia ciencia predice que nunca se podr ver. Sin embargo, observando una serie de fenmenos en el comportamiento de la materia es posible desarrollar una serie de ideas de como ser la estructura de la materia.
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Evolucin de los modelos atmicos
Pensamiento filosfico griego.
- Modelos atmicos
a) Dalton
b) Thomson
c) Rutherford
d) Bohr
- Modelo mecnico cuntico: Schrdinger.
- Modelo fsico-matemtico: probabilstico: actual.
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DALTON (1803)
THOMSON (1904)
(CARGAS POSITIVAS Y NEGATIVAS)
RUTHERFORD (1911)
(EL NUCLEO)
BOHR (1913)
(NIVELES DE ENERGIA)
SCHRODINGER (1926)
(MODELO DE NUBE DE ELECTRONES)
Evolucin histrica de los modelos atmicos
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Comportamiento dual de la luz
La luz es materia
Toda fuente de luz es una fuente de energa.
Se acepta que la luz se comporta como onda y como partcula.
La luz es una forma de energa radiante o electromagntica
Radiacin electromagntica: movimiento de campos elctricos y magnticos que oscilan en forma de ondas, en planos perpendiculares.
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A m p litu d
B a ja F re c u e n c ia
lo n g itu d d e o n d a=
A m p litu dA lta fre c u e n c ia
Ondas
luzladevelocidadcc
lambda
nufrecuencia
)(
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Se llama espectro atmico de un elemento qumico al resultado de descomponer una radiacin electromagntica compleja en todas las radiaciones sencillas que la componen, caracterizadas cada una por un valor de longitud de onda,
Espectros atmicos
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El espectro consiste en un conjunto de lneas paralelas, que corresponden cada una a una longitud de onda. Podemos analizar la radiacin que absorbe un elemento (espectro de absorcin) o la radiacin que emite (espectro de emisin).
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Teora cuntica de Planck
La teora cuntica se refiere a la energa:
Cuando la energa est en forma de radiacin electromagntica (es decir, una ra-diacin similar a la luz), se denomina energa radiante y su unidad mnima recibe el nombre de fotn. La energa de un fotn viene dada por la ecuacin de Planck:
E = h
Cuando una sustancia absorbe o emite energa, no puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de energa, sino que definimos una unidad mnima de energa, llamada cuanto (que ser el equivalente en energa a lo que es el tomo para la materia);
O sea cualquier cantidad de energa que se emita o se absorba deber ser un nmero entero de cuantos.
h: constante de Planck = 6.62 10-34 Joule segundo : frecuencia de la radiacin
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Cuando el mismo metal se ilumina con luz de longitud de onda 500 nm ( color azul) , la frecuencia ser de :
Hzc 14
7
8
10.610.5
10.3
La prueba ms definitiva de la naturaleza corpuscular de la luz la constituye el efecto fotoelctrico. En dicho efecto, cuando la superficie de un metal se ilumina con luz de una determinada frecuencia, pueden o no, salir electrones de la misma. Este efecto, interpretado por Einstein, supone una constatacin de la hiptesis de Planck establecida como una interpretacin de la radiacin del cuerpo negro.
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