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Universidad de ConcepciónFacultad de Ciencias Químicas

Química General530.011/012/017/125

Unidad I

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LA MATERIA Y

MEDICIONES.

Dr. Antonio BuljanUnidad 1 - 530.011/012/017/125

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1.1. Química: La ciencia central.

¿Que es la Química?

Biología

Física

Geología

Astronomía

Ingenierías

Cs. Biomédicas

Química“La Ciencia Central”

Roald HoffmannPremio Nobel de Química 1981

“Estudio delCambio”


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Algunos frutos de la Investigación en Química

+ H+

calor+

FelixHoffmann

Producto natural


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La química permite aprovechar las substancias que nos rodean.

Ejemplo: Proceso Haber.

N2(aire) + H2 → amoniaco (NH3)

NH3 + O2(aire) → ácido nítrico (HNO3) (proceso Ostwald)

HNO3 + NH3 → nitrato de amonio (NH4NO3)

“Salitre sintético”

Fritz Haber


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Auguste Comte, Cours de Philosophie Positive, Paris (1842)

“Cualquier intento de usar métodos matemáticos en el

estudio de las reacciones químicas debe ser considerado

profundamente irracional y contrario al espíritu de la

química”.

“Si el análisis matemático adquiere un lugar importante en

la química – una aberración que es felizmente imposible –

produciría una rápida degeneración de esa ciencia”.

Curiosamente, no todo el mundo lo pensaba así:


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William Thomson (Lord Kelvin) (1851)

“A menudo digo que, cuando una persona puede medir

aquello de que está hablando, y expresarlo con números,

tiene idea de ello; pero cuando no lo puede hacer, sus

conocimientos no son del todo satisfactorios; puede ser que

esté empezando a aprender, pero apenas así habrá

avanzado hacia el conocimiento de la ciencia, cualquiera

sea la materia de que se trate”.

Afortunadamente….


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♦ Sistema: Un pilar de hierro de un muelle en la costa del oceano.

♦ Observaciones: El pilar de hierro se corroe muy rápido cuando está sumergido en el mar. Un pilar de hierro similar de un muelle en un lago se corroe más lento.

♦ Hipótesis: En el agua de mar hay una substancia que acelera la corrosión del hierro, posiblemente el cloruro del sodio.

♦ Confirmación de la Hipótesis: Se coloca un clavo de hierro en un vaso con agua dulce y otro clavo en un vaso con una disolución de cloruro de sodio (NaCl). Resultado: El clavo en la disolución de cloruro de sodio se corroe más rápido.

♦ Ley - Cuando el hierro se pone en presencia de humedad y NaCl, éste se corroe más rápido.

Ejemplo de Aplicación del Método Científico:

La corrosión del Hierro en las zonas costeras.


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Nombre Símbolo Nombre Símbolo Nombre Símbolo

Aluminio Al Hierro Fe Plata Ag

Bromo Br Silicio Si Azufre S

Sodio Na Hidrógeno H Tungsteno W

Cobre Cu Oxígeno O Oro Au

Obs: Una letra: P, H, O, H, etc.Dos letras: Br, Fe, Au, Cu, etc.


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Materia

¿Es uniforme en todas sus partes?

MezclaHeterogénea.

SustanciaHomogénea.

Sustancia pura. Mezcla homogénea.

¿Tiene composiciónvariable?

¿Puede descomponerseen substancias más simples?

Elemento. Compuesto.

sino

sino

no si


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Sólido Líquido Gas

Película:“Estados de la

Materia”


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Sólido(hielo)

Líquido(agua)

Gas(vapor de agua)

Los tres estados de la materia en la naturaleza


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masa = 150 g

La temperatura del aguaes 25

La temperatura del aguaes 25ºC

Ej.:

masa = 150


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Unidades Fundamentales del Sistema Internacional (SI)

Cantidad Física

Nombre de la Unidad

Símbolo

Longitud metro m

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Corriente eléctrica

Ampere A

Temperatura Kelvin K

Cantidad de sustancia

mol mol

Intensidad luminosa

candela cd

Fijadas en la Conferencia Internacional de Pesos y Medidas en Paris (1960)


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Unidades derivadas del SICantidad Física Nombre de la

UnidadSímbolo Unidades del SI

Energía Joule J kg m2 s–2

Fuerza Newton N kg m s–2

Potencia Watt W kg m2 s–3

Carga eléctrica Coulomb C As

Resistencia eléctrica

Ohm Ω kg m2 s–3 A–2

Diferencia de potencial eléctrico

Volt V kg m2 s–3 A–1

Capacidad eléctrica

Faraday F A2 s4 kg–1 m–2

Frecuencia Hertz Hz s–1

Presión Pascal Pa kg m–1 s–2


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Prefijos de uso común en el SI.

Si se tiene cantidades muy grandes o muy pequeñas, se utilizan potencias de 10 y prefijos apropiados para ahorrar espacio.

Prefijo Abreviatura Significado Ejemplo

Ejemplo:0.001 g = 103 g = 1 mg1 000 000 s = 106 s = 1 Ms


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Otras unidades comunes que no pertenecen al SI

Cantidad física

Nombre de la Unidad

Símbolo

equivalencia

Longitud Ångstrom Å 1Å = 10–10m

Momento dipolar

Debye D 1 D = 3.3356 × 10–30 Cm

Volumen Litro L 1 L = 10–3 m3

Presión atmósfera atm 1 atm = 101 325 Pa = 760 Torr

Mayor información:http://physics.nist.gov/cuu/index.html


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kg patrón(OIPM-Sèvres (Paris))


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Materiales de vidrio más utilizados para medir volúmenesde líquidos

Probeta graduada Jeringa Bureta

Pipeta

Matraz volumétricoo de aforo


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Densímetro o hidrómetro

picnómetro


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Escala Kelvin Escala Celsius Escala Fahrenheit

Punto de Congelamientodel agua

Punto de Ebullición del agua

Temperatura corporal humana


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1.8. Manejo de números y cifras significativas.

Notación de decimales: ¿ punto (.) ó coma (,) ?

Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM)establece (en 2003) lo siguiente:

Se establece la coma o el punto para los decimales:“Se utiliza la coma para separar la parte entera de la parte

decimal en las expresiones numéricas escritas con cifras

(ejemplo: 2,37). También se acepta el uso del punto,

propio de países de habla inglesa y extendido en varios

países hispanoamericanos (ejemplo 2.37)”


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“Se prescindirá del punto para separar los millares, millones,

etc, ya que de esta manera se facilita la lectura de estas

expresiones. Cuando las expresiones constan de más de 5

cifras, se separan mediante espacios por grupos de tres.

Ejemplos:

5 465 987; 1 000 000 000

En tanto, los números de cuatro cifras se escriben sin

espacios de separación

Ejemplo: 5679.


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La notación científica.

→ 452 000 000 000 000 000 000 átomos(número de átomos de Cu que hay en 47.4 mg de Cu)

→ 0.000 000 000 000 000 000 000 028 g(masa de una molécula de colesterol)

https://www.youtube.com/watch?v=MrC3qiBJ4NU

Carl Sagan“Cosmos” (1980)

Película:“El número

googol y la idea de infinito”


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N ×××× 10n

Notación científica o exponencial:

1 ≤ N < 10 n es un entero positivo o negativo

Ej: 508 000 000 000 = 5.08 × 1011

0.0000327 = 3.27 × 10–5


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Cifras Significativas

♦ Número de dígitos de una medida ⇒ calidad del instrumento de medición.

♦ CIFRAS SIGNIFICATIVAS:cifras o dígitos de una medida que se conocen con absoluta certidumbre más la primera cifra incierta.

Ejemplo:Regla corriente:Mínima medida: 0.1 cm = 1 mm

Se pueden medir 2.40 cm,pero no 2.476 cm.


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1. Un cero ubicado entre dígitos finitos siempre es significativo.

2. Los ceros a la izquierda de un dígito finito no sonsignificativos.

Reglas para el Uso Correcto de las Cifras Significativas (C.S.)

Ej: 80.36 g400.301 mL

4 c.s.6 c.s.

Ej: 0.0061 L

0.106 min

2 c.s.

3 c.s.


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3. Los ceros que siguen a la derecha de un dígito finito son significativos siempre que hayan sido leídos por el instrumento.

Ej: 360.40 mL1.10 L

5 c.s.3 c.s.5 c.s.1.1000 g


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4. Los ceros que terminan la parte entera de un número son significativos solo si el análisis de cifras lo permite

Si el análisis de cifras indica reducir el número dec.s., se debe usar notación científica:

Ej: 2500 kg 4 c.s.

Ej: 2.500 × 103 kg 4 c.s.2.50 × 103 kg 3 c.s.2.5 × 103 kg 2 c.s.

Obs: La potencia de 10 no es una c.s.


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Si la cifra que sigue a la que se quiere redondear es:

(i) mayor o igual a 5 ⇒ subir en una unidad (regla five-up).

(ii) menor que 5 ⇒ se deja inalterada.

5. Redondeo de cifras

Ejemplos: Redondear a 2 cifras los siguientes números:

5.321 → 5.3 (2 < 5 ⇒ el 3 no cambia)

2.15 → 2.2 (la cifra a cortar es 5, se sube 1 unidad)

2.25 → 2.3 (la cifra a cortar es 5, se sube 1 unidad)

4.649 → 4.6 (4 < 5 ⇒ el 6 no cambia)

9.279 → 9.3 (7 > 5 ⇒ el 2 sube 1 unidad)


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6. Sumas y Restas: El resultado debe tener el mismo número de decimales que la medición con el menor número de decimales.

Ej: 10.2364+ 1.43

11.6664

4 decimales.2 decimales

11.67 (2 decimales)


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7. Multiplicación y División: El resultado debe tener el mismo número de c.s. que la cantidad que tiene el menor número de c.s.

Ej:

=

9.26.36 13.631

c.s. 2

c.s. 3c.s. 5

×

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8. Números exactos: Si una cantidad medida o calculadase multiplica o divide por un entero (que no ha sido medido)éste no se considera en el analisis de c.s.Ej:

=×

c.s. 3

16.37

=15

1.5236c.s. 5 48476

=9.4231695 c.s. 2

9.4

=114.1 c.s. 3

114

=0.10115733 43421c.s. 5

0.10116


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10. Cálculos en cadena:

9. Constantes universales: Para números tales como π, e, etc.utilizar todos los decimales de la calculadora.

π = 3.141592654; e = 2.718281828

La mayoría de los textos sugiere redondear al número correcto de cifras significativas en cada paso del cálculo.Sin embargo, puede haber ligeras diferencias dependiendodel procedimiento escogido (redondear paso a paso o redondeando al final)Por ejemplo:

(8.15)3 • 2.54 = 1375.0 = 1.38×103 (redondeando al final)

(8.15)3 • 2.54 = 541•2.54 = 1.37×103 (redondeando en cada paso)


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Sin embargo, si el cálculo implica solo multiplicaciones y divisiones sucesiva, entonces es más conveniente redondear al final.

No obstante, cuando los cálculos implican operaciones combinadas (sumas y restas), redondear paso a paso es imprescindible:

2.48 • 1.112 + 3 • 4.15 = 15.3

Ejemplo:

2.75776 12.45

12.52.76

(3 cs) (3 cs)

(1 decimal )


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Exactitud buenaPrecisión buena

Exactitud pobrePrecisión buena

Exactitud pobreprecisión pobre


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FIN UNIDAD 1


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