QUÍMICA CURSO DE PREPARACIÓN PARA EL EXAMEN DE INGRESO AL

NIVEL MEDIO SUPERIOR

JOSE LUIS CANO VELASCO

Clasificación de la materia

• Química es el estudio de la materia y los cambios que experimenta, (átomo).

• La materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa es lo que se puede ver y tocar (como el agua, la tierra y los árboles) y no tocar (como el aire).

• Se distinguen varios subtipos de materia con base en su composición y propiedades (cualidad o atributo).

• La clasificación de la materia incluye sustancias, mezclas, elementos y compuestos, además de los átomos y moléculas.

• Sustancia: porción de materia que tiene composición definida (constante) y propiedades distintivas. Son ejemplos de ello el agua, amoniaco, azúcar de mesa (sacarosa), oro y oxígeno.

• Las sustancias difieren entre sí por su composición y se pueden identificar según su aspecto, color, sabor y otras propiedades.

• Se clasifican en sustancias puras y mezclas:

• Sustancia pura: aquella que no se puede descomponer en otras mediante procedimientos físicos. Probablemente se descomponga mediante procesos químicos. Siendo esto posible, se trata de un compuesto, sino es posible se denomina sustancia simple.

• Compuesto: es una sustancia formada por la unión de dos o más elementos de la tabla periódica. Un compuesto está formado por moléculas o iones con enlaces estables y no obedece a una selección humana arbitraria.

• Mezcla: resulta de la combinación de varias sustancias puras, y es posible la separación de éstas mediante procedimientos físicos (destilación, evaporación, y filtración) y mecánicos (decantación y por la aplicación de un campo magnético).

• Se clasifican en homogénea o heterogénea:

• Heterogénea es aquella que sus componentes se pueden disinguir(fases), se puede formar y luego separar por medios físicos en sus componentes puros sin cambiar la identidad de tales componentes.

• Homogénea: son aquellas en las que la composición es la misma en toda la muestra (1 fase). La mezcla homogénea también se denomina disolución, que consiste en un disolvente, normalmente la sustancia presente en mayor cantidad, y uno o más solutos.

• Normalmente el disolvente es un líquido, mientras que el soluto puede ser sólido, líquido o gas. La soda es una disolución formada por dióxido de carbono (soluto) y agua (disolvente)

Ejemplo de mezcla heterogénea.

Ejemplo de mezcla homogénea.

• Las sustancias pueden ser elementos o compuestos.

• Un elemento es una sustancia que no se puede separar en otras más sencillas por medios químicos.

• Los átomos de muchos elementos pueden interactuar entre sí para formar compuestos.

Nicotina C10H14N2

Propiedades de la materia• Propiedades Químicas, las propiedades que se manifiestan

cuando ocurre un cambio químico, (estructura interna), transformándose en otra sustancia, dichos cambios químicos, son generalmente irreversibles. (huevo cocido).

• Las propiedades físicas son medibles y no se afecta la composición o identidad de ella. Ejemplo, el punto de fusión (ejemplo del agua).

• Masa: cantidad de materia que tiene un cuerpo.• Peso: es la fuerza producto de la masa de un objeto y la

aceleración de la gravedad.• Impenetrabilidad: dos cuerpos no pueden ocupar el mismo

lugar al mismo tiempo.

• Masa y peso• Se trata de cantidades diferentes. La masa es una

medición de la cantidad de materia en un objeto, el peso, en sentido técnico, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto.

• Una manzana que cae de un árbol es empujada hacia abajo por la gravedad de la Tierra. La masa de la manzana es constante y no depende de su ubicación, en tanto que el peso sí. Por ejemplo, en la superficie de la Luna la manzana pesaría apenas una sexta parte que en la Tierra, ya que la gravedad lunar equivale a un sexto de la terrestre.

Volumen• Es la cantidad de espacio que ocupa un cuerpo.

• La unidad es el metro cúbico (m3)

1 m3 = 1 000 dm3

1 m3 = 1 000 000 cm3

Se determina el Volumen de los líquidos y los gases por la capacidad del recipiente que los contiene, utilizando las unidades de capacidad, especialmente el litro (l) y el mililitro (ml). Existe una equivalencias entre las unidades de volumen y las de capacidad:1 l = 1 dm3 1 ml= 1 cm3

• http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/propiedades/volumen.htm

• La densidad es una magnitud que relaciona la cantidad de masa con la cantidad de volumen de un determinado cuerpo. Su ecuación es:

• La densidad es una medida de cuánto material se encuentra comprimido en un espacio determinado.

¿Qué pesa más 1 kg de algodón o 1 kg de plomo?

• Temperatura• La temperatura es una medida del calor o energía térmica de las partículas en una

sustancia, no depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño.

• Son tres las escalas de temperatura que están en uso actualmente. Sus unidades son °F (grados Fahrenheit), °C (grados Celsius) y °K (kelvin).

• Propiedades cualitativas: son las que se perciben con los sentidos sin necesidad de medirlas.

• Color, olor, textura, y sabor.

• Propiedades cuantitativas.

• Extensivas dependen de la cantidad de materia presente. La masa es una propiedad Extensiva, mas materia significa mas masa, las propiedades Extensivas son aditivas.

• Intensivas, no dependen de la cantidad de materia presente, además, no son aditivas, ejemplo, la densidad, esta no cambia con la cantidad de materia, la temperatura también es una propiedad intensiva.

¿Se pueden medir las propiedades de los materiales?

• Estado físico o estado de agregación.• En condiciones dadas, cada sustancia se encuentra en alguno de los

estados de agregación de la materia: sólido, líquido o gaseoso

• Puntos de cambio de estado• Son las temperaturas a las cuales las sustancias cambian de un estado de

agregación a otro. La temperatura a la cual se produce el cambio del estado líquido al estado de vapor se llama punto de ebullición; la temperatura a la cual se produce el cambio del estado sólido al estado líquido se llama punto de fusión; y la temperatura a la cual se produce el cambio del estado sólido al estado gaseoso se llama punto de sublimación.

Los tres estados de la materia• La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido,

líquido y gaseoso.

• Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.

• Características:

• Cohesión elevada.

• Forma definida.

• Incompresibilidad (no pueden comprimirse).

• Resistencia a la fragmentación.

• Fluidez muy baja o nula.

• Algunos de ellos se subliman (yodo).

• Volumen constante (hierro).

• Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos. Sus partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos.

• Características:• Cohesión menor.

• Movimiento energía cinética.

• No poseen forma definida.

• Toma la forma de la superficie o el recipiente que

lo contiene.

• En el frío se contrae (exceptuando el agua).

• Posee fluidez a través de pequeños orificios.

• Puede presentar difusión.

• Volumen constante.

• Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión. En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas.

CaracterísticasCohesión casi nula.Sin forma definida.Su volumen es variable dependiendo del recipiente que lo contenga.Pueden comprimirse fácilmente.Ejercen presión sobre las paredes del recipiente contenedor.Las moléculas que lo componen se mueven con libertad.Ejercen movimiento ultra dinámico.

• En todas las transformaciones de fase de las sustancias, no se transforman en otras sustancias ni sus propiedades, solo cambia su estado físico.

FUSION

VA

PO

RIZ

AC

IÓN

SUB

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AC

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CO

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ENSA

CIÓ

N

SUB

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CIÓ

N

CONGELACIÓN

CONGELACIÓN

DEP

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CO

ND

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CIÓ

N

• Fusión: Es el paso de un solido al estado liquido por medio de la energía térmica; durante este proceso hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, su valor es particular para cada sustancia.

• Solidificación: Es la transformación de un liquido a sólido por medio del enfriamiento. El “el punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

• Vaporización: es el proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido.

• La evaporación se produce a cualquier temperatura, aunque es mayor cuanto más alta es la temperatura.

• Condensación: Se denomina al cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa a forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización.

• Deposición o cristalización. es el paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa.

• Solidificación es el paso del estado líquido a sólido.

• Sublimación: es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

• El punto de fusión es la temperatura a la cual la materia pasa de estado sólido a estado liquido es decir, se funde.

• El punto de ebullición es aquella temperatura en la cual la materia cambia de estado líquido a gaseoso, es decir se ebulle. Expresado de otra manera, en un líquido, el punto de ebullición es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es igual a la presión del medio que rodea al líquido. En esas condiciones se puede formar vapor en cualquier punto del líquido.

PREGUNTAS

• La transformación de un líquido a gas cuando se realiza a una temperatura determinada y en toda la masa del líquido recibe el nombre de

Condensación Ebullición Evaporación Sublimación

• La transformación de un sólido en líquido recibe el nombre de:

• Si se produce una condensación, significa que el nuevo estado en que se encuentra la sustancia es:

• Selecciona las afirmaciones que creas verdaderas• Un gas puede pasar directamente a sólido• Un gas no tiene ni forma ni volumen fijos• No existen fuerzas entre las partículas que constituyen un gas• Un sólido tiene forma variable y volumen fijo• Un líquido tiene forma variable y volumen fijo• La temperatura a la que se transforma un sólido en líquido no se mantiene constante

mientras dura la transformación si las sustancia es pura.• El paso de gas a líquido recibe el nombre de condensación

• la trasformación de un líquido a un gas recibe el nombre de vaporización , pero si se produce en la superficie del líquido y a cualquier temperatura se denomina

Indique un ejemplo de cada uno de los términos siguientes:a) materia; b) sustancia, e) mezcla.

Señale un 'ejemplo de' mezcla homogénea y otro de mezcla heterogénea.

Use ejemplos para explicar la diferencia entre propiedades físicas y químicas.

¿En qué difiere una propiedad extensiva de una intensiva?

Indique cuáles de las propiedades siguientes son intensivas y cuáles extensivas: a) longitud; b) volumen; e) temperatura, d) masa.

Señale ejemplos de un elemento y de un compuesto. ¿En qué se distinguen los elementos de los compuestos?

¿Qué es la densidad?1. Volumen dividido entre masa.2. Ninguna de las respuestas es correcta3. Masa dividido entre volumen.4. Masa por volumen.

GRACIAS

TIPOS DE MEZCLAS Y MÉTODOS DE SEPARACIÓN

En una mezcla homogénea por lo general existe una sustancia quese presenta en mayor cantidad y otra en menor proporción que seencuentra dispersa en la primera, así hablamos de una fasedispersora y una fase dispersa.La principal diferencia entre las diversas dispersiones es el tamaño de las partículas dela fase dispersa.

Dispersiones

Agregados: Son sistemas de dispersión heterogénea en los cuales las fases se encuentran asociadas y se distinguen a simple vista.Ejemplos granito y el mármol como. Este tipo de dispersiones, cuyas partículas son mayores de 2x10 -4 cm, se consideran mezclas.

Hay muchas clases de sustancias que no se disuelven por completo en el medio dispersante, tal es el caso de las emulsiones y las suspensiones, mezclas que con el paso del tiempo terminan por mostrar una separación entre las fases dispersa y dispersora; se deposita o sobrenada finalmente la primera (formación de precipitados).

Suspensión Las suspensiones son mezclas heterogéneas formadas por un sólido enpolvo (soluto) o pequeñas partículas no solubles (fase dispersa) que sedispersan en un medio líquido (dispersante o dispersora).

Cuando uno de los componentes es agua y los otros son sólidos suspendidos en la mezcla, son conocidas como suspensiones mecánicas.

Características:• Sus partículas son mayores que las de las disoluciones y los coloides, lo que permite observarlas a simple vista.• Sus partículas se sedimentan si la suspensión se deja en reposo.

Los componentes de la suspensión pueden separarse por medio decentrifugación, decantación, filtración y evaporación.– Ejemplos de suspensiones son:• algunos medicamentos;• agua y la arena;• la arena mezclada con el cemento;

Coloides: En química un coloide, suspensión coloidal o dispersióncoloidal son dispersiones heterogéneas de dos fases intermedias entre soluciones y precipitados.

Los coloides son muy importantes en la industria, como porejemplo, en el comportamiento de los plásticos; el hule, laspinturas, el cemento, la cerámica, los detergentes y los aerosolesse relacionan también de alguna manera con los coloides.

La importancia de los coloides radica en que todos los sistemasbiológicos son coloidales en cierta medida. Se sabe que la célulaviva depende de partículas coloidales en el protoplasma(solución coloidal como lo son la sangre y otros fluidos en elorganismo) para realizar sus funciones químicas de crecimiento ymetabolismo.

Emulsión

Se define como toda dispersión formada por dossustancias líquidas no miscibles, una de lascuales se halla dispersa en la otra en forma degotas pequeñísimas

Emulsiones conocidas son: leche, mayonesa, crema, mantequilla, aderezos para ensaladas, insecticidas con base en petróleo, aceite de hígado de bacalao, etcétera.

Disoluciones

Cuando en una mezcla homogénea las partículas de la fase dispersa tienen eltamaño de átomos o moléculas se habla de una disolución. El componente queesta en exceso se denomina disolvente, el componente o componentes que seencuentran en menor proporción se llaman solutos.

Las disoluciones son mezclas homogéneas de sustancias eniguales o distintos estados de agregación. La concentraciónde una disolución constituye una de sus principalescaracterísticas. Su estudio resulta de interés tanto para lafísica como para la química. El aire de la atmósfera o el aguadel mar son ejemplos de disoluciones.

DISOLUCIONES

TIPOS DE DISOLUCIONES SEGÚN EL ESTADODE AGREGACIÓN

SEGÚN LA CAPACIDAD DE DISOLVER UN SOLUTO

• Disolución Saturada: Cuando contiene la máxima cantidad de soluto que es capaz de disolver a una determinada temperatura

• Disolución Insaturada: Cuando contiene menor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver a una determinada temperatura.

• Disolución Sobresaturada: Cuando contiene mayor cantidad de soluto de la que es capaz de disolver a una determinada temperatura.

COMPOSICIÓN DE LAS DISOLUCIONES

Las propiedades de una disolución dependen de la naturalezade sus componentes y también de la proporción en la que éstosparticipan en la formación de la disolución. Laconcentración de una disolución es la cantidad de solutodisuelta en una cantidad unidad de disolvente o de disolución.

La solubilidad es una medida de la capacidad de disolverse una determinada sustancia (soluto) en un determinado medio (solvente); es la máxima cantidad de soluto disuelto en una cantidad de solvente a una temperatura fija y en dicho caso se establece que la solución está saturada.

Su concentración puede expresarse en moles por litro, en gramos por litro, o también en porcentaje de soluto (m(g)/100 mL) .

El método preferido para hacer que el soluto se disuelva en esta clase de soluciones es calentar la muestra y enfriar hasta temperatura ambiente (normalmente 25 C).

Formas de expresar la concentración

• Compara la cantidad de soluto con la cantidad total de disolución, ya sea en términos de masas, de masa a volumen o de volumen a volumen, si todos los componentes son líquidos.

• Partes por millón (ppm): Es el número relativo de unidades de peso del soluto por cada millón de partes de disolución.

• Se utiliza como unidad para expresar concentraciones muy pequeñas (trazas) de una sustancia presente en una mezcla.

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• Estructura:

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• Casos Modelo:

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• a) Si la concentración de ozono en el aire sobrepasa las 0.11ppm ya está fuera de lo saludablemente recomendado.

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• b) Si estás por más de una hora en un lugar cerrado que tiene una concentración de más de 0.0013% de bióxido de carbono, te empieza a doler la cabeza.

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• c) El agua que contenga más de 0.02% de sodio no es potable, o lo que es igual más de 200 ppm.

Molaridad

Es la forma más frecuente de expresar la concentración de lasdisoluciones en química. Indica el número de moles de solutodisueltos por cada litro de disolución; se representa por laletra M.Una disolución 1 M contendrá un mol de soluto por litro, una0,5 M contendrá medio mol de soluto por litro, etc. El cálculode la molaridad se efectúa determinando primero el númerode moles y dividiendo por el volumen total en litros:

• ¿Cuál es la molaridad de una una disolución de 20 g de NaClen 180 mL de agua?

• Primero debemos saber cuantas moles son 20 g de NaCl:

• Ahora determinamos la concentración de la disolución, suponiendo que el volumen de agua no varía en el proceso de disolución:

MOLCantidad de sustancia que contiene el mismo número de unidades elementales (átomos, moléculas, iones, etc.) que el número de átomos presentes en 12 g de carbono 12.

Cuando hablamos de un mol, hablamos de un número específico de materia. Por ejemplo si decimos una docena sabemos que son 12, una centena 100 y un mol equivale a 6.022x 1023.

Este número se conoce como Número de Avogadro y es un número tan grande que es difícil imaginarlo. Un mol de azufre, contiene el mismo número de átomos que un mol de plata, el mismo número de átomos que un mol de calcio, y el mismo número de átomos que un mol de cualquier otro elemento.

1 MOL de un elemento = 6.022 x 1023 átomos.

Gramos por litro.

Indica la masa en gramos disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos).

Tanto por ciento en peso.

Expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cadacien gramos de disolución. Su cálculo requiereconsiderar separadamente la masa del soluto y la deldisolvente. siendo la masa de la disolución la suma de ladel soluto y la del disolvente.

• ¿Cuál es el % en peso de una disolución de 20g de NaCl en 180g de H2O?:

• La respuesta debe ser "cuántos gramos de NaCl hay en 100 g de disolución"

• De manera que el NaCl está al 10% en la disolución.

TAREASe mezclan 5,00 g de cloruro de hidrógeno (HCI) con 35,00 g de agua, formándose una disolución cuya densidad a 20ºC es de 1,060 g/cm3.

Calcúlese: a) El tanto por ciento en peso. b) La concentración en gramos por litro. c) La molaridad

Completa la siguiente tabla con la información que se te pide: explica cada uno de los conceptos y ejemplifícalos.

Procesos de separación

• Una separación es la operación por la cual una mezcla se divide en al menos dos fracciones de diferente composición.

• Para lograr una separación se aprovecha el hecho de que los diversos componentes de una mezcla tienen diferentes propiedades físicas y químicas.

Técnica de separación Principio tipo de mezclas

FILTRACIÓN BAJA SOLUBILIDADMezcla de sólido y líquido

DESTILACIÓN DIFERENCIA EN PUNTO DE EBULLICIÓNMezcla de Líquido y líquido

SUBLIMACIÓN DIFERENCIA EN PUNTO DE SUBLIMACIÓNMezcla de líquido y sólido (cafeína, azufre)

EXTRACCIÓN DIFERENCIA DE SOLUBILIDAD EN DOS DISOLVENTES INMISCIBLESMezcla sólida o líquida arrastrado por un liquido.

CRISTALIZACIÓN DIFERENCIA DE SOLUBILIDAD EN DISOLVENTES FRIOS Y CALIENTESMezcla de sólido y líquido

CROMATOGRAFÍA DIFERENCIA DE MOVILIDAD DE UNA SUSTANCIA QUE MIGRA A TRAVÉS DE UN SOPORTEMezclas complejas

FILTRACIÓN

• Una de las características de un sólido es su solubilidad en un líquido determinado. La sal es bastante soluble en agua, pero el carbonato y el sulfato de calcio (gis) son insolubles, en estos casos se puede lograr una separación eficiente mediante la técnica de filtración.

Destilación• A una presión determinada, cada sustancia

hierve a cierta temperatura, por tanto una mezcla de líquidos miscible o una disolución de un sólido en un líquido, pueden separarse por destilación.

Sublimación

• Se dice que una sustancia sublima cuando pasa del estado sólido al gaseoso sin fundirse, en una mezcla, la presencia de una sustancia que sublima permite su separación por esta técnica.

Extracción con disolventes

• Al igual que la filtración, esta técnica está basada en la propiedad de solubilidad, pero ahora respecto a dos disolventes distintos. Se espera que una de las sustancias presentes en la muestra sea más afín a uno de los disolventes, en cuyo caso puede lograrse la separación.

Cristalización

• También se basa en la solubilidad, específicamente en el cambio de esta con la temperatura. Es bien conocido que la cantidad de sal que se disuelve en agua aumenta con la temperatura. Cuando una disolución caliente y saturada se enfría, la sal se cristaliza.

• Cuando dos sustancias diferentes están disueltas, como cada una tiene una solubilidad característica se puede cristalizar primero una y después la otra mediante el enfriamiento, lo que se conoce como cristalización fraccionada.

Cromatografía

Es un método físico de separación en el que los componentes que se han de separar se distribuyen, entre dos fases, una de las cuales esta en reposo (fase estacionaria) mientras que la otra se mueve en una dirección definida (fase móvil).