UNIDADES

108QUIMICA GENERAL Unidades

CAPITULO 1

UNIDADES

1. GENERALIDADES:

En Qumica, las propiedades se describen como cantidades que se pueden medir y expresar como productos de nmeros y unidades.

Antes de analizar las diferentes magnitudes y unidades utilizadas en Qumica, es necesario conocer y diferenciar dos trminos que son utilizados muy frecuentemente en esta asignatura y que vale la pena hacer una aclaracin.

Materia se define como que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. MASA es la cantidad de materia de una muestra en particular de ella. La masa de un cuerpo es constante y no cambia, no importa el sitio donde se mida. El PESO de un cuerpo sin embargo, es la fuerza gravitacional de atraccin entre la masa del cuerpo y la masa del planeta en el cual ste es pesado. As, el peso de un cuerpo vara, dependiendo de donde es pesado, mientras que la masa no.

Desafortunadamente los trminos MASA y PESO son utilizados en forma intercambiada; sin embargo, usted debe entender su diferencia.

2. MAGNITUDES FUNDAMENTALES:

Las magnitudes fundamentales ms importantes utilizadas en Qumica son: longitud, masa, tiempo, cantidad de sustancia, temperatura y corriente elctrica. Cada una de estas magnitudes tiene su propia unidad irreductible.

MAGNITUDES DERIVADAS:

Las magnitudes derivadas son magnitudes fsicas obtenidas de combinaciones de las fundamentales. Por ejemplo, el volumen es una magnitud derivada.

3. UNIDADES:

a) SISTEMAS DE UNIDADES:

En Qumica, normalmente, se usan dos sistemas de unidades. El CGS (centmetro-gramo-segundo), cuya unidad bsica de longitud es el centmetro (cm), de masa el gramo (g) y la del tiempo el segundo (s); y el SI (Sistema Internacional de Unidades), en donde la unidad bsica de longitud es el metro (m), la masa el kilogramo (kg) y la del tiempo es el segundo (s). Ambos sistemas definen unidades bsicas individuales para cada magnitud fundamental.

b) PREFIJOS DE LAS UNIDADES:

En ambos sistemas se usan prefijos para designar mltiplos decimales o fracciones decimales de las unidades bsicas. Los prefijos comunes son:

MULTIPLOPREFIJOABREVIATURA

10 (1x101)

100 (1x102)

1000 (1x103)

1000000 (1x106)

1000000000 (1x109)Deca

Hecto

Kilo

Mega

GigaDa

h

k

M

G

FRACCIONPREFIJOABREVIATURA

0,1 (1x101)

0,01 (1x102)

0,001 (1x103)

0,000001 (1x106)

0,000000001 (1x109)Deci

Centi

Mili

Micro

Nanod

c

m

(N

c) UNIDADES DERIVADAS:

Las magnitudes fsicas derivadas se miden en unidades derivadas. Aunque las unidades que se usan para medir magnitudes fsicas derivadas provienen realmente de las unidades bsicas, a menudo se les dan nombres especiales para mayor conveniencia.

Por ejemplo, el VOLUMEN es una magnitud derivada, a la que se le asigna una unidad especial el LITRO, en el SI, el litro es igual a 1000 centmetros cbicos (cm3).

La FUERZA y la ENERGIA son tambin magnitudes derivadas, la unidad derivada de la energa es el ERGIO (CGS) y el JOULE (SI). A continuacin presentamos algunas unidades derivadas de fuerza y energa en los dos sistemas y la relacin que hay entre ellas:

UNIDADFUERZAENERGIA

Nombre de la unidad SI

Abreviatura

Unidades BsicasNewton

N

kg.m.s2Joule

J

kg.m2.s2

Nombre de la unidad CGS

- Unidades BsicasDina

g.cm.s2Ergio

g.cm2.s2

Factores de conversin

1N = 1x105Dinas

1Dina = 1x105N1J = 1x107 Ergios

1Ergio = 1x107J

d) CONVERSION DE UNIDADES:

Hay otras relaciones tiles entre CGS, SI y otras unidades que es importante conocer; algunas se pueden deducir por los prefijos y otras hay que aprenderlas de memoria o buscarlas en los libros, en la siguiente tabla se tienen estos factores de conversin:

UNIDADFACTOR

LONGUITUD

MASA

VOLUMEN

PRESION

TEMPERATURA1 m = 100 cm, 1 Angstrom () =1x108 cm

1 kg = 1000 g

1 m3 = 1000 litros

1 atm = 760 torr = 101325 Pa

K = C + 273; C = 5/9(F 32); R = F + 460

La DENSIDAD de una sustancia se define como la masa de una sustancia que ocupa la unidad de volumen:

En el Sistema Mtrico Decimal, la densidad de los slidos y lquidos se miden en g/cm3 o g/ml; y la de los gases en g/litro. En el sistema SI, la densidad se expresa como kg/m3.

Para la mayora de las sustancias la densidad se mide a 20C, la cual se considera como la temperatura ambiente. Para el agua sin embargo se expresa a 4C, por ser la temperatura a la cual el agua tiene una densidad exacta de 1,00 g/ml.

La GRAVEDAD ESPECIFICA (peso especfico) de una sustancia de la densidad relativa de una sustancia comparada con una estndar. En general para los lquidos se toma el agua a 4C como el estndar y por lo tanto la gravedad especfica expresa la densidad de una sustancia comparada con la del agua. Lo anterior se expresa as:

El peso especfico tambin se puede calcular utilizando la siguiente ecuacin:

La gravedad especfica no tiene unidades, es simplemente la relacin de dos densidades. Para determinar la densidad de una sustancia a partir de la gravedad especfica basta multiplicar la gravedad especfica por la densidad del agua como sustancia de referencia. Puesto que el agua tiene una densidad de 1,00 g/ml, la densidad y la gravedad especfica son numricamente iguales si se han utilizado las unidades g/ml.

e) NOTACION CIENTIFICA:

La Notacin Cientfica es un mtodo para expresar nmeros grandes o pequeos como factores de las potencias de 10.

Se pueden usar exponentes de 10 para hacer que la expresin de las mediciones cientficas sea ms compacta, ms fcil de entender y ms sencilla de manejar.

Para expresar nmeros en notacin cientfica, se utiliza la siguiente expresin:

Donde, a es un nmero decimal entre 1 y 10 (sin ser igual a 10) y b es un entero positivo, negativo o cero. Por ejemplo:

f) CIFRAS SIGNIFICATIVAS:

La exactitud de una medicin depende de la cantidad del instrumento de medicin y del cuidado que se tenga al medir. Cuando se da una medida, se expresa con el nmero de cifras significativas que mejor represente su propia exactitud y la del instrumento empleado.

La exactitud en los clculos qumicos difiere de la exactitud matemtica.

g) APROXIMACION:

Las reglas para realizar aproximaciones son sencillas, si el dgito que sigue al ltimo que se va a expresar es:

4 o menos, ste se descarta

5 o ms, se aumenta en uno el ltimo dgito

PROBLEMAS RESUELTOS:

1. Una barra uniforme de acero tiene una longitud de 16 pulgadas y pesa 6,25 libras. Determinar el peso de la barra en gramos por centmetro de longitud.

2. El peso especfico de la fundicin de Hierro es 7,20. Calcular su densidad: a) en gramos por cm3, y b) en libras por pie3.

Aplicamos la siguiente ecuacin para realizar el clculo correspondiente:

Como la densidad del agua a 4C es 1, entonces:

a)

b)

3. El cido de bateras tiene un peso especfico de 1,285 y contiene 38% en peso de H2SO4. Cuntos gramos de H2SO4 contendr un litro de cido de batera.

Determinamos la densidad de la solucin, en base al peso especfico:

(

Establecemos las siguientes operaciones:

4. Convertir 40 C y 5 C a la escala Fahrenheit.

(

a)

b)

5. Convertir 220 K y 498 K a la escala Centgrada.

a)

b)

6. Expresar 22 F en grados Centgrados y en grados Kelvin.

(

(

PROBLEMAS PROPUESTOS:

1. Una lmina de oro (peso especfico, 19,3) que pesa 1,93 mg puede ser laminada nuevamente hasta una pelcula transparente que cubre un rea de 14,5 cm2. A) Cul es el volumen de 1,93 mg de oro, b) Cul es el espesor de la pelcula en Angstroms. Resp. a) 1x104 cm3, b) 690 2. Un hombre medio necesita unos 2,00 mg de vitamina B2 por da. Cuntas libras de queso necesitara comer un hombre por da si sta fuera su nica fuente de suministro de vitamina B2 y si este queso tuviese 5,5x106 gramos de vitamina por cada gramo. Resp. 0,80 lb/da3. Un catalizador poroso para reacciones qumicas tiene un rea superficial interna de 800 m2/cm3 de material. El 50% del volumen total son poros (orificios), mientras que el otro 50% del volumen est formado por la sustancia slida. Suponer que todos los poros son tubos cilndricos con un dimetro d y una longitud l. Determinar el dimetro de cada poro. Resp. 254. Un recipiente de vidrio pesa vaco 20,2376 g y 20,3102 g lleno de agua a 4C hasta una cierta marca. El mismo recipiente se seca y se llena hasta la misma marca con una solucin a 4C. Ahora el peso es de 20,3300 g. Cul es la densidad de la solucin. Resp. 1,273 g/ml5. El contenido medio de Bromo en el agua del mar es de 65 partes por milln (ppm). Suponiendo una recuperacin del 100%. Cuntos galones de agua marina tienen que ser tratados para producir una libra de Bromo. Resp. 1,845x103 galones6. Una muestra de 20 cm3 de una solucin de Acido Clorhdrico concentrado de densidad 1,18 g/ml contiene 8,36 g de HCl puro. a) Determine la masa de HCl puro por cada centmetro cbico de solucin. b) Determine el porcentaje en peso (masa) de HCl en la solucin cida. Resp. a) 0,418 g/cm3; b) 35,4%7. Las Feromonas son compuestos secretados por las hembras de muchas especies de insectos para atraer a los machos. Con 1,0x108 gramos de una feromona es suficiente para llegar a todos los insectos macho blanco dentro de un radio de 0,50 millas. Determinar la densidad de la feromona (en gramos por litro) en un espacio cilndrico de aire con un radio de 0,50 millas y una altura de 40 pies. Resp. 4,03x1019 g/L8. Para conservar el agua, los qumicos aplican una delgada pelcula de un cierto material inerte sobre la superficie del agua para disminuir su velocidad de evaporacin. Esta tcnica fue introducida hace tres siglos por Benjamn Franklin, quien encontr que 0,10 ml de aceite podran extenderse cubriendo una superficie de 40 m2 de agua. Suponiendo que el aceite forma una monocapa, es decir, una capa cuyo espesor es de una molcula, determinar la longitud en nanmetros de cada molcula de aceite. Resp. 2,5 Nm9. Un trozo de galena (Sulfuro de Plomo impuro) pesa 5,50 g en el aire y 4,76 g en el agua. Cul es el peso especfico de la galena. Resp. 7,410. A una aleacin se la ha fabricado en forma de un disco plano de 31,5 mm de dimetro y 4,5 mm de espesor con un orificio de 7,5 mm de dimetro en el centro. El disco pesa 20,2 g. Cul es la densidad de la aleacin en unidades SI. Resp. 6100 kg/m311. Cuntos kilogramos de solucin de Hidrxido de Sodio al 85% de concentracin, se necesita para preparar 5 litros de una solucin de Hidrxido de Sodio al 20%. La densidad de la solucin al 20% es 1,22 g/cm3. Resp. 1,435 kg12. Convierta las siguientes temperaturas: 195,5C a F; 430 F a C; 1705 C a F. Resp. 319 F; 256,7 C; 3100 F13. Expresar: 8 K, 273 K en grados Fahrenheit. Resp. 445 F; 32 F14. A qu temperatura la lectura numrica en un termmetro Celsius es igual a la marcada en un termmetro Fahrenheit. Resp. 4015. Construir una escala de temperatura sobre la cual los puntos o temperaturas de congelacin y ebullicin del agua sean 100 y 400, respectivamente, y el intervalo entre los grados es un mltiplo del intervalo entre los grados en la escala Centgrada. Cul ser el cero absoluto en esta escala y cul ser el punto de fusin de azufre, que es 444,6C. Resp. 719; 1433,816. La temperatura de sublimacin del hielo seco es 109F. Este valor es mayor o menor que la temperatura del etano en ebullicin que es de 88C. Resp. Mayor17. Un proceso de estaado electroltico produce un recubrimiento de un espesor de 30 millonsimas de pulgada. Cuntos m2 podrn recubrirse con un kilogramo de estao de densidad 7300 kg/m3. Resp. 180 m218. El radio atmico del Magnesio (Mg) es 1,36 y su masa atmica es 24,312 g. Cul es la densidad del tomo en kg/m3. Resp. 3,8x103 kg/m319. Una solucin diluida de Acido Ntrico se prepara al diluir 64 ml de solucin de Acido Ntrico (densidad 1,41 g/ml y que contiene 70% en peso de cido ntrico puro) a 1 litro. Cuntos gramos de HNO3 puro estn contenidos en 50 ml de la solucin diluida. Resp. 3,16 gramos20. Cul es la densidad en unidades SI de una esfera de acero que tiene un dimetro de 7,50 mm y una masa de 1,765 g. Resp. 7990 kg/m3 EMBED Equation.3

Ing. Luis Escobar C.

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