DOC INTRO secme-20470.pdf
- 1. Universidad Autónoma del Estado de México Facultad de Química Programa Educativo Ingeniería Química Unidad de Aprendizaje Materia, estructura y propiedades Diapositivas Unidad I Autor Q. Frazzi Gómez Martínez agosto de 2015
- 2. Presentación: Este material fue elaborado con el propósito principal de indicar a los estudiantes de manera ilustrativa, clara y concreta los conceptos que requiere dominar para iniciar el estudio de la materia y de las propiedades que esta presenta. Se recomienda al estudiante revisar el presente material para elaborar sus notas, en algunas imágenes se incluyen textos en el idioma inglés, este hecho pretende familiarizarlo con los términos técnicos asociados a esta disciplina, encontrará algunos ejercicios o retos marcados con esta figura en todos los casos habrá que revisar la solución o proponer una respuesta. En el aula se realizarán ejercicios básicos y se resolverán las dudas de los estudiantes, finalmente a manera de repaso se sugiere leer minuciosamente los capítulos 1 y 2 de la bibliografía recomendada. Recuerde que… Para disfrutar de los frutos el labrador debe trabajar primero.
- 4. 1.1 Química una Ciencia Moderna
- 5. ¿Por qué estudiar Química? Porque permite comprender el mundo y su funcionamiento.
- 6. La QUIMICA es la ciencia que estudia la composición, la estructura y los cambios que experimenta la materia. Casi todos los estudios comprenden a mas de una de una de las áreas tradicionales de la Química. Orgánica Inorgánica Analítica Fisicoquímica Bioquímica
- 7. Antecedentes de la Química Aunque la Química tiene sus raíces en la tecnología antigua, los principios científicos que rigen esta ciencia aparecieron en la última parte del siglo XVIII.
- 8. Química como Ciencia Lavoiser fue uno de los primeros científicos que insistió en el uso de la balanza en la investigación química, gracias a esto pudo proponer la: Ley de la Conservación de la Materia Lavoiser escribió en 1789 el primer libro de Química titulado: Traité Élémentaire de Chimie Antoine Lavoisier 1743-1794
- 9. Química Actual La química es una ciencia moderna, activa y en evolución.
- 10. 1.2 Propiedades de la Materia
- 11. Clasificación de la Materia
- 12. Toda sustancia tiene un conjunto único de propiedades que la caracterizan. Propiedad física.- característica que puede observarse en un material sin modificar su identidad química. Propiedad química.- característica de un material que involucra un cambio en su identidad química. Propiedades: Generales, particulares, intensivas y extensivas.
- 13. Pueden existir conversiones entre los tres estados sin que cambie la composición de la sustancia. Rigidez y compresibilidad pueden usarse para definir a los tres estados de la materia o estados de agregación molecular.
- 14. Durante un cambio físico se afecta la forma de la materia pero no su identidad química. Durante un cambio químico también conocido como reacción química uno o más tipos de materia se transforman en un nuevo tipo de materia. I. Remsen en su libro publicado en 1901 , describe sus experiencias con las reacciones químicas.
- 15. 1.3 Elementos y Compuestos
- 16. Sustancia tipo de materia que tiene siempre las mismas propiedades. Elemento sustancia que no puede descomponerse por medio de alguna reacción química en sustancias más sencillas. Lavoisier enlistó 33 elementos , 20 siguen vigentes. Actualmente se conocen 113 elementos. En 1830 J. J Berzelius propuso el uso de letras como símbolos de los elementos. Símbolos de los alquimistas Símbolos de Dalton
- 17. Se llama tabla periódica al arreglo tabular de elementos en periodos y grupos, destacando la repetición regular de las propiedades.
- 18. Los elementos se clasifican en: metales, no metales y metaloides.
- 19. La partícula más pequeña de un elemento que conserva su identidad cuando se somete a cambio físicos y químicos se llama átomo. Los átomos se componen principalmente de tres partículas fundamentales: protón, electrón y neutrón. El número atómico (Z) determina el número de protones del núcleo atómico. El número de masa (A) es el número total de protones y neutrones en el núcleo. Un núclido es un átomo caracterizado por su número atómico y su número másico. C 6 12
- 20. La escala de masa atómica de Dalton basada en el hidrógeno fue remplazada por una basada en el oxígeno y en 1961 por la escala de masa actual. La unidad de masa atómica (uma) es una unidad de masa igual a exactamente un doceavo de la masa de un átomo de carbono-12. La masa atómica se determina por medio de un instrumento llamado Espectrómetro de Masa.
- 21. Los átomos de un mismo elemento con diferente estructura se conocen como alótropos. Solo algunos elementos presenta formas alotrópicas. Los alótropos del carbono son los mas conocidos.
- 22. Todos los elementos tienen isótopos que son átomos cuyos núcleos tienen el mismo número atómico pero número de masa distintos.
- 23. Un ión es una partícula con carga eléctrica formada por la ganancia o pérdida de electrones. Un anión es una partícula con carga negativa. Un catión es una partícula con carga positiva. Cl- Na+
- 24. Un compuesto es una sustancia constituida por átomos de dos o más elementos unidos químicamente.
- 25. La fórmula química utiliza símbolos con subíndices numéricos para indicar las proporciones relativas de los átomos que forman el compuesto. Al2O3 Mg(OH)2 Los compuestos se pueden clasificar en iónicos y moleculares. La molécula se define como un grupo definido de átomos enlazados que puede tener una existencia estable e independiente. La fórmula molecular indica el número exacto de átomos de un elemento en una molécula. C2H6O Una fórmula estructural muestra cómo se enlazan los átomos en una molécula. H - O - H
- 26. Para representar a una molécula se utilizan modelos moleculares. El modelo de barras y esferas muestra los enlaces y los ángulos de enlace de manera clara, el modelo compacto es una expresión mas realista del espacio ocupado por los átomos.
- 27. Leyes Ponderales de la Química. Ley de la Conservación de la materia. Antoine Lavoisier (1743-1794) Ley de las proporciones definidas. Joseph Louis Proust (1754-1826) Ley de las composiciones múltiples. Jonh Dalton ( 1766-1844)
- 28. Las mezclas resultan de la combinación de dos o más sustancias puras en la que cada sustancia conserva su composición propia y sus propiedades. La composición de las mezclas es variable. Una mezcla se puede clasificar como homogénea o heterogénea. Una mezcla se puede separar en sus componentes si aprovechamos las diferencias en sus propiedades. Fase uno de varios materiales diferentes presentes en una muestra motivo de estudio.
- 29. 1.4 Nomenclatura Química Inorgánica
- 30. Nomenclatura – nombramiento sistemático de los compuestos químicos Los nombres químicos hacen referencia a la composición de las sustancias
- 31. Las reglas para nombrar compuestos inorgánicos sencillos dependerán del tipo de compuesto del que se trate.
- 32. Los compuestos iónicos están formados por un catión y un anión. Las sales son compuestos iónicos
- 33. El nombre del compuesto se integra por el nombre del anión seguido del nombre del catión. Aniones monoatómicos El nombre se obtiene a partir de la derivación del nombre del elemento seguido por el sufijo –uro. Cl -1 ion cloruro S -2 ion sulfuro Cationes monoatómicos Si solo forma un ion se nombra con el nombre del elemento. Al +3 ion aluminio Si el elemento forma más de un ion el sistema Stock nombra al catión por el elemento seguido del numeral romano entre paréntesis que indique la carga del ión. Cu +2 ion cobre (II) Cu +3 ion cobre(III)
- 34. Carga de iones monoatómicos
- 35. Un ion poliatómico consiste en dos o más átomos enlazados entre sí de manera química con una carga eléctrica neta. La mayoría de los iones son oxoaniones que consisten en un elemento característico o central unido al oxígeno. Los nombres de los oxoaniones tienen un nombre derivado del elemento característico más un sufijo –ato o –ito. sulfato sulfito
- 36. En el caso de los halógenos en los que existen más de dos oxoaniones se utilizan además los prefijos hipo- y per-.
- 37. Indique el nombre de los siguientes compuestos : BaCl2 KNO3 NH4HCO3 Cu(NO2)2 FeCl2 FeCl3 Cr2S3 El óxido de cromo (III) se utiliza como pigmento en algunas pinturas color verde. Muchos compuestos de cromo como el cromato y el dicromato de potasio tienen colores brillantes.
- 38. Un compuesto molecular esta unido por moléculas independientes conectadas entre si por fuerzas de atracción.
- 39. Los compuestos moleculares binarios formados por dos no metales o metaloides se nombran usando un sistema de prefijos.
- 40. Indique el nombre de los siguientes compuestos: SF6 PCl5 N2O4 IF5 N2O5 El óxido de dinitrogeno N2O, óxido nitroso o anhídrido hiponitroso es un compuesto tóxico.
- 41. Fe2O3 óxido de hierro (III) Al2O3 CuO CaO K2O ZnO Cl2O7 heptóxido de dicloro P4O10 As4O6 P2O5 CO2 NO El oxígeno se une a un gran número de elementos para formar óxidos metálicos y no metálicos. Siguiendo el ejemplo indique el nombre de los compuestos:
- 42. Un ácido es un compuesto molecular que disuelto en agua produce iones hidrógeno H + Algunos compuestos binarios producen disoluciones ácidas cuando se disuelven en agua. HCl → H+ + Cl-
- 43. Las disoluciones se nombran con la palabra ácido seguida de del nombre del metal con el sufijo – hídrico. H2S ácido sulfhídrico
- 44. Para obtener el nombre de los oxiácidos se remplaza a el sufijo –ato por –ico e –ito por –oso.
- 45. Una base es una sustancia que en solución acuosa libera iones hidróxido. Mg(OH)2 Cr(OH)2 El hidróxido de sodio conocido como sosa caustica tiene múltiples usos industriales.
- 46. Un hidrato es un compuesto que contiene moléculas de agua enlazadas de manera débil en sus cristales. Los hidratos se nombran a partir del compuesto anhidro, seguido por la palabra hidratado con un prefijo para indicar el número de moléculas de agua por unidad formular del compuesto. MgSO4 . 7 H2O Sulfato de magnesio heptahidratado
- 47. 1.4 Magnitudes y Mediciones en Química
- 48. • Los químicos caracterizan e identifican sustancias con base en sus propiedades particulares. • Para determinar varias de esas propiedades se requieren mediciones físicas. • Medir es comparar la cantidad física a medir con una unidad o estándar de medición fijo. • En los siglos XVII y XVIII los científicos encontraron que la falta de unidades estándar era un problema. • En 1791 la Academia de Ciencias Francesa diseño el sistema métrico que pronto fue utilizado por la comunidad científica. • Para registrar la medición se debe especificar el número medido y la unidad (14.8 cm).
- 49. En 1960 la Conferencia General de Pesos y Medidas propuso el Sistema Internacional de Unidades.
- 50. Para indicar cantidades grandes o pequeñas se hace uso de los múltiplos y submúltiplos.
- 51. Longitud, masa, tiempo y temperatura. • El metro m es la unidad de longitud sin embargo el ánstrom A es una unidad utilizada comúnmente por los químicos. • El kilogramo kg es la unidad de masa sin embargo es una unidad base SI inusual ya que contiene un prefijo. • El segundo s es la unidad de tiempo sin embargo cuando se miden tiempos grandes se transforman en minutos y horas. • El kelvin K es la unidad de temperatura sin embargo la escala Celcius °C es de uso científico general. °
- 52. Las unidades derivadas combinan dos o mas unidades base para describir una cantidad.
- 53. • El análisis dimensional es el método de cálculo en el que se llevan las unidades de las cantidades. • Un factor de conversión transforma una cantidad expresada en una unidad en una cantidad expresada en otra unidad. • La clave en el análisis dimensional es el uso correcto de los factores de conversión.
- 54. 343 m s x 1 mi 1609 m 60 s 1 min x 60 min 1 h x = 767 mi h La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 343 m/s ¿A cuántas millas por hora equivale? Una pieza metálica de platino con una densidad de 21.5 g/cm3 tiene un volumen de 4.49 cm3. ¿Cuál es su masa? d = m V m = d x V m = 21.5 g/cm3 x 4.49 cm3 m = 96.5 g Uso del método del factor unitario.
- 55. • Los números que se obtienen por conteo o por definición son números exactos. • Los números que se obtienen por medición no son exactos debido a limitaciones del equipo y por errores humanos. • Precisión proximidad de un conjunto de valores obtenidos. • Exactitud coincidencia de la medición con el valor real.
- 56. • Las cifras significativas son los dígitos en un numero medido que incluye todos los dígitos ciertos más un dígito final que tiene cierta incertidumbre. • El número de cifras significativas se refiere al número de dígitos reportados para el valor de una cantidad medida o calculada. • A mayor número de cifras significativas mayor será la certidumbre implícita en una medición.
- 57. • Cuando se realizan varias mediciones de una cantidad, los resultados pueden promediarse. • El redondeo es el procedimiento de eliminar cifras no significativas en el resultado de un cálculo. • Al realizar cálculos de dos o más etapas se deben conservar las cifras no significativas para evitar errores de redondeo acumulados. • La notación científica es conveniente para expresar cantidades muy grandes o muy pequeñas.
- 58. Consideraciones de las cifras significativas: • Cualquier dígito que no sea cero es significativo. 1.234 kg 4 números significativos • Los ceros entre números diferentes de cero son significativos. 606 m 3 números significativos • Los ceros al comienzo de un número nunca son significativos solo indican la posición del punto. 0.08 L 1 número significativos • Los ceros que están al final de un número son significativos si el número contiene punto decimal. 0.000420 3 números significativos • Si no hay punto los ceros al final pueden ser significativos o no. • Para evitar ambigüedad en las cantidades utilizar notación científica.
- 59. Adición y sustracción El resultado tiene el mismo número de posiciones decimales que la medición con menor número de posiciones. 89.332 1.1 + 90.432 Redondeado a 90.4 Un número significativo después del punto decimal. Cálculos con cifras significativas Multiplicación y división El resultado contiene el mismo número de cifras significativas que la medición con menos cifras significativas. 4.51 x 3.6666 = 16.536366 Redondeado a 16.5 3 números significativos
- 60. Resolución de Problemas No podrá tener la certeza de que entiende química sin resolver problemas. Recomendaciones: • Lea cuidadosamente la pregunta. • Encuentre la ecuación adecuada que relacione la información dada con la incógnita. • Verifique en la respuesta que sean correctos el signo, unidades y cifras significativas. • Juzgue si la respuesta es adecuada o no lo es.
- 62. • Ebbing, Gammon “Química General” Cengace Learning, 9° edición, México 2010. • Chang “Química” Mc Graw Hill, 11° edición, México 2013. • Brown, Lemay, Bursten, Murphy, Woodward “Química la ciencia central” Pearson Educación, 12° edición, México 2014.