Materia, cambios físicos y químicos. Estructura del átomo

Fredy Quispe Jacobo

UNIVERSIDAD CATÓLICA SAN PABLO

Arequipa, 12 de Marzo del 2012

QUÍMICA

FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y COMPUTACIÓN

Objetivo

Comprender los fundamentos de la química.

Bibliografía

Química Brown, Theodore L. - LeMay, H. Eugene - Bursten, Bruce E. -

Burdge, Julia R. México: Pearson educacion,2004

Química Chang, Raymond. México: McGraw-Hill,2002

Jesús le dijo: Yo soy el camino, y la

verdad, y la vida; nadie viene al

Padre, sino por mí (Juan 14:6)

Materia

Todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

Ejm: el aire que respiramos, el agua que bebemos, las frutas que

consumimos

Masa

Medida de la cantidad de materia de un objeto. Se determina en la

balanza.

Peso

Fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. Ejm el peso de un

objeto en la luna es 1/6 de su valor en la tierra.

Sustancia

Forma de materia que tiene una composición definida y propiedades

distintivas. Las sustancias se pueden identificar por su aspecto, olor,

sabor y otras propiedades.

Tabla 1. Comparación de agua, hidrógeno y oxígeno

Propiedades Agua Hidrógeno Oxígeno

Estado* Líquido Gas Gas

Punto de ebullición normal (°C) 100 -253 -183

Densidad* 1 g/mL 0,084 g/L 1,33 g/L

Inflamable No Sí No

* A temperatura ambiente y presión atmosférica

Mezcla

Combinación de dos o más sustancias en la cual éstas mantienen su

identidad. Ejm: gaseosa, cemento, leche, aire.

Mezclas homogéneas

Las sustancias que forman la mezcla son indistinguibles unas de

otras, formando una sola fase. Ejm: agua y sacarosa, el aire.

Figura 1.

Composición

del aire (%) en

volumen, libre

de vapor de

agua

Mezclas heterogéneas

Las sustancias que forman la

mezcla se pueden distinguir unas

de otras. Ejm: arena y virutas de

hierro, agua y aceite.

Las mezclas homogéneas y

heterogéneas se pueden separar

por métodos físicos.

Elementos

Sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por

medios químicos. En la actualidad se conocen 112 elementos, los

cuales varían ampliamente en su abundancia, y sólo 83 se

encuentran en forma natural en la tierra.

Símbolo

Los elementos se

denotan por símbolos

con una o dos

palabras, siendo la

primera mayúscula. Figura 2.

Composición

de la tierra (%)

Tabla 2. Algunos elementos comunes y sus símbolos

Carbono, C Aluminio, Al Cobre, Cu de cuprum

Flúor, F Bario, B Hierro, Fe de ferrum

Hidrógeno, H Calcio, C Plomo, Pb de plumbum

Yodo, I de iodine Cloro, Cl Mercurio, Hg de hydrargyrum

Nitrógeno, N Helio, He Potasio, K de kalium

Oxígeno, O Magnesio, Mg Plata, Ag de argentum

Fósforo, P de phosphorus Platino, Pt Sodio, Na de natrium

Azufre, S de sulfur Silicio, Si Estaño, Sn de stannum

Compuestos

Sustancias formadas por átomos de dos o más elementos unidos

quimicamente en proporciones definidas. Ejm: H2O.

Compuestos iónicosEjm: sales inorgánicas (NaCl, NaOH, CaCl2, etc)

Compuestos covalentes, moléculasEjm: compuestos del carbono (CH4, C6H6, C2H5OH, etc)

Forma de representar las moléculas:a) Fórmula estructuralb) Dibujo en perspectivac) Modelo de bolas y palosd) Modelo de llenado de espacios

Ejm: Metano, CH4

Fórmula molecular, peso fórmula

Materia, cambios físicos y químicos. Estructura del átomo

Figura 3. Mezclas y sustancias

Se separan por métodos químicos

Propiedades de la materia

Físicas: color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición,

dureza, etc. (se miden sin cambiar su identidad)

Químicas: combustión, cambio de coloración por el pH. (describe

como la sustancia puede reaccionar, cambiando su identidad)

Intensivas: densidad, índice de refracción, etc (no dependen de la

cantidad de materia)

Extensivas: masa, volumen, etc (dependen de la cantidad de

sustancia)

Cambios físicos y químicos

Cambios físicos: la sustancia varía en su apariencia física pero no

en su composición. Ejm: la evaporación del agua.

Cambios químicos: la sustancia se transforma en una sustancia

químicamente distinta (reacción química). Ejm: Cuando se quema

papel, etc.

Figura 4.

Cambios

físicos del

agua

(a)

( c) (d)

(b)

(e )

(f)

SÓLIDO GAS

LÍQUIDOFigura 5.

Cambios de

estado

ABP 1 TEORIA: Materia, sustancia, mezcla, compuesto, elemento, cambio físico y cambio químico

Unidades SI

El Sistema Internacional de Unidades de Medidas, es el fruto del

esfuerzo de investigación para lograr un sistema de medidas

exacto, práctico y universal

Se fundamenta en siete unidades de base, establecidas

arbitrariamente y consideradas independientes, ya que no guardan

relación entre sí. Estas unidades sirven para definir las demás:

Cantidad Nombre Símbolo

Longitud Metro m

Masa Kilogramo kg

Tiempo Segundo s

Corriente eléctrica Amperio A

Temperatura termodinámica Kelvin K

Cantidad de sustancia Mol mol

Intensidad luminosa Candela cd

Unidades derivadas

Cantidad Expresión Nombre Símbolo

Aceleración lineal m/s2

Área m2

Densidad masa kg/m3

Densidad corriente A/m2

Trabajo, calor N.m Joule J

Flujo, masa kg/s

Flujo, volumen m3/s

Fuerza (kg.m)/s

2 Newton N

Frecuencia 1/s Hertz Hz

Presión N/m2 Pascal Pa

Velocidad lineal m/s

Volumen m3

Uso de símbolos (algunas consideraciones)

- El SI no tiene abreviaturas, sólo símbolos. Ejm: Correcto A,

incorrecto amp.; s correcto, incorrecto seg.

- Los símbolos en minúscula, a menos que sea de origen nombre

propio. Ejm: m para metro; Pa para Pascal.

- Los símbolos y prefijos, no se escriben en cursiva. Ejm: ………. a

una distancia de 73 km entre ……………..

- Los símbolos son los mismo en singular y plural

- Se debe dejar espacio entre el valor y símbolo. Ejm: 110 W,

correcto; 110W, incorrecto.

- No mezclar símbolos y nombres en la misma expresión. Ejm:

Radianes por segundo o rad/s, correcto; radianes/segundo o

radianes/s, incorrecto

- Para representar cociente utilizar la forma: m/s, m o exponente

negativo. s

Prefijos

Los prefijos expresan ordenes

de magnitud en múltiplos de

1000, y proveen de una forma

conveniente de expresar los

números grandes y pequeños.

Ejm: 64 000 watt, es 64 kilowatt

18 000 metros, es 16 kilómetrro

Prefijo Símbolo Representa

yotta Y 1024

zetta Z 1021

exa E 1018

peta P 1015

tera T 1012

giga G 109

mega M 106

kilo k 103

hecto h 102

deca da 101

deci d 10-1

centi c 10-2

mili m 10-3

micro μ 10-6

nano n 10-9

pico p 10-12

femto f 10-15

atto a 10-18

zepto z 10-21

yocto y 10-24

Operaciones matemáticas con notación científica

a) Suma y resta

Siempre que las potencias de 10 sean las mismas, se deben sumar los coeficientes

(o restar si se trata de una resta), dejando la potencia de 10 con el mismo grado.

En caso de que no tengan el mismo exponente, debe convertirse el coeficiente,

multiplicándolo o dividiéndolo por 10 tantas veces como se necesite para

obtener el mismo exponente.

Ejemplo:

2×105 + 3×105 = 5×105

3×105 – 0,2×105 = 2,8×105

2×104 + 3 ×105 - 6 ×103 = (tomamos el exponente 5 como referencia)

= 0,2 × 105 + 3 × 105 - 0,06 ×105 = 3,14 ×105

b) Multiplicación

Para multiplicar cantidades escritas en notación científica se multiplican los

coeficientes y se suman los exponentes.

Ejemplo:

(4×1012)×(2×105) =8×1017

c) Potenciación

Se eleva el coeficiente a la potencia y se multiplican los exponentes.

Ejemplo: (3×106)2 = 9×1012.

d) Radicación

Se debe extraer la raíz del coeficiente y se divide el exponente por el índice de la

raíz.

Ejemplos: raiz(9 x 1026) = 3 x 1013

Ejercicios:

1. Bajo ciertas condiciones la densidad del gas amoniaco es 0,625

g/L. Calcule la densidad en g/cm3

2. Convertir 4,2x10-4 m3 a mililitros

3. El área superficial y la profundidad promedio del oceáno

Pacífico son de 1,8x108 km2 y 3,9x103 m, respectivamente.

Calcule el volumen en L de agua en dicho oceáno.

http://www.agalano.com/Cursos/MetExpI/SIU.pdf

Lectura adicional: