qumica lumbreras- 1

7/17/2019 qumica lumbreras- 1

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Es importante tener en cuenta, que la qumica, como toda ciencia experimental, se presenta bajo el doble

aspecto de hechos y de teoras. Si los hechos observados no se sistematizan e interpretan a base de teoras, o

si stas no se confrontan con los hechos, esto es, si los hechos y teoras no se complementan, los hechos llegan

a formar tan slo artes y oficios empricos, y las teoras constituyen elucubraciones cerebrales con muy poca

realidad y sentido. El complemento perfecto de hechos y teoras slo se logra con el mtodo cientfico.

La historia de la qumica, es en readad la historia del lento desarrollo del pensamiento cientfico y de los

rpidos resultados conseguidos despus de la aplicacin del mtodo cientfico al estudio de la materia. Est

relacionado ntimamente con la bella historia de la humanidad, comienza probablemente con el descubrimiento

del fuego por parte del hombre primitivo.

Si la qumica es tan antigua, por qu no tuvo un desarrollo paralelo a las dems ciencias como la fsica,

astronoma o la matemtica por ejemplo?Podemos atribuir bsicamente a tres causas: (1) concepciones dogmticas y errneas respecto a la

naturaleza, especialmente en cuanto a la estructura interna de la materia sostenida por Aristteles y sus

seguidores (durante mas de veinte siglos), (2) los intereses mezquinos de la mayora de los alquimistas, y (3) la

teora del flogisto. Desde luego trataremos cada una de ellas.

P a r a q u e s t u d i a r l a h i s t o r i a d e l a q u m i c a ?Su estudio es muy importante, puesto que nos familiariza con las reflexiones especulativas y hechos de los

grandes qumicos del pasado, y nos permite valorar en su verdadera magnitud el progreso actual de esta bella

ciencia, y adems para emular las acciones positivas de estos personajes mediante la prctica constante, para

contribuir a su desarrollo.En el largo y constante esfuerzo humano para interpretar, y en cierto modo, dirigir los fenmenos

naturales, las ideas han sido y seguirn siendo siempre ms poderosas que la simple habilidad tcnica.

No est eri la naturaleza de las cgss 'que el hombre realice tai descubrirniento sbito e inesperado; la ciencia avanza paso

a pasoy cada hombre depende del trabajo de sus predecesores. ' . . . .: , Sir Emest'ftoaherford (1 *871 - 1 937}

Trataremos a continuacin un resumen breve de la historia de la qumica.

1. P O C A P R I M I T I V AMuy probablemente, la qumica se inicia con el descubrimiento del fuego por el hombre, se fue

perfeccionando con la prctica constante de artes y oficios prcticos del hombre primitivo. A esta

conclusin se llega por los materiales usados por l y encontrados en los restos de las civilizaciones antiguas

desaparecidas. En las excavaciones hechas en tumbas y zonas arqueolgicas han puesto al descubierto

trabajos en oro, plata, cobre, hierro y bronce, alfarera o trabajo de arcilla, vidrio y hermosos tintes y

pinturas.

As por ejemplo los antiguos egipcios (aproximadamente 5 000 aos a.n.e.) preparaban tintes a base

de pigmentos naturales, conocieron los esmaltes, los cosmticos y el arte de embalsamar cadveres. Usando

ceniza y grasas animales fabricaban jabn. Realizaron excelentes trabajos en oro, plata, cobre y bronce.

Utilizaron ampamente el cuero, lana, algodn y lino, que saban blanquear y teir.

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En la antigua china se conoci la tcnica de la fabricacin en porcelana, descubrieron el salitre e

inventaron la plvora.

En el Per preincaico se conoca la cermica decorada, teido de fibras textiles, embalsamar cadveres,

.metalurgia del oro y plata, etc.

Pero todas estas prcticas eran fundamentalmente empricas y no constituan una ciencia ni siquieraen forma rudimentaria.

Para las civilizaciones antiguas, la metalurgia fue ms que una tcnica un arte sagrado encomendado

a los sacerdotes. Los metales obtenidos del interior de la tierra, concebida como un Dios, fueron

relacionados con el Sol y los planetas: el oro al Sol, la plata a la Luna, el cobre a Venus, el hierro a Marte,

el estao aljpiter, el plomo a Saturno y el mercurio a Mercurio. Los antiguos vean en el nmero siete una

manifestacin de carcter universal, y as conocan siete planetas, siete metales, las siete bocas del Nilo, las

siete estrellas del carro de David, los siete das de la semana, etc.

Esta extraa y singular clasificacin de los metales se mantuvo durante siglos, y aunque nuevos

metales fueron conocidos se consideraban necesariamente como uno de ellos. Incluso en el siglo XVI se

aceptaba que habia muchas clases daoro, como las haba de peras o manzanas. Los siete metales indicados,el carbn y el azufre, eran los nicos elementos conocidos hasta el principio de nuestra era.

2 . C O N C E P C I O N E S F I L O S F I C A S A N T I G U A SAproximadamente, en el siglo VI a.n.e surgi en Grecia un

movimiento intelectual encabezado por grandes filsofos de la

Grecia antigua, quienes especularon sobre el mundo y sobre la

naturaleza de la materia, y plantearon soluciones sobre grandes

cuestiones de la ciencia, como por ejemplo

De qu est constituida la materia?

La respuesta fue en base a un principio de origenpermanente llamado elemento: para Tales de Mileto

(aproximadamente 624 - 565 a.n.e) era el agua, para

Anaximenes (aproximadamente 585-524 a.n.e era el aire y

Herclito afirmaba el fuego. Posteriormente, Empdodes

(alrededor de 500 - 430 a.n.e) acept los elementos de sus

antecesores, a los que agreg uno ms, la tierra. Por lo tanto

el mundo material estara formado por cuatro elementos:

tierra, aire, fuego y agua, que explicaba a las cuatro cualidades

(calor, fro, humedad y sequedad), el aire era caliente y hmedo, al fuego era caliente y seco, el agua fra y

hmeda, la tierra fra y seca. Adems, Empdodes agreg dos fuerzas csmicas, el amor y el odio, que son

las races de todas las cosas. Esta teora fue aceptada por Aristteles (384 - 322 a.n.e), el ms grande

pensador griego y un infatigable escritor cuyo poder y autoridad hizo que perdurase esta teora durante

unos dos mil aos o veinte siglos.

Casi en la misma poca, los filsofos griegos, Leucipo y su discpulo Demcrito (460 - 370 a.n.e)

sostenan la materia formada por pequeas partculas (invisibles, indivisibles, eternas e indestructibles)

Uamadcs tomos, el ser, y de vad o, el no ser, resultante de los intersticios entre aqullos, y permitiendo

su movimiento. Los tomos son de la misma naturaleza pero difieren en forma, por el orden en que estn

colocados en el cuerpo, por su posidn y por su magnitud.

FUEGO

Representacin griega del mundo material

mediante cuatro elementos: tierra, aire, Juegoy agua. Segn Aristteles, estos elementos esel resultado de las combinaciones de pares de

propiedades o cualidades de la materia.

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Breve histeria de ia Qumiea

Esta concepcin guarda una estrecha relacin con las teoras cientficas actuales, pero

lamentablemente su seguidores encontraron una tenaz resistencia por parte de la teora Aristotlica, por

la que no se desarroll estas brillantes ideas respecto a la composicin de la materia. El atomismo de

Demcrito, expuesto en forma brillante en el inmortal poema Dererum Natura del romano Lucrecio, est

construido por conceptos filosficos, y recin en 1 677 en que Robert Boyle lo establece y John Dalton en

1803 lo desarrolla para explicar ciertas leyes de las combinaciones qumicas, que son el resultado de las

observaciones cientficas.

*Hemosconvemdo en que existe lo dulce y lo,dmrgo, e ic abry el fri, el amory elodio, y segnesta convencin existeel ortfenv.Ehlrealidad existri lasitiafnosye T. v c 6 t "' \ ^ >. . .

v ~ r A Dem crito (460 - 370 a. n,e)

A partir del ao 300 a.n.e la ciencia griega se desplaza a Alejandra, cuna de grandes matemticos y

astrnomos.

Aproximadamente en el siglo II a.n.e, las ideas cientficas llegaron a Roma. Los romanos no

desarrollaron estas ideas porque dieron mayor importancia a asuntos militares, polticos y econmicos.

3 . L A A L Q U I M I A

El trmino alquimia procede del rabe alkimiya , derivado a su vez del griego Khemeia (que significa

el jugo de una planta). Se llamaron alquimistas a los antiguos personajes, precursores de los qumicos

modernos. La alquimia tuvo mayor auge durante la Edad Media. Los conocimientos qumicos aprendidos

de los egipcios y las ideas filosficas heredadas de los antiguos a travs de la Escuela Alejandrina dieron a

la alquimia en manos de los rabes y despus en toda Europa, una significacin especial.

A los alquimistas rabes del siglo VIH y IX, Jabiribn Hayyan y Rhazes se debe la teora de que los

metales estn formados pordos cualidades - principios comunes: elmercurio, que representaba el carcter

metlico y la volatibilidad, y el azufre que posea la propiedad de combustibilidad. Luego se sum un tercer

elemento, la sal, que tena la propiedad de la solidez y la solubilidad. En base a estos tres elementos

llamados tra prima era posible todo tipo de transformaciones de una sustancia a otra (lo que hoy se llama

reaccin qumica). La obsesin de los alquimistas en un primer momento fue la bsqueda de la piedra

filosofal", material que permitira convertir cualquier metal, como por ejemplo el plomo o e l hierro en oro.

Ya en el siglo XIII se extendi el objetivo de la alquimia que fue la bsqueda del elixir filosofal o de larga

vida, el cual deba eliminar la enfermedad, devolver la juventud, prolongar la vida e incluso asegurar la

inmortalidad.

La prctica de la alquimia fue secreta debido a los hombres que la relacionaban con la magia y la causa

de Dios, pues los alquimistas se crean los elegidos para ser depositarios de la verdad y por ello no deban

divulgar sus conocimientos. Sus apuntes lo realizaban en un lenguaje hermtico, describiendo mas bien

operaciones que hechos y haciendo uso de signos y smbolos. As por ejemplo, un dragn que se muerde

la cola es la imagen de la unidad de la materia, un pjaro que levanta el vuelo es la sublimacin, un pjaro

que desciende a tierra es la precipitacin, una ballena simboliza el agua, un guila el aire, un dragn el

fuego, un toro a la tierra, etc.

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Smbolos alquimistas contenidos en manuscritos antiguos griegos (1 al 14); en manuscritos

medievales y en libros de principios del siglo XVII (15 a 27); en un manuscrito de la Alemania Baja, de

principios del siglo XVIII (28 a 32). Smbolos alquimistas utilizados por Lavoisier (33 y 34) y por Dalton

(35 a 38): 1. agua; 2 'vapor de agua; 3, sal; 4, yeso; 5, rocas;6 , azufre; 7, arsnico; 8 , hierro; 9, plomo; 10,

cobre; 11 esta y tambin mercurio; 12, plata; 13, oro; 14, cobre calcinado; 15, dos smbolos del agua;

16. antimonio; 17, arsnico; 18, espritu de vino; 19, vinagre; 20, jabn; 21, salitre; 22, lcali; 23, sal

amoniaco; 24, vitriolo; 25, mercurio ; 26, sublimado corrosivo; 27, fuego; 28, azufre; 29, mercurio; 30, sal

comn; 31. sal amonaco; 32, salitre; 33 y 34, agua; 35, vapor de agua; 36, nitrgeno; 37, oxgeno; 38

dixido de carbono.

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Breve historia de La Qumiea

Los alquimistas aportaron el trmino elemento a la qumica. El desarrollo de la nocin de elemento

en el sentido qumico fue uno.de los puntos claves en el nacimiento de sta como ciencia, sustituyendo a

la antigua alquimia. Tambin produjeron indudables progresos a la qumica del laboratorio, puesto que

prepararon un gran nmero de nuevas sustancias, perfeccionaron muchos aparatos tiles y desarrollaron

tcnicas que constituyen la base de la subsiguiente investigacin.

Entre los alquimistas rabes de gran renombre figuran Geber

(Abou Moussah Dlafar al Sofi Geber), escribi numerosas obras y entre

ellas la Summa perfectionis, el tratado de qumica mas antiguo que se

conoce. Rhazes o Razes (siglo X), Avicena (siglo XI), muy famoso como

alquimista, filsofo, astrnomo, matemtico y mdico, y Aven-oes

(siglo XII) que influy en el pensamiento medieval. Se atribuye a los

alquimistas rabes el descubrimiento de sal amoniacal, el aceite de

vitriolo (HjSOJ. el agua fuerte (HNO,), el agua rega (mezcla de HC1 y

HN03), muchos compuestos de mercurio y arsnico, y la preparacin del

espritu de vino (etanol).Entre los alquimistas de occidente de gran importancia por sus

descubrimientos y teoras, tenemos a San Alberto Magno (1 206 -

1 280) llamado Doctor Universal, considerado el Aristteles de la Edad

Media, prepar la potasa custica (KOH), establece la composicin del

cinabrio (SnS), seala el efecto del calor sobre el azufre utilizando por

primera vez el termino afinidad en el sentido qumico que se conoce. Explica la preparacin del minio

(PbjOJ, acetato de cobre y plomo. En su tratado de.De Alchimia deslinda y ataca frontalmente la ciencia

secreta practicada por algunos alquimistas, especialmente a los charlatanes fraudulentos que falseaban el

oro y la plata en beneficio propio, y expone las condiciones que debe reunir un alquimista, y que en gran

parte corresponde a los qumicos modernos. Roger Bacon (1214- 1 294), en su obra Speculum Alchimiae

sostiene que hay un aire que es el alimento del fuego y otro que lo apaga. Difunde el empleo de la plvora,adems practicaba la experimentacin y combati con tesn a Aristteles. Tambin realiz trabajos

notables en el campo de la ptica. Santo Toms de Aquino (1 225 - 1 274) llamado comnmente Doctor

Anglico, escribi un tratado sobre la esencia de los minerales y otro sobre la piedra filosofal. Raimundo

Luiio (1 235 - 1 315), llamado Doctor iluminado, escribi muchas obras y prest mucha atencin sobre los

productos voltiles de la descomposicin de los cuerpos.

Q U M I C A M E D I C IN A L 0 I A T R O Q U M I C A

Ante el fracaso de lograr a piedra filosofal y e l elixir de larga vida, y

ante el surgimiento de mucha charlatanera y engao, la prctica de la

alquimia lleg en cierto momento a ser prohibido por reyes y papas.

Entonces los esfuerzos se enfocaron hacia la preparacin de medicinas para

curar las enfermedades corporales de la humanidad.

La iatroqumica, tuvo su paladn ms destacado en Paracelso (Felipo

Aureolo Teofrasto Bombast de Hohenheim), mdico suizo, alquimista y

profesor, que atac las creencias y prcticas mdicas de su poca con

lenguaje sarcstico e hiriente pluma; efectu experimentos para encontrar

remedios qumicos especificos contra enfermedades especficas y tuvo

mucho xito. Paracelso (I 493 - 1 541)alquimista y mdico suizo.

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Un mdio alemn dei siglo XVI consultando a uniattoqumico acerca de una pcima curativa que se est

destilando. Tal fue el comienzo de la actual relacinentre farmacuticoy mdico.

Paracelso fue el primero que utiliz el opio por sus propiedades medicinales, y los compuestos de hierro,

mercurio y arsnico que administr, todava figuran en las farmacopeas actuales. Se reconoce a Paracelso

como el primer profesional verdadero de la medicina qumica. Desde entonces la qumica ha sido siempre

un aspecto importante de la educacin y prctica mdica.Georg Agrco la (1 496 - 1 555), mdico sajn, en su obra

De Re Metallica expone en forma clara, todos los

conocimientos metalrgicos de su poca, y en la que se

manifiestan preocupaciones de qumico y de ingeniero.

La metalurgia haba adquirido en esta poca, un gran

desarrollo, lo que condujo a una fabricacin industrial de

cidos y a practicar el ensayo de minerales, se inici as el

anlisis quimico.

Entre los seguidores de Paracelso, citaremos a

Libavius (1540 - 1616), mdico alemn que prepar

cloruro estannico (SnCl4), estudi los fundentes utilizados

en metalurgia y obtuvo muchos medicamentos. Van

Helmont (1 577 - 1 644), mdico belga, estudi con

mucho cuidado y entusiasmo el crecimiento de una planta

y rechaza categricamente a los elementos Aristotlicos,

invent el termino gas y estudi el gas silvestre (gas

carbnico, COJ. Lemery (1 645 - 1 715) que en su

voluminosa obra Cours de Chymie describe las distintas

operaciones de la qumica.

A D E L A N T O S T E C N I C O S D E L A A L Q U I M I ASegn el qumico J.B Dumas (siglo XIX): La ciencia de la

qumica naci en el torno del alfarero, en el taller del vidriero,

en la forja del herrero, y en el saln del perfumista". Sin

embargo, cada una de estas tcnicas ingeniosas no habran

existido, si es que, los alquimistas no lo hubiesen

perfeccionado con el tiempo. Aqu, valga la famosa afirmacin

de E. Rutherford: No est en la naturaleza de las cosas que el

hombre realice un descubrimiento sbito e inesperado; la

ciencia avanza paso a paso y cada hombre depende del trabajo

de sus predecesores.Los alquimistas, con la finalidad de obtener sus metas

mximas (piedra filosofal y el elixir de la eterna vida), durante

muchos siglos, trataron toda clase de materiales (metales,

minerales, vegetales, carne, pelo, plumas, huesos, esencias y

excremento), con toda clase de procedimientos tcnicos

(calcinacin, sublimacin, fermentacin, almagamacin,

reverberacin, rectificacin, filtracin, etc.). Para ello usaron

una amplia variedad de equipos rudimentarios que fueron

ideando a medida de sus necesidades.

A la prctica de la alquimia se dedicaron casitoda una familia, padres, hijos y parientes.

Mezclaron todo tipo de materias en busca de susmetas mximas (piedra filosofal y el elixir de laeterna vida).

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Muchos de sus rsticos aparatos se han ido perfeccionando

hasta convertirse en aparatos o piezas que son hoy da parte de

los elaborados instrumentos de laboratorio y de complejos

aparatos industriales. La destilacin era uno de los

procedimientos mas utilizados por las alquimistas y el apartado

bsico fue el alambique. Aun hoy, la destilacin es la operacin

unitaria de mayor importancia en la industria qumica y la ms

importante tcnica de separacin en el laboratorio de

investigacin.

Entre los instrumentos de laboratorio mas utilizados fueron

la balanza, el mortero, el horno, el embudo, tenazas, el crisol y

los matraces.

As pues, la alquimia, al margen de sus relaciones con

imgenes de magia y fraude, de msticos encantos y misteriosossimbolismos, aport enormemente en e l desarrollo de las tcnicas

y dispositivos qumicos para el estudio de la naturaleza de la

materia.

6 . R E N A C I M I E N T O C I E N T F IC OEl Renacimiento, primero en el campo de la literatura y despus en el de las artes, pas pronto al

pensamiento cientfico, y al unirse observacin y teora se inicia la ciencia experimental que sustituye a las

especulaciones filosficas de la Edad Media. Leonard de V in d (1 452 - 1 519) es el encargado de introducir,

los principios de Renacimiento en los dominios cientficos. Le sigue Francisco Bacon (1 561 -1 628), el

terico del mtodo experimental, en su obra Novum Organum, introduce la observacin en sistemafilosfico, adems sostena de que la ciencia debe cumplir el doble objetivo de iluminar nuestra mente y de

mejorar las condiciones de vida del hombre. A Galileo (1 564 - 1 642) famoso astrnomo y fsico italiano,

se debe el cambio total de algunas doctrinas cientficas de su tiempo. Descartes (1 596 - 1 650), filsofo

francs, en su obra Discurso del Mtodo establece claramente las bases del mtodo cientfico.

Las nuevas ideas lograron grandes avances en Matemticas, en Fisica y en Filosofa, y al pasar despus

a la Qumica, cambia radicalmente la mentalidad de sus cultivadores: En muchos pases se comenzaron a

crear Academias cientficas, el primero fue en Npoles (1 560), luego en Londres, Pars, Madrid, Barcelona,

etc.

Slo se precisaba disponer de una tcnica de medicin para que la qumica pueda desarrollar su

carcter de verdadera ciencia.

Robert Boyle (1 627 - 1 691), qumico irlands, fue el primero en romper abiertamente con la tradicin

alquimista. En su obra The Sceptical Chymist (El qumico escptico"), establece el concepto moderno de

elemento y compuesto o mixto , una diferenciacin entre mezcla y combinacin qumica. Estudi la

compresibilidad de los gases. Descubri el sulfhidrato amnico (licor de Boyle) que es de gran importancia

en qumica analtica, jarabe de violeta (que se utiliz como indicador cido -base), etc. Boyle es el primer

hombre de ciencia que adopta la teora atmica para explicar las transformaciones qumicas, y sus

investigaciones en el campo de la fsica^ de la qumica hace que se le considere como el precursor de la

qumica moderna al hacer de ella el estudio de la naturaleza y composicin de la materia en vez de ser un

simple medio para obtener oro o de preparar medicamentos, como lo era hasta ese entonces.

______________________________________________________________ . Breve historia de la Qumica

Algunos instrumentos y materiales queusaron los alquimistas del siglo XVI. Se

observa la balanza, los hornos y el fuelle, elmortero y el pistilo, las tenazas, los

embudos, el mazo y la lanza, las retortas, elcrisol y los matraces. Ya perfeccionados,continan siendo artculos importantes de lamoderna tecnologa e investigacin qumica.

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7. L A T E O R A D E L F L O G I S T O : una expl icacin d e la combustin

A principios del siglo XVIII. G.EmstStahl (l 660 - 1734), qumico y mdico alemn, propuso la teora

del flogisto para explicar el fenmeno de la combustin. Se basa en las ideas del alquimista alemn J.

Johann Becher (1 635 - 1682). Supone que cuando un cuerpo combustible ardia se desprende el flogisto

con acompaamiento de luz y calor, y queda la ceniza". Por lo tanto la "ceniza o residuo que queda era

el cuerpo material inicial menos su flogisto (o cuerpo material desflogisticado).

De acuerdo con esto, las sustancias que arden rpidamente o cuanto mas inflamable sean, contienen

una gran cantidad de flogisto y viceversa. Esta fue la primera teora importante de la qumica. En forma

simplificada, para un metal combustible tenemos:

(Metal (en la combustin) ceniza + flogisto]

El principal inters de la teora est en que explica el fenmeno inverso de la combustin (reduccin

del xido metlico), pues si se calienta la ceniza metlica con una sustancia rica en flogisto, tal como el

carbn, sta cede su flogisto a la ceniza y el metal se restituye. As por ejemplo, cuando se calienta un pocode plomo pulverizado, se funde, quema y forma su "ceniza (xido de plomo de color amarillo llamado

"litargirio). Si se calienta el litargirio con carbn (considerado flogisto casi puro) recupera la cantidad

precisada de flogisto y se convierte de nuevo en plomo metlico, que en forma simplificada sera:

Litargirio ,+ flogisto - * plomo(xido de Pb)

^' J/

Segn la teora del flogisto, el plomo al combustionarse libera flogisto y deja una ceniza amarilla, staal recibir el flogisto (del carbn) se convierte nuevamente en plomo.

No obstante, de que la teora del flogisto fue considerado correcta por mas de un siglo, por eminentes

precursores de la qumica moderna, se presentaron varias dificultades. Se sabia que al calcinar un metal

y formarse su "ceniza (xido) aumentaba el peso, esto es, la prdida del flogisto era acompaada por un

aumento de peso, y tambin que el aire era necesario para la combustin. El primer hecho pudo explicarse

mediante la hiptesis fantstica adicional de que el flogisto tena un peso negativo, y el segundo, al

superponer que un medio material era necesario para absorver el flogisto. Otro aspecto era de que el aire

residual que quedaba luego de la combustin ocupaba un volumen menor que el aire inicial (antes de lacombustin).

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Breve historia de la Qumica

La teora del flogisto sirvi de gua a los grandes investigadores del siglo XVIII, quienes frente a las

respuestas incoherentes de esta teora buscaron respuestas coherentes en base a otros experimentos e

hiptesis, dando mici as una labor experimental, que constituye la base de la qumica como ciencia. Entre

ios ms importantes tenemos:

Ren Antoine Raumur (1 683-1 757),naturalistas, qumico y fsico francs, cuyas investigaciones

sobre la fundicin de hierro permiten considerarlo como el fundador de la siderurgia cientfica y uno de los

instauradores de la industria moderna.

Andreas Sigismud MarggrafF (1 709 - 1 782), qumico alemn, descubri un nuevo procedimiento

para obtener el fsforo y el cido fosfrico, obtuvo e l zinc a partir de sus minerales y distingui sales de

sodio de las del potasio por el color de la llama que emitan. Sus estudios acerca de la extraccin del azcar

a partir de la remolacha hicieron posible su fabricacin industrial desde 1 796.

M.W. Lomonosov (1 711 - 1 765), qumico ruso, hizo experimentos con la calcinacin de los metales

en vasos cerrados, con empleo sistemtico de la balanza. Adems establece la constancia de la materia en

los procesos naturales o ley de conservacin de la masa, sostiene que la combustin es una combinacin

del cuerpo combustible con el aire y logr explicar las propiedades de los cuerpos a partir de la existencia

de tomos y molculas (en 1 743) es decir mucho ms antes que John Dalton. Pero lamentablemente para

su poca, sus ideas fueron muy avanzadas, razn por la cual fueron ridiculizadas y olvidadas, hasta su

descubrimiento y publicacin por su compatriota Menschutkin en 1 904.

Joseph Black (1 728 - 1 799), qumico ingls, demostr que el gas fi jo (gas carbnico) es fijado por

la cal (CaO). Sus estudios cuantitativos acerca de los carbonatos son modelos de lgica y unidad, que

sirvieron para dar al mundo cientfico una idea clara sobre la naturaleza de la combinacin qumica.

Karl WfihelmScheele (1 742 - 1 786), qumico sueco, uno de los ms extraordinarios investigadores

de todos los tiempos. Descubri el oxgeno (algo antes que Priestley, pero lo public posteriormente) y el

cloro (espritu de sal desflogisticada"), como producto de sus experimentos con el dixido de manganeso

(MnOJ. Estudi diversos cido inorgnicos y orgnicos como el fluorhdrico, cianhdrico, molbdico,tartrico y oxlico, aisl el gas sulfhdrico (HS) y la arsenamina (AsH,). Su nombre ha quedado unido al

arsenito de cobre que se conoce como verde de Scheele, y en el mineral scheelita (Wolframato de calcio).

En su obra Tratado elementa l de l aire y de l fuego, indica que el aire es una mezcla de dos gases distintos,

el aire gneo y el aire viciado.

Joseph Priestley (1 733- 1 804): El primer paso hacia una nueva teora de la combustin, telogo

ingls, no fue qumico de profesin, pero hbil experimentador y firme creyente de la teora del flogisto,

pero en 1 774 sin darse cuenta abri el camino para su cada final. Priestley estaba experimentado con un

polvo ro jo (HgO) que originalmente se haba formado al calentar al mercurio en un crisol abierto, como era

muy curioso, decidi calentar el polvo rojo y recoger cualquier gas que se desprendiera. Dos

desconcertantes hechos surgieron con el extrao gas (oxigeno) formado:1. Cuando se colocaba un ratn dentro de una campana de vidrio que contena el nuevo gas, viva tres

veces ms que un ratn colocado dentro de una campana que contena aire.

2. Una vela ardia por ms tiempo y con ms brillo cuando se colocaba dentro de una campana que

contenia este gas extrao.

Priestley llam al gas descubierto "aire desflogisticado". Surgieron muchas dudas, por qu la vela

arda por ms tiempo y con ms brillo? Su tenaz adhesin a la teora del flogisto le impidi progresar en

la interpretacin de sus valiosas observaciones.

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Priestley, en 1 774, visit a Lavoisier en Pars, a quien le comunic de sus observaciones. ste acepto

los hechos, pero no la teora. Podra ser, meditaba Lavoisier, que cuando las sustancias arden se une conalgo del aire, en lugar de desprender algo?. Rpidamente Lavoisier someti su hiptesis, a una prueba. Se

acercaba el nacimiento de la qumica moderna.

Adems de descubrir el oxgeno, Priestley desarroll y perfeccion la tcnica de preparacin, recogida

y manipulacin de los gases. Prepar y estudi numerosos gases (HC1, NH3, SO,, N,0, NO, N02, PH3, C2H2,

etc.).

Henry Cavendish (1 731 - 1 810), qumico ingls, dueo de una gran fortuna, dedic toda su vida a

la qumica. Se dice de l que fue el ms rico de todos los sabios y el ms sabio de los ricos . Fue el primero

que utiliz la cuba de mercurio y al hacer actuar el H,SO, y HC1 acuosos sobre los metales (Fe, Zn y Sn)

descubri en 1 766 el hidrgeno, al que llam "aire inflamable. Encontr con sorpresa que el hidrgeno

al combustionar con el aire y con el oxgeno se formaba agua y que las proporciones en que dichos gasesse combinaban eran de dos volmenes de aire inflamable por un volumen de aire desflogisticado (0 2).

La sntesis del agua realizada en 1 781 constituye una fecha muy marcada en la historia de la qumica.

En un anlisis que realiz al aire encontr que el oxgeno representaba un 20,8 % en volumen.

Cavendish, qumico flogista, no supo comprender la importancia de sus investigaciones acerca de la sntesis

del agua.

8 . A N T O I N E L A U R E N T E L A V O IS I E R : L A S B A S E S D E L M T O D O C I E N T F I C O

A. L. Lavoisier (1 743 - 1 794), el ms brillante qumico

francs, logr explicar la naturaleza verdadera de lacombustin y destruye por completo la teora del flogisto. En

su obra Tratado Elemental de Qumica publicada en 1 789, crea

las bases de la qumica moderna y por ende del mtodo

cientfico para las investigaciones en la ciencia.

Logr explicar la combustin con su famoso experimento

de doce dias que describimos a continuacin: introdujo cuatro

onzas de mercurio puro en un recipiente de vidrio, sellado,

escribi luego encend el homo y lo mantuve as durante doce

das. Al segundo da, haban empezado a aparecer diminutas

partculas de color rojo sobre la superficie del mercurio.

Cuando la mayor parte del mercurio se hubo convertido en un

polvo, Lavoisier, quit el recipiente de vidrio, que haba pesado

antes del experimento, y su contenido lo pes nuevamente y

observ que no hubo aumento de peso. Como el recipiente

estaba sellado, nada pudo entrar o escapar durante el

calentamiento. Sin embargo cuando rompi el sello, not que

el aire entraba violentamente al recipiente, que segn l.

indicaba que parte del aire del recipiente se haba consumido

durante el calentamiento, y haba dejado espacio para que

penetrar ms arre.

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Despus de que entr el aire al recipiente, lo peso una vez ms y comprob el aumento en peso.

Dedujo entonces que este aumento igualaba el peso de algo que estaba en el aire contenido en el recipiente

y que se haba combinado con el mercurio, formando el polvo rojo (HgO). Invirti el experimento original,

pes un poco de polvo rojo y lo calent, observando que si converta en mercurio y un gas idntico al aire

desflogisticado" de Priestley (02).Adems comprob que la masa total (mercurio + gas) era idntico a la masa de polvo rojo. Se haba

demostrado experimentalmente la ley de conservacin de masa! Concluy que el gas que haba en el aire

era el responsable de la combustin. Le dio el nombre oxigeno (que significa engendrador de cidos) a este

gas.

El experimento de Lavoisier podemos resumir con las siguientes ecuaciones qumicas modernas:

Lavoisier establece la nocin precisa de sustancia puray adopta el concepto de elemento de R. Boyle,

halla la composicin del aire por sntesis y por anlisis, le da el nombre de hidrgeno (engendrador de agua)

al aire inflamable de Cavendish y que para toda combustin era imprescindible el oxgeno. En todas sus

investigaciones utiliza la balanza para comprobar sistemticamente la ley de conservacin de masa, "nada

se pierde, nada se crea .

La revolucin qumica producida por las ideas de Lavoisier condujo a una nueva nomenclatura, que

hoy nos parece tan natural, en la que los nombre de los cuerpos dan idea de sus constitucin.

Esta tarea fue debida a cuatro eminentes qumicos, Lavoisier. Guyton de Morvean, Berthollet y

Foureroy, quienes publicaron en 1787 una obra titulada Mtodo de Nomenclatura Qumica, en la que se

introducen nombres que an se utilizan.

La obra de Lavoisier, extenssima en el campo qumico, invadi otras ciencias, fue el fundador de la

fisiologa debido a sus estadios sobre la respiracin, donde el oxigeno juega un papel importantsimo. Fue

el primer cientfico que realiz sus investigaciones con verdadero mtodo cientfico.

Bajo iluminacin de las nuevas ideas de Lavoisier, los qumicos las aplican a sus investigaciones conmucho xito.

Se descubren las leyes ponderales de las combinaciones qumicas: ley de conservacin de masa

(Lavoisier), ley de proporcin constante y definido (Proust, 1 799), ley de proporciones recprocas (Richter

y Wenzel, 1 792) y ley de proporciones mltiples (Dalton, 1 804).

La teora atmica-molecular de Dalton (1 803) explica las leyes de la combinacin qumica en base

a la hiptesis de que la materia est constituida por tomos que poseen un peso caracterstico y

permanecen indivisible en toda reaccin qumica.

9. L A Q U I M I C A C O M O C I E N C I A

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J. Berzelius (1 835), acepta la teora atmica y plantea una

simbologa para elementos y compuestos, tan til y fecunda en el

progreso subsiguiente, que se usa hasta hoy en da.

El Principio de Avogadro (1811) permite establecer y

diferenciar los conceptos de tomo y de molcula y crea las basespara la determinacin de pesos atmicos y moleculares (1 858).

El descubrimiento de la pila elctrica de Volta (1 800) da

origen a la electroqumica, con los descubrimientos de nuevos

elementos (cloro, sodio y potasio) a cargo de Davy, y de las leyes de

la electrlisis por parte de M. Faraday (1 834).

La Qumica Orgnica se desarrolla ms tarde con los trabajos

de Liebig sobre el anlisis elemental orgnico iniciado por

Lavoisier, los conceptos de isomera y de radical introducidos por

Liebig y Berzelius (1 834), la sntesis en laboratorio de un

compuesto orgnico, la rea, por parte de F. Whler (1 828), la representacin de edificios moleculares porKekule (1 858) y con la destruccin de la doctrina de la fuerza vital" realizada por Berthelot (1 853) al

obtener por sntesis numerosos compuestos orgnicos (alcohol metlico, acetileno, benceno, naftaleno.

antraceno, etc).

La Tennoqumica, con la medida dla energa calorfico que se manifiesta en las reacciones qumicas,

iniciada por Lavoisier y Laplace, adquiere un significado especial a partir de los estudios de Hess, Thomson

y Berthelot (1 840) al querer medir los qumicos las afinidades entre los cuerpos reaccionantes.

Para explicar las leyes experimentales que rigen a los gases, surge la teora cintica de los gases y

del calor, desarrollado principalmente por Maxwell y Boltzmann, la cual afianza la creencia de la naturaleza

atomstica de la materia y extiende su utilidad al proporcionar una imagen ntima del mecanismo de los

procesos qumicos.

El carcter incompleto de muchas reacciones qumicas, observado por Berthollet, condujo al concepto

de equilibrio qumico, el cual, estudiado experimentalmente por Sainte Claire Deville (1 857), encuentra

su interpretacin terica en los estudios de Gibbs (1 876), de Van't Hoffy de Le Chatelier (1 880).

La cintica qumica o el estudio de la velocidad de las reacciones qumicas tiene su base terica en

la Ley de accin de masas propuesto por los qumicos noruegos Guldberg y Waage (1 867) y una

significacin industrial importantsima en el descubrimiento de los catalizadores, sustancias que,

permaneciendo inalteradas, aceleran por su sola presencia la velocidad de las reacciones qumicas.

En el campo de las soluciones o disoluciones, fue de gran importancia en el avance progresivo de la

qumica la Teora de las disoluciones, obra maestra delqumico holands Van't Hoff (18 8 6 ) y la teoradela disociacin electro ltica propuesto por el qumico sueco Svante Arrhenius (1 887).

La clasificacin peridica de los elementos, establecido por el qumico Dimitri Mendeleev y por el

alemn Lothar Meyer (1 869) llev a pensar que los tomos deban ser complejos, modificando

profundamente las ideas que se tenan acerca de los cuerpos simples, lo cual comprobado posteriormente

en los estudios acerca de la conductividad elctrica de los gases (con lo cual se descubri el electrn) y en

los fenmenos de radiactividad (con su interpretacin y desarrollo se descubrieron las partculas nucleares

del tomo).

En el campo de cidos y bases, las teoras que dieron gran impulso y desarrollo fue la propuesta por

S. Arrhenius (1 884), Brnsted - Lowry (1 923) y de Lewis (1 923).

Un c ientfico m oderno realiza cuidadosas

observaciones, parle imprtame del

mtodo cientfico.

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En el campo de enlace qumico, un tema transcendental en la ciencia qumica, es importante resaltar

el aporte de Linus Pauling (1 901 - 1 994) del concepto de electronegatividad y el concepto de hibridacin;

Gielbert N. Lewis (1 875 - 1 946) creador de la teora Enlace por pares de electrones; R.J. Gillespie, quien

propuso la teora de las repulsiones entre los pares de electrones de la capa de valencia ( i 957) que dioun gran impulso a la descripcin de la geometra molecular, que a su vez es importante para explicar las

interacciones moleculares en estado lquido y slido.

En el campo de Qumica Nuclear, el hombre ingresa a la Era Nuclear a partir de 1 942, fecha en la que

se logra la primera reaccin nuclear en cadena, por parte de Enrico Fermi. Lamentablemente, el primer uso

de la energia descomunal que se libera en estas reacciones fue con fines destructivos, con la fabricacin de

armas nucleares mortferas como las bombas atmicas que destruy por completo dos pueblos japoneses

durante la segunda guerra mundial (1 945).

Actualmente, la energa nuclear tambin se usa con fines pacficos: para generar electricidad de gran

potencia, fabricar motores atmicos de gran potencia, bateras atmicas de larga duracin que es

importante en las investigaciones espaciales, etc. Adems en las plantas nucleares, mediante reacciones

nucleares controladas, se han sintetizado elementos artificiales y radioistopos que tienen gran aplicacin

actualmente.

Alquimistas italianos realizando ladestilacin, para ello utilizaron elalambique. Asi obtenan el "agua celestial"

o la quinta esencia del agua de la vida".La destilacin era una de las operacionesmas importantes para los alquimistas, comolo es actualmente para el qumico moderno.

El aparato de destilacin que est utilizandoel qumico moderno tiene su contrapartidaindustrial en el inmensa unidad que se ve al

fondo, llamado torre de destilacin o

fraccionamiento. La destilacinfraccionadaes un proceso fsico mediante el se separanlos componentes de una mezcla lquida

homognea, en virtud a la diferencia en suspuntos de ebullicin.

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E N E R G A Q U M I C A E N M A R C A P A S O S C A R D A C OEl marcapasos cardaco es un aporte moderno de la ciencia que muchos de nosotros no tmanos en cuenta,

excepto las personas que lo utilizan. Estos marcapasos operan gracias a la energa de una batera, y la demandaalent el desarrollo de unas minsculas bateras que generan esa energa, pero que infunden temor. Todas lasmaanas, deben poner en marcha la mquina humana, sin fallar, y todos los aparatos humanos permanecenencendidos" todo el tiempo. An ms, mucha gente agrega varios aos saludables a su vida, poniendo su feen las reacciones qumicas que ocurren en estas bateras para generar, da tras da, la corriente elctrica queactiva sus marcapasos.

Estas bateras tienen caractersticas especiales debido a que se implantan en el cuerpo humano. Deben serresistentes y hermticas, tener una larga vida y un peso mnimo y, por su puesto, deben ser no txicas.

Los qumicos comenzaron a abordar este problema, y sus esfuerzos de investigacin en electroqumicadesembocaron en el litio, un ingrediente metlico con el potencial de dar larga vida a las bateras.

Desgraciadamente, el litio es altamente reactivo, se quema en el aire y reacciona con el agua para producir H2inflamable. Si el litio deba ser usado, era necesario descubrir sistemas electrolticos nuevos y no acuosos.Las intensas investigaciones en relacin con nuevos solventes y nuevos materiales para usarse en bateras

de alta energa y de larga duracin condujeron al descubrimiento de un electrolito slido para ser usado conel litio metlico. Este electrolito slido es el yodo, y la batera de l itio-yodo se emple en aplicacionesbiomdicas. Estas bateras revolucionarias tienen una duracin de diez aos, y su uso est muy difundidoactualmente. Los beneficios para aquellos que dependen de los marcapasos son incalculables.

La batera de litio-yodo no es el final de la historia, puesto que tiene un poder menor que el ptimorequerido para ser usadas en otros rganos trasplantabas. La nueva investigacin electroqumica nos dar larespuesta. Lo hizo en el pasado y lo har de nuevo en el futuro.

S A N G R E A R T I F I C I A LLa sntesis de sangre artificial es una de las grandes proesas logradas por los qumicos. Se trata de una

mezcla homognea o solucin, en la que el disolvente es el aguay los solutos son perfluorodecalina (14 % envolumen) y perfluorotripropilamina (6 % en volumen). Se comercializa con el nombre de fluosol- d a desdevarios aos.

F F F F\/ \/C F C

/ \ i / \ ;c c c

F ,

F

y VF.F " \ / K / c

C F C> . / \ /\

F % i Pefftaorpdecalta .T'KvT ' --5*A

CF3 -CF2-C F2-N -CF 2-C F2-CF31c f 2Ic f2Ic f3

Ferfluorotriprpflamfet.

El0 0 ,y el oxigeno (OJ son extraordinariamente solubles en esta disolucin. El fluosol- d a no lleva antgenos(anticuerpos que hacen que una persona con sangre tipo A no pueda recibir sangre de un individuo tipo B), esdecir, es una sangre universal, se puede hacer transfusin de sangre a cualquier individuo. Adems, puedeconservarse 50 veces ms tiempo que la sangre normal, y hasta ahora no se le conocen efectos secundarios. Porprimera vez se us en el Japn, actualmente se usa en muchos pases y permite salvar muchas vidas.

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IC A P T U L O

5 s i b i c s j p C e m e l a

y S S t e m a de

Unidades

Muestra a un qumico que realiza observaciones minuciosas y anlisis cuidadosos para determinar lacomposicin y propiedades de las sustancias qumicas. Los pasos ms importantes del mtodocientfico son: la observacin, toma de apuntes, la experimentacin y el planteamiento de hiptesis.

Muestra un conjunto de frmacos que han sido sintetizados en base a la ciencia qumica. La industria demedicamentos ha sido la ms beneficiada con los avances de la ciencia qumica y la tecnologa.

Muestra modelos de metro y kilogramo patrn que se guardan en la Oficina Internacional de Pesas yMedidas de Svres (Francia). Dentro de las ciencias naturales la medicin de magnitudes esfundamental, para ello se emplean diferentes unidades de medida, que es necesario agruparlos enSistema de Unidades.

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Qumica, Cienciay - i s iSTEMA d eunidades

3-;; " \* *'mprfer la implqrtocia(,de lqurrc&cqm ua ciencia central que sirve de base a otras

cienciasy qqiie nf^ humhs.. :*; * Cqmprhder cmo se UVa 'ato la investigacin cientfica pcnd'ei mtodo cientfico.

la necesidad de realizar mediciones paira eiiriUficar fenmenos fsicos y qumicos, utizando sistepns de unidadesl especilmete lSistma intemacjrialJ(S;},

: Ser capaz d conyertir cpplq^er u i^ d d f .nnedili de un sisfma a o.tro mediante el mfodo de

--iiactr^eonversin ; y '' ' V .. V'--; ' *' '

INTRODUCCINTodos los cuerpos materiales tangibles o

intangibles que nos rodean: aire, agua, vestimenta,

los alimentos, las pinturas, el papel, los plsticos, los

medicamentos, las bebidas gasificadas, la

generacin de energa (elctrica, luminosa,

calorfica, etc.), estn relacionados directamente

con la cienc ia qumica. Es ms, si queremos

ahondar en los misterios d e la tierra y del aire, que

son esenciales para la vida, debemos recurrir al

estudio de la qumica, ya que sta sirve de base o

fundamento a las ciencias de la vida: la biologa y la

Ssica.

La qumica interviene casi en todos los aspectos

de nuestra vida: cultura y entorno (social y

ambiental), por lo tanto, es enneo pensar que la

qumica es meram ente terica, y slo tiene que ver

con frmulas y nombres complicados de

compuestos; cundo respiramos, digerimos los

asnentos, nos lavamos con jabn, nos limpiamos

s dientes con cierta pasta dental, cocem os los

a&nentos, etc., estamos practicando qumica.

La conposicin de los alimentos es pane del estudio de la

qumica

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m i s a

CONCEPTO DE QUMICA ___________________________________________

Es una ciencia natural basada en la observacin y experimentacin relacionado con los fenmenosque sufre la materia, de tal modo que de ella se estudie su composicin , constitucin, propiedades

fsicas y qumicas, transformaciones y leyes que gobiernan dichos cam bios en su estructura interna, as

com o la energa involucrada en el proceso.

IMPORTANCIA PEIA QUMICA l ' j __________ .

La qum ica es una ciencia central, porque sirve de apoyo a otras ciencias como la fsica, la biologa,

la geolog a, etc. Adems, permite satisfacer las necesidades humanas en diferentes reas o campos de

la actividad humana. Veamos:En medicina. En esta rea, la qumica aporta con la sntesis de los diferentes frmacos (antibiticos,

analgsicos, antidepresivos, vacunas, vitaminas, hormonas, radioistopos, etc.), para el tratamiento de

muchas enfermedades y para el mejoramien to de la salud en general.

En nutricin. La qumica permite sintetizar sustancias llamadas saborizantes y colorantes para mejorar

ciertas propiedades de los alimentos, yque de e se m odo, pueden ingerirse fcilmente; los preservantes,

para que los alimentos no se deterioren en corto tiempo; tambin la qumica determina ias sustancias

vitales que requiere el organismo (minerales, vitaminas, protenas, etc.).

En agricultura. Gracias a los productos qumicos como abonos y fertilizantes, se aumenta la

productividad de l suelo y se logra satisfacer las necesidades de alimentacin; cada vez ms crecientes;adems, con el uso de insecticidas, fungicidas y pesticidas, se controla muchas enfermedad es y plagas

que afectan a las plantas.

En textiiera y cuidado de la ropa. La qumica ayuda potencialmente a satisfacer esta necesidad,

sintetizando muchas fibras textiles (rayn, orln, dracn, nylon, etc ), co lorantes parael teido, sustanciis

para el lavado (jabones, detergentes, etc .), preservantes de fibras naturales y Sintticas, etc.

Medio ambiente. Ayuda en el tratamiento y control de las sustancias contaminantes que afectan

severamente a nuestro ecosistema natural (agua, suelo y aire), yen la asistencia en los desastres

ecolg icos tales com o derrames de petrleo, cada de lluvia cida, incendios forestales y domsticos,

etc.

Otras industrias. En la obtencin de papel, cartn, resinas, cidos (HCI, H2SO.,, HN03, etc.), fabricacin

de aleaciones y materiales resistentes o ligeros para construir naves espaciales, buques, vehculos

terrestres, etc.

Adem s, la qumica sirve de ayuda a la Arqueolog a (para determinar la antigedad de restos fsiles y

de ese modo fechar los restos hallados), Mineraloga (en tcnicas de extraccin, y purificacin de

metales), Astronoma (combustibles qumicos para los cohetes, ropa y alimentos concentrados para

astronautas), etc.



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DIVISIN DE IA QUMICA

Captulo IQumica. Ciencia y Sistemas de Unidades

Por su gran amplitud y desarrollo, la qumica se divide en:

1. Qumica general

Estudia los fundamentos o principios bsicos comunes a todas las ramas de la cienc ia qumica.

2. Qumica descriptiva

Estudia las propiedades y la obtencin de cada sustancia qumicamente pura en forma

particular. Pode mos subdividirla en:

2.1. Qumica inorgnica. Estudia todas las sustancias inanimadas o del reino mineral.

2.2. Qumica orgnica. Estudia todas las sustancias que contienen carbono (con excep cin de CO,

C 0 2, carbonates, etc. ) ya sean stos naturales (provenientes del reino animal y vegeta l) o

artificiales (plsticos, fibras textiles, etc.).

3. Qumica analtica

Estudia las tcnicas para identificar, separar y cuan tificar las sustancias orgnicas e inorgnicas

presentes en una muestra material, o los elementos presentes en un compuesto qumico.

Se subdivide en:

3.1. Cualitativa. Estudia las tcnicas para identificar las sustancias qumicas (simples y

com puestas) en una muestra material o los elementos qumicos presentes en un compuesto.

As por ejemp lo, se ha determinado que en el agua pura slo hay dos elementos: hidrgeno y

oxgeno; en la sal comn, cloro y sodio; en el azcar de mesa, carbono, hidrgeno y oxgeno.

3.2. Cuantitativa. Estudia las tcnicas para cuantificar las sustancias qumicas puras en una

muestra material o el porcentaje en peso que representa cada elemento en un compuesto, para

luego establecer su frmula qumica. As por ejemp lo, tenemos que en el agua hay 88,89 % enpe so de ox geno y 11,11 % de hidrgeno, luego, la frmula del agua ser H20.

Qumica aplicada

Por su relacin con otras ciencias y su aplicacin prctica, podemos subdividirla en:

4.1. Bioqumica. Estudia la compos icin, estructura y funciones de las molculas comp lejas que

forman sistemas biolgicos, e intervienen en procesos qumicos vitales, com o la fotosntesis,

digestin, respiracin, reproduccin, circulacin, etc.

4.2. Fisicoqumica. Estudia todos los procesos en los que se relacionan los principios y leyes fsicas

y qumicas, com o por ejem plo en la estructura atmica y molecular; termodinmica,prop iedades de los gases, lquidos y slidos, etc.

4.3. Qumica industrial. Estudia la aplicacin de procesos qumicos y los insumos para la

obtencin de productos qumicos sintticos a gran escala, com o por e jemplo los plsticos,

caucho sinttico, combustibles, fibras textiles, fertilizantes, insecticidas, jabones, detergentes,

cido sulfrico, soda castica, cloro, sod io, cido sulfrico, etc.

4.4. Petroqumica. Estudia la aplicacin de procesos y principios qumicos para obtener los

productos industriales a partir de los derivados del petrleo, carbn y gas natural.

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Captulo 1Qumica. Ciencia y Sistemas de Unidades

Si los gobiernos no actan co n sensatez y sabidura, con politicis pacifistas y con con trol del medio

ambiente, la tecnologa puede aceirrear el exterminio de la raza humana en corto tiempo.

La humanidad neces ita alimentacin, provisin de agua, educacin, medicinas, viviendas, etc., y la

tecnologa ofrece poderosos medios para satisfacer esos requerimientos. El dinero que gasta el mundoen armamentos en slo dos semanas, sera suficiente invertir anualmente para lograr satisfacer todas

las necesidades humanas primarias que se mencion anteriormente (clculo estimado por la

Organizacin de las Naciones Unidas)

MTODO CIENTIFICO : . . _________ * _________________________________

Para adquirir los conoc imientos cientficos, e l hombre de c iencia no acta al azar o a ciegas; deb e

proceder siguiendo un camino que implica un conjunto de pasos ordenados, los cuales se convierten

en una norma para realizar su trabajo y dar respuestas a las preguntis que se formule respecto al tema

o p roblema particular que tiene entre manos el conjunto de dichas norma se llama mtodo cientfico.

Pasos generales del mtodo cientfico

1. Observac in del fenmeno. El cientfico suele comenzar por la cuidadosa observacin de los

hechos o fenmenos en estudio, las condiciones a las que se producen y sus caractersticas

particulcires. Por ejemp lo, cuando se observa el fenm eno de oxidacin de un metal al someterlo

a una llama proven iente de un mechero: se observcir detenidamente qu pirte de la llama (azul, roja

o amarilla) est en contacto con el metal y los cam bios de co lor en su superficie metlica.

2. Registro de datos. Es de importancia fundamental que anote y registre exactamente lo que observa

durante el experim ento. Para el ejem plo anterior, se anotar la parte de la llama que est en contacto

con el metal para estaar la temperatura, el cam bio de color del metal con el tiempo, el aumento de

peso que experimenta, etc.

3. Organizacin de las observaciones. Muchos exper imentos fracisan porque los datos y los hechos,

por mucho cu idado que se tenga al observarlos y registrarlos con exactitud, no estn orginizados de

modo que revelen ua tendencia o patrn, es decir, una regularidad; sto se ve con mayor facilidad

si los datos se disponen en una tabla preparada con cuidado, graficando los resultados, usando

smbolos, etc.

4. Formulacin de hiptesis. Una vez observada la regularidad, el cientfico busca explicar el

fenmeno detalladeimente y en forma completa; para ello, plantea una suposicin, que es lo que se

llama hiptesis cientfica.

5. Comprobacin experimental. Una vez planteada la hiptesis, sta debe explicar otros fenm enos

similares, para ello es necesario reeilizar nuevos experimentos en idnticas condiciones.

6. Conclusiones lgicas. Luego de la comprobacin experimntal, el cientfico busca una conclusin

lgica y formal para el fen m eno observado.

7. Comunicacin de los resultados. Las con clusiones deben ser comunicadas por escrito a otros

cientficos que trabajen en el mismo campo, para que ellos tambin tengcin la oportunidad de objetar

o corroborar las conclusiones, en cuilquier lugar don de e llos trabajan.

Si la hiptesis cientfica llega a comprobarse en cualquier lugar de l mundo, se convierte en una Ley

Cientfica.

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Slumwa.

4.5. Geoqumica. Estudia la com posicin qumica de la tierra. Los objetivos principales de la

geoqum ica son: (1) la determinacin d e la abundancia absoluta y relativa de los elementos

qumicos en la tierra, (2) estudio de la distribucin y migracin de dichos elementos en lasdiversas partes de la tierra (atmsfera, hidrosfera y litosfera) y en sus minerales y rocas,

intentando determinar las leyes o principios que rigen tal distribucin y migracin.

4.6. Astroqumica. Estudia la composic in qumica de los astros. As por ejemplo se ha

determinado que la atmsfera del planeta Marte contiene nitrgeno (N2), anhdrido carbnico

(C 0 2), helio (H e) e hidrgeno (H2).

4.7. Farmoqumica. Estudia las propiedades de las sustancias qumicas y su accin nociva o

benfica sobre los seres vivos. Por ejemplo, la accin de la penicilina, las drogas y antibiticos

en seres humanos.

qENQA Y TECNOLOGA____________________

- '__________

' ' ' " ' :Qu es la denda?

En ios libros de ciencia, encontramos conocimiento cientfico, pero es un error creer que la ciencia

es solamente lo que d icen tales libros o lo que nos ensean los expositores (profesores y cientficos) en

clases y conferencias. Porque la ciencia es principalmente una actividad, un hacer cosa s . Tod o

conocimiento cientfico adquirido genera nuevas preguntas, nuevos problemas y nuevos retos. Ese

renovado e incesante actuar de los cientficos en la bsqueda de nuevas ideas y nuevas respuestas es

otro aspecto de la ciencia: la investigacin cientfica.

En resumen, la ciencia es un conjunto de conocimientos sistematizados acerca del mundo en que

vivimos y, al mismo tiempo, es la actividad que realizan los cientficos en procura de nuevos

conocimientos. La ciencia intenta comprender los cambios o fenmenos que ocurren en la naturalezay en la sociedad, para lo cual formula principios y leyes acerca de los hechos y puede as proponer

procedimientos para transformar el medio natural y social.

Qu es la tecnologa?

Es la aplicacin de los conocimientos

cientficos en forma prctica sobre la

naturaleza, transformndola y sirviendo a

la satisfaccin de las necesidades

humanas, por medio de ciertos

procedimientos especficos: las tcnicas.

Las tcnicas actuales se basan en

conocimientos cientficos muy avanzados

y complejos, constituyendo poderosos

recursos para dominar el medio en que

vive el hombre. Vivimos un elevado

desarrollo tecnolgico, que incluso es

capaz de producir la destruccin de la

especie humana, a travs de armis

nucleares, armas qumicas, contami- tecnologa moderna utiliza la energa nuclear para buques y submarinos

nacin ambiental etc, al ser empleados muy veloces y de alto tonelaje.

con fines privados.



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Qiiimisa

NOTACIN CIENTFICA-V

En la ciencia qumica y fsica, es muy comn tratar con nmeros pequeos y graneles com o resultado

de alguna medicin de una determinada magnitud. Pod emos representar estos nmeros de manera

sencilla y cmoda utilizando criterios de redondeo de nmeros y mltiplos de diez, lo que se lama

simplemente notacin cientfica.

Antes de tratar la notacin cientfica, record emos cm o representar los mltiplos y submltiplos de

diez.

Los mltiplos de diez pueden representarse expresando diez elevad o a unapotencia (exponente)

positiva.

Ejemplo:

100 = 1 0 x 1 0 = 102

1000 = 10X 10 X 10 = 103

1000 000 = 10X 10 X 10 X 10X 10 X 10 = 106Las fracciones de diez (o submltiplos) se representan en forma semejante con la nica diferencia

que en este caso se utiliza exponente negativo. Por ejemplo:

= 0 ,1 = 1 0 ' ; = 0,01 = 10'2 ; - = 0,0001 = 10 410 100 10 000

Com o se observa en los ejemplos, el exponente positivo nos indica el nmero de posiciones de la

com a decimal que se deb e correr hacia la derecha a partir del uno (1 ) y comp letando con ceros, as:

103 = 10 0 ^ . (la coma decimal corri 3 lugares hacia la derecha)

105 = 1 0 a coma d ecimal corri 5 lugares hacia la d erecha)

El exponente negativo nos indica el nmero de posiciones de la com a decimal que se debe correr hacia

la izquierda, a partir del uno (1 ) y com pletado con ceros, as:

10 2= (la com a decima l corri 2 lugares hacia la izquierda)

10 "* = (la coma decim al corri 4 lugares hacia la izquierda)

La notacin cientfica tiene las siguientes formas:

a, b x 10"" o con dos dgitos significativos

a, be x 10""


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Captulo I

Ejemplo 2

Escribir 0,000123 en notacin cientfica.

Resolucin:

Se deb e colocar la com a decimal entre el 1y el 2.

0 ,_0 00 j ,2 3Como la com a decima l se movi cuatro lugares

hacia la derecha, el exponente de 10 ser -4

(para que la coma decimal corra hacia la

izquierda y de ese modo regrese a su posicin

original), as: 1,23 x 10'

4,5 x 10 9 aos

2,656 x 10'23g

.Qumica, Ciencia y Sistemas de Unidades _ _ _

Ejemplo 5

Simplificar la siguiente expresin:

g _ 0,6 x 4,02 x 0,05

40,2 x 0,2

Resolucin:Expresando las cantidades decimales en potencia

de 10, tenemos:- 2 / - 2

Ejemplo 3

La edad de la tierra es aproximadamente

4 500 000 000 aos. Expresar este nmero en

notacin cientfica.Resolucin:

Se co loca la coma decimal entre el 4 y el 5.

4 5 0 0 0 0 0 0 0 0

Como la com a decimal se movi 9 lugares hacia

la izquierda, el exponente de 10 ser 9, as:

Ejemplo 4

Un tomo de oxgeno pesa aproximadamente0, 000 000 000 000 000 000 000 02656 gramos.

Expresar este peso en notacin cientfica.

Resolucin:

Se colo ca la com a decimal entre el 2 y el 6.O Q 0 0 0 O 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2.6 5 6 g

y com o la com a decim al se corri 23 lugares

hacia la derecha, el exponente ser -23, as:

E =6 x 10'1x Afx l/ " x 5 * l /

402* l / ' ' x 2 x

= 15x10 3 = l,5x lOx lO'3

E = 1,5 x 10'

Ejemplo 6

La luz monocromtica de color amarillo presenta

la longitud de una onda completa igual a

4 350x10 * cm. Qu longitud en centmetros le

corresponde a 2 x l0 10ondas?

Resolucin:

Una onda

La longitud total de 2x 10 ondas ser:

L = 2 x10 ' x 4 350 x 10 8cm

= 8 700 x 102cm

= 8,7 x 103 x 102 cm

L = 8,7 x 105cm

En conclusin, si la coma decimal corre hacia la:derecha ( - ) =* el exponente ser negativo

izquierda ( - ) -* el exponente ser positivo

Otros ejemplos:

I. 14 000 < > 1,4 x 104 (con 2 dgitos)

< > 1,40 x 104(con 3 dgitos)

II. 5 580 < > 5,580 x 103 < > 5,58 x 103

III. 0,00864 < > 8,64 x 10 3

Ejemplo 7

Una persona pesa 83 kg. Expresar el peso de lapersona en gramos usando notacin cientfica.

Dato: 1kg = 1000 g

Resolucin:

W = 83 kg = 83 x 103 g

W = 8,3 x 10 x 103g

W = 8,3 x 104g

3b

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Q n m im Ciencia y Sistemas de Unidades

SIS TE l^ ClAsiCO PE - i '

. i S is tm p e r ic o -- Sistth ingls

Magnitud ;%^Siim absoluto^feSistema Sistema Sistema

-'-v : / ' ' . CGS , , MKStcnico absoluto tcnico

Longitudcentmetro

(cm)metro(m )

metro(m )

pie(ft)

pie

(ft)

Masagramo

(g )

kilogramo(kg)

UTMlibra(Ib)

slug

Tiemposegundo

(s )segundo

(s)segundo

(s )segundo

(s)

segundo(s )

Fuerzadina(din)

Newton(N )

kgf Poundal lbf

EnergaErgio(erg)

Joule

(J)kgf.m Poundal.ft Ibf.ft

Donde:UTM = Unidad tcnica de masa

kg f kg = kilogramo fuerza

Las magnitudes fundamentales son la longitud (L), masa (M) y tiempo (T), considerndose, lasdems, magnitudes derivadas.

y

PRfNaPAlES EPUlVALENClAS DE UNIDADES > ^ ^

Longitud " ; Masa (M ) ' ;

1m = 10dm = 100cm = 103mm1km = 1000 m = 105cm1milla martima (nutica) = 1852 m1 milla terrestre = 1609 m1angstrm ( ) = 10 8 cm = 10~lo m1yarda (yd) = 3 pie = 36 pulg1pie (ft) = 12pulg = 30,48 cm1pulgada (pulg) = 2,54 cm1 miera (/i) = 10"8 cm = 10 6 m

1kg = 1000 g = 2,2 Ib1Ib = 16onzas = 453,6'g1onza = 28,35 g1UTM = 9,807 kg1slug = 1,488 UTM1 tonelada (tn) = 1000 kg

'^T i e m p o l r )'

1 semana = 7 dasI da = 24 horas1 h = 60 min = 3600 s1min = 60 s

1dina (din) = S 'cms 2

1New ton (N ) = kg .m = io 5din

s 21poundal = 0,138 N1 kgf = 103gf = 9,8 N1 lbf = 0,448 N

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Q u i m b a

1 joule = 107 ergios1 calor a (cal) = 4,184 J1 kcal = 1000 caloras

1electronvoltio (eV) = 1,6x10"12ergios1BTU = 252 calBTU = British Termal Unit1 litro x atm = 101,3 J

1 mililitro (m L) = lcm 3 (cc )1 litro (L ) = 1 dm 3 = 103m1 barril = 42 L

1 botella = 956 cc (m L)1 galn ingls = 4,545 L1 galn americano = 3,785 L1pie3= 28,32 L

/, . ' ' - r e i S : j ; - /

1 m2 = 104 cm2 = 10,76 pie21 rea = 100 m21 hectrea = 100 reas = 104m21 acre = 40,5 reas = 43,560 pie2

lm 2 = 100 dm 2

1 atm = 76 cmHg=7 60 mmHg

= 1033 g^/cm2

= 14,7b /pulg2( p s i)

= 1,013 x 105 Palbar = 106dina/cm2

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES (S.l.)' - J ;

Ante la diversidad de sistemas de unidades y las diversas equivalencias, que hace tediosas lasoperaciones, para homogenizar unidades, naci oficialmente en 1960 el S.l. que utiliza muy pocasunidades y es una ampliacin de la forma MKS de l Sistema Mtrico Decimal. En la decimocuartaConferencia General de 1971, el Comit Internacional de Pesas y Medidas fija 7 unidades de base, 2suplementarias y unidades derivadas, con sus smbolos correspondientes acep tados por todos los pasesdel mundo.

En nuestro pas a partir de 1 985 es obligatorio su uso, com o Sistema Lega l de Unidades de Medida

del Per (SLUMP).

Unidades en el sistema internacional". -1i ---- -i;.., ""i" ..JTi. .

M agnijtad:;3 f ftw4 g ; ^ n W t d ^ j ^Smbolo

Longitud metro m

UnidadesbaseoFUNDAMENTALES

Masa kilogramo kg

Tiempo segundo s

Intensidad de corrienteelctrica

Ampere A

Temperatura Kelvin K

Intensidad luminosa candela cd

Cantidad de sustancia mol mol

ngulo plano radin rad UnidadesSUPLEMENTARIAS

ngulo slido estereorradin sr

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Captulo IQumica. Ciencia y Sistemas de Unidades

Ejemplo: Para un milln de kilogramos.

Resolucin:

Como un milln equivale a 106 (pre fijo m eg a) y un kilo es 103, entonces se puede escribir as:

106x l0 3g = 109g = 1 Gg

Incorrecto Correctp*5


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Qumisa

PREFUOS DEL SISTEMA INTERNACIONALSon usados para formar os nombres y smbolos de los mltiplos y submltiplos decimales del

Sistema Internacional. _____ __________________________

Prefijo , Smbolo Factor

exa E 1018

peta P 10'5

tera T 1012

Para giga G 109

mltiplos mega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 10deci d 10 1

centi c 10 2

mili m 10 3

Para micro 10 6

SUBMULTIPLOS nano n 10 9

pico P 10 12

femto f 10 15

atto a 10 18

Los prefijos tienen por finalidad expresaren nmeros ms sencillos magnitudes muy grandes o muy

pequeas, as:

10 000 L equivale lOxlO3L = 10 kL,

3600 000 m equivale a 3,6 x 106 m = 3,6 Mm

0,0000000032 m equivale a 3,2x10 9 m = 3,2 nm

0,000000000025 s equivale a 25x 10~12s = 25 ps

Se observa que para expresar una determinada magnitud, se realiza de la siguiente manera:

; Cantidad ;

j Numrica [PREFIJO] [UNIDAD] i

Asi, se tiene:

24000 m < > 24x 103m = 24 km

Debemos recordar que cuando se expresa un nmero utilizando la notacin cientfica, por

convencin la potencia de 10, se escoge de modo que se halle un solo dgito a la izquierda de la coma

decimal en el nmero ordinario.

Ejemplo:

8464 J o 8,464 x 103 J = 8,464 kJ

0,0000572 W < > 5,72 x 10 5W

En el sistema internacional de unidades, no se utilizan prefijos compuestos.

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Problemas Resueltos

PreMemaiLa qumica es una ciencia experimental que no

estudia la materia, en cuanto se refiere a:

A ) Su composicin

B) Sus prop iedades fsicas y qumicas

C) Las leyes que gobiernan sus transformaciones

D) Los camb ios de energa asociados a la

materia

E) Las leyes del movimiento que los gobierna

Resolucin:

Las leyes dei movimiento que gobiernan a los

cuerpos materiales son estudiadas por la ciencia

fsica y no la qumica.

Rpto: B

Prablema 2Seale la disciplina que

conocimientos qumicos

A) Fsica

C) Medicina

D) Lengua y Literatura

Resolucin:

El estudio de Lengua y Literatura no requiere el

apoyo de la ciencia qumica.

R p ta :t>

Prablema 3Estudia los fundamentos o principios bsicos

comunes a todas ias ramas de la ciencia qumica:

A) Qumica descriptiva

B) Qumica inorgnica'

C ) Qumica generalD) Qumica analtica

E) Qumica aplicada

Resolucin:

Los principios bsicos comunes a todo el cam po

de la ciencia qumica es estudiado por la qumica

general.

Problema 4Para determinar la constitucin y frmula d e un

compuesto qumico en forma experimental, se

requiere conocimientos de:A) Qumica general

B) Fisicoqumica

C) Geoqumica

D) Qumica descriptiva

E) Qumica analtica

Resolucin:

La qum ica analtica permite identificar el tipo de

elemento y la cantidad en que interviene en la

estructura interna de un compuesto, para luego

estab lecer su frmula. _______

Rpta: E

ProblemasSeale la disciplina que no pertenece a la qumica

aplicada

A ) Geoqu mica B) Astroqumica

C) Qumica industrial

D) Qumica orgnica E) Petroqumica

Resolucin:

La qumica orgnica es parte de la qumica

descriptiva que estudia los compuestos delcarbono, no p ertenece a la qumica aplicada.

[Rpta:D

ProblemasLa notacin cientfica de los nmeros 0,00405 y

24 808 son respectivamente:

A ) 4,5x10 5 y 2,48xl04

B) 4,05x10 5 y 2,4808x 104

C) 0,405x 102 y 2,48x 105D) 4,05x10 3 y 2,4808x10"

E) 4,05x10 4 y 2,4808xl05

Resolucin:

0,00405 = 4,05 x 10~3VAJ j

24808 = 2,4808x104

R p t ;C

no se apoya de los

B) Arqueologa

E) Mineraloga

Rp ta: D

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Cap tu lo IQumica, Cienciay Sistemas de Unidades

Problema?Sealar la proposicin incorrecta:

A ) La ciencia es slo un conjunto de

conocimientos sistematizados acerca del

mundo en que vivimos.

B) La tecnologa es la aplicacin prctica de los

conocim ientos cientficos para actuar sobre la

naturaleza, transformarla y satisfacer las

necesidades humanas.

C) La tecno loga actual se basa en

conocimientos cientficos muy avanzados y

complejos

D) Los cono cimientos c ient ficos son

susceptibles de com probacin experimental

E) La ciencia y tecnologa no se aplican con

neutralidad.

Resolucin:

La ciencia no slo es un conjunto de

conocimientos sistematizados acerca de la

naturaleza, sino tambin la investigacin cientfica

en procura de nuevos conocimientos.

Rpia:

Problema!Cul de los siguientes pasos no corresponden al

mtod o cientfico?

A) Registro de datos

B) Comprobacin experimental

C) Deduccin de las frmulas

D) Formulacin de hiptesis

E) Observacin del fenm eno

Resolucin:

La dedu ccin d e frmulas no constituye uno de

los pasos del mtodo cientfico.

fy f i'C s

Problema 9Respecto a t e unidades, segn el Sistema

Internacional (S.I.), indicar lo correcto

A ) 0,5 moles B) 20 radin C) 30 volt

D) 200 kgs E) 50 m.

Resolucin:

Analicem os cada alternativa:

A ) Es incorrecto, en t e cantidades fraccionarias

comprend idas entre 1 y -1, la unidad no se

pluraliza. Debe ser 0,5 molB) Es incorrecto, en cantidades mayores a la

unidad, la unidad se expresa en plural. Debe

ser 20 radianes.

C) Es correcto, la unidad que proviene de

nombre de un cientfico lleva el nombre

original

D) Es incorrecto, la unidad no se pluraliza. Debe

ser 200 kg

E) Es incorrecto, luego de! smbolo de una

unidad no se co loca e l punto decimal, en caso

de que se utilice el punto por cuestiones

gramaticales se debe dejar un espacio en

blanco.

^Rpta:cj

Problema 10Se adquiere 4 galones (USA) de aceite lubricante.

Si la densidad del aceite es de 0,8 kg/L, y cada

kilogramo de aceite cuesta 2,25 soles, cul es el

cos to total?

Dato:

1 galn USA = 3,785 L

Resolucin:

Por el mtodo de factor de conversin se tiene:

. . . . . . 3,785 L 0,8 kg S/.2.254 galones USA x :-----------x 2 x '

galn USA 1L kg

Costo = S/.27,2

Problema 11

El dimetro de cierto tomo es 2,54 A. Cul es lamed ida de l dimetro en pulgadas?

Resolucin:

Sea D= dimetro del tomo

Mediante factores de conversin:

D = 2,54X x ^ * - l P ulg - D = 108pulg

1X 2,5401/

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Problema 12La presin que ejerce el aire atmosfrico a nivel

del mar es 1,033 kgf/cm2. Cul es e l valor de esta

presin en lbf/'pulg2?

Resolucin:Sea P = presin atmosfrica

Equivalencias a utilizar

1 kgf = 2,2 lbf ; 1 pulg2 = 6,45 cm 2

Mediante factores de conversin, tenemos:

W 2,2 lb f 6,45 c/nP = 1,033-

:F 2 1 'Pu'S 2

P = 14,7-lbf

pulg2

Problema 13Una barra uniforme d e acero tiene una longitud

de 10 pulgadas y su masa es de 6 libras. Cul es

la masa de la barra en gramos por cada

centmetro?

Datos: 1 pulg = 2,54 cm ; 1 lb = 454 g

Resolucin:

Evaluemos la masa de la barra en Ib /pulg

E . - l f i - . 0,6- J i lo pulg pulg

Ahora transformemos a gramos por cm.

v 454g ip yi gE = 0,6

pylg l/ 2,54 cm

E = 107,24cm

Problema 14Se necesita fundir 20 toneladas de cobre. Por

cada kilogramo de cobre fundido se gasta 0,5

toneladas de carbn y se desprende 1 000 caloras

po rcada k ilogramo de carbn utilizado. Cuntas

kilocaloras se desprendieron en total?

Resolucin:

Con datos del problema, plantearnos las

siguientes equivalencias.

1 kg (Cu ) < > 0,5tn(C) = 0,5 x 103 kg (C )

lk g (C ) < > 10 cal = 1kcal

Luego, por factor unitario hallamos el calor

necesario para fundir 20 tn(Cu)

20 tn(Cu) = 20x103kg (Cu) = 2 xl0 4kg(Cu)

0,5 x 103Jg(C )

Q = 2 x l o V s ( C u )

Q = 107kcal

K 8 (Cu)

1kcal

Problema 15La densidad del gas hidrgeno H2 a cierta

condicin de presin y temperatura es

2x10 3g/cm3.

Cuntos kilogramos pesan 5 m3 de gas H2?

Resolucin:

Ten er en cuenta las equivalencias:1 m = 102 cm = 1 m3 = 106 cm 3

Como: volumen = 5 m 3

= Vo lumen = 5x 106 cm 3

Se sabe: Densidad =masa

volumen

De donde:

masa = (densidad) x (volumen)

2 x 1 0

masa = 10 kg

a / (5x 106cpr3)

lkg

i o y j

Problema 16En una reaccin de fisin nuclear, cierta masa

radioactiva se transforma en energa equivalente

a 20 ,9x l0'7ergios. Cul es la energa producida

en kcal?

Resolucin:

Equivalencias:1J = 107ergios ; 1 kcal = 4 186 J

Sea E la energa

E = 2,09 x 10l7^Tg x l k c a l107 qig 4186/

- E = 4,9 x 106 kcal

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* W " *

IIC A P T U L Oiw':.. ' ^ - .^ y ^

9/ 26t t f f l i j lF B a i c i i t t

A. Muestra el sol, que es la principal fuente de energa, sta luego se transforma en otros tipos de energacomo calor, biolgica, elctrica, etc. La energa solar cumple funcin vital en plantas y animales.

B. Muestra el sistema Solar formado por planetas y satlites, dichos cuerpos estelares son cuerposmateriales gigantesconstituidos por los mismos elementos qumicos que hay en la tierra.

C. Tenemos el agua en sus tres estados de agregacin molecular: slido, lquido y gaseoso. El estadoplasmtico es slo para sustancias simples o elementos, donde sta se encuentra totalmente ionizado

(x++e~)

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j Materia

OBJETIVOS ! Ser capaz de diferenciar un cuerpo material o fsico y ia energa, y cmo se relacionan ambos, f

Comprender que, para reconocer los diferentes tipos de cuerpo materia!, se debe conocer sus 1

propiedades fsicas y qumicas, segn el estado en que se presenta. .

Aprender a separar los elementos de una mezcla segn el tipo de sus componentes utilizando

tcnicas adecuadas y com prender que estas operaciones son tareas cotidianas en el laboratorio

y ia industria. Entender ia importancia de un sistema quu

INTRODUCCIN

Materia, es todo aquello que est a nuestro

alrededor. Todo lo que form a'e l universo es

materia, a cual se manifiesta com o cuerpo fsico

o sustancia material y energa. La materia es

muy comp leja en su composicin y propiedades;

en busca de una explicacin coherente y lgica

de su composicin y propiedades, es necesario

clasificar los diferentes tipos de materia.

As surge la definicin de sustancia qumica

pura (simple y compuesta) y mezcla

(homognea y heterognea), fenmeno

alotrpico, etc. Es necesario tambin definir el

sistema qumico y estudiar las tcnicas de

separacin de mezclas, tan importantes en los

procesos de separacin y purificacin de

sustancias qumicas puras. La materia es slo,

aquello que posee masa y volumen''

Definitivamente no. La energa tambin es una

forma de materia, es materia dispersa da, c om o

lo sostena Albert Einstein.

En esta figura, se nene diversos ejemplos de minera, incluyendo la

luz.

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Qumica

CONCEPTO DE MATERIA _____________________________________

Citemos algunos ejemp los de materia:

A. Cuerpos gigantes del espacio sideral (Tierra, Luna, Marte, las estrellas, etc).

b. Agua, sal de mesa, azcar, alcohol, etc.

c. Tiza, aire, cuaderno, lapicero, borrador, etc.

d . Luz, ondas de radio y TV, rayos x, calor, etc.

Qu concepto podemos citar de la materia?

Podem os decir que:

Es todo aquello que constituye el Universo, se encuentra en constante movimiento y transformacin

mediante fenmenos fsicos y qumicos, principalmente; adems su existencia es independiente de

nuestros sentidos y del hombre.

El hombre estudia la materia segn la forma como

sta se manifiesta:

1. Forma Condensada (materia condensada, segn

Aibert Einstein), sustancia o cuerpo material,

posee dos caractersticas imprescindibles: masa y

volumen (o extensin), com o los ejemplos citados

en A , B y C.

2. Forma Dispersada (ma teria dispersada, segn

Einstein) o simplemente Energa, como los

ejemplos citados en D .

Qu es la masa de un cuerpo material?

La masa, es la cantidad de materia o cantidad de

partculas (tomos, iones o molculas) que posee un

cuerpo y se mide en unidades apropiadas (gramo,

kilogramo, libra, tonelada, etc).

La masa inercial, es la medida de la resistencia

que ofrece a cambiar su estado de reposo o

movimiento, llamado inercia. Por ejemplo, una bola

de plomo ofrece mayor resistencia que un baln deftbol, para ponerlos en movimiento; por lo tanto la

bola de plomo tiene mayor masa (mayor inercia).

El hombre sobre la luna. Todo lo que constituye los cuerpos

siderales como la tierra, luna, jp iter, saturno, neptuno, las

estrellas, etc., es materia.

Qu es energa?

La ene rg a es una forma o cualidad intangible de la materia que causa un cambio o interaccin de

cuerpos materiales; en otros trminos, es la capacidad para realizar trabajo. Por lo tanto, todo cam bio

(o fen meno) fsico, qumico o nuclear que ocurre en cuerpos materiales es causado por la energa. La

energa puede ser mecnica (cintica y potencial), calorfica, luminosa, elctrica, nuclear,

electromagntica (ondas de TV, ondas de radio, microondas, rayos X, etc ).

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Cap tu lo 11Materia

RELACIN MASA-ENERGA

Albert Einstein, fsico alemn, en 1 905, en su obra

Teora EspeciaI de la Relatividad", plantea que la masay energa son dos formas de la materia que estn

relacionado, mediante la siguiente expresin:

Donde:

E = energa almacenad a en un cuerpo material

de masa m

c = velocidad de la luz

Adems, si el cuerpo material sufre algn fenmeno o

cambio se cumple:

Am = variacin de la masa del cuerpo material durante un cierto proceso , que se transforma en

energa (AE)

AE = variacin de energa en el proceso debid o a A m.

Es importante saber que, en los fenmenos fsicos y qumicos ordinarios, la variacin de energa( AE) es muy pequea debido a que Am es insignificante (los instrumentos de m edida no pueden

detectarlo), por lo que es correcto afirmar que la masa de un sistema fsico o qumico permanece

inalterable, o sea se cum ple la ley de conservacin de masa.

Sin embargo en procesos o fenmenos nucleares tiene alta significacin porque involucra grandes

cantidades de energa, provenientes de la conversin de una cierta masa (Am ) relativamente pequea

segn la ecuac in AE = Am c 2.

Esta relacin es muy utilizada para realizar clculos de variacin d e masa y variacin de energa en

las reacciones nucleares de fisin nuclear, fusin nuclear, radiactividad, transmutaciones artificiales, etc.

La fisin nuclear ocurre en las bombas atmicas y centrales nucleares; la fusin nuclear ocurre en forma

natural en e l sol y otras estrellas; es el origen de la energa solar.

Ejemplo: Se sabe:

En un proceso nuclear de fisin, 10 gramos de AE = Am c2 = 10 g x (3 x l0 ')2cm 2/s2

plutonio (Pu -23 9) se transforman en energa. = 9 x l0 21ergios

La energa solar se forma mediante reaccin nuclear de

fusin, donde una cie rta masa so lar se transforma en

energa.

Donde:

Calcular dicha energa en Ergios y Joule.

Resolucin:

Datos: Am = 10 g = 10x10 3 kg AE = ?

AE = 10x10 3kg x (3 x 108)2 m/s2

= 9x1014Joule

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Q u l m i e

Cabe sealar que segn la teora de la relatividad, la masa inercia! de un cuerpo aumenta con el

aumento de su velocidad, segn la siguiente ecuac in:

m,Illf

/ \?V.

1 -N 1 c J

Donde:

m = masa inicial (en repo so) mf = masa final, cuando su velocidad es vf .

Esta relacin es significativa slo para cuerpos que viajan a grandes velocidades, c om o por ejemplo las

partculas subatmicas aceleradas (elec trones, protones, neutrones, etc.) en ciclotrones y betatrones,

que son instrumentos creados por el hombre para incrementar la velocidad de partculas. Para cuerpos

ordinarios, cuyas velocidades son muy pequeas respecto a la veloc idad de la luz, el incremento de la

masa inercial es extremadamente pequea que ningn instrumento de medida es capaz de detectar,

por lo tanto no tiene mayor significado.

Cuando se dice que la masa inercia! de un cuerpo aumenta, rio significa que va a aumentar el

nmero de tomos o molculas * pues stos permanecen inalterables, lo que se quiere decir es que

la fuerza para ven cer su inercia aumenta, puesto que va inc^ mentarse su velocidad.

Ejemplo:

Un electrn posee una masa en reposo igual a

9,1 x 10 28 g. Un acelerador de partculas le dota

de una velocidad igual a 3/4 de la velocidad de la

luz. Cul es el porcen taje de variacin de su

masa inercial?

Resolucin:

Datos:

m, = 9,1x10 28g

Vf = - C4

Am = mf - m

Am

m ,

% Am = 1 0 0 . ( o )

Calculemos primero la masa final:

m 9,1 x 10 28gm, = -

i -

/ \

V,1

2f i e )

\ c i -4

N c

9.1 x 10"28g 9,1 x 10-gm f = - = 1--------- -Vi - 9/16 P T

)J 16

9.1 x 10'28g 9,1 x 10'28 g x 4m = ;--------- = :--------- a-----

JL/16

36,4xl0-28g x [ q.28

' 2,6457

Luego, la variacin (aumento ) de masa ser:

Am = 13,75x10 28g - 9,1 x10 28g = 4,65x10 28g

Finalmente, reemplazando en (a )

4,65 x 10"28g 1AA _ , n.%Am = -------------5. x loo = 51 %

9,1 x 10'28g

Observamos que el aumento de masa inercial del

electrn es significativa, puesto que representa el

51 % respecto de su masa en reposo.



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Captulo I IMateria

ESTADOSFSICOS PE U MATERIA . . . ______ / ____ ;__________ ' . '

El cuerpo material se presen taen e l Universo en cuatro estados: slido, lquido, gaseoso y plasmtico.Los tres primeros son ms com unes a temperatura ambiental y por lo tanto de mayor importancia, por

ahora los trataremos en forma somera. Posteriormente, estos estados son analizados con mayor

profundidad.

El siguiente cuadro nos muestra una breve comparacin de los tres estados fsicos de la materia en base

a la sustancia agua.

ESTADO SLIDO ESTADO LIQUIDO ESTADO GASEOSO

' V (hielK-, .,/ W - , Fc

fefefe _ .

* ..

^ - _ Fe%- fe * _ '

fe > Ff *

j n

\_Vapor de agua

* * * .* Fr *

Poseetora y goitmiep. /definido. v.v . . Las parpynivsMo poseed '

movimiento devibftci&n debido a F. Fe . .. J

Alta compresibilidad

Donde:

Fe = fuerza de cohesin o atraccin intermolecular

Fr = fuerza de repulsin intermolecular

Partcula = molcula.

A los lqu ido s y ga ses se los llama fluidos, debido a la gran movilidad de sus molculas, por lo que

no o frecen resistencia a la deformacin y por diferencia de presiones fluyen de mayor a menor presin.

Cambios de Estado Fsico. Com o se puede apreciar en los ejemplos citados, un estado fsico depende

del grado de movimiento de sus partculas, por lo tanto depen de de factores externos como la

temperatura y presin.

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Qumis

El siguiente esquem a nos muestra el nombre especfico de los cambios de estado a presin constante,

solo por efecto de la temperatura:

'Con aumento de TemperaturaSublimacin

Deposicin o sublimacin regresiva

Ejemplo ilustrativo:

te

Tanien-o-c t------- c

Tsolidificacin=0

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qumica lumbreras- 1