1-concepto generales de quimica y si, 2010-i

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

(Universidad del Perú, DECANA DE AMERICA)

FACULTAD DE FARMACIA Y BIOQUIMICA

Escuela Académica Profesional de Ciencia de los Alimentos y

Toxicología

Departamento Académico de Química Básica y aplicada

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Prof. Antonio Almonacid Moscoso

•Comprender la importancia de la química como una ciencia central que sirve de base a otras ciencias y que permite satisfacer las necesidades humanas.

•Comprender como se lleva a cabo la investigación científica aplicando el método científico.

•Entender la necesidad de realizar mediciones para cuantificar fenómenos físicos y químicos utilizando sistemas de unidades, especialmente el sistema internacional (S.I.).

•Ser capaz de convertir cualquier unidad de medida de un sistema a otro mediante el método de factor de conversión.

•Conocer las leyes fundamentales de química y conceptos generales de mol, Número de Avogadro y Estequiometría.

2Prof. Antonio Almonacid Moscoso

OBJETIVOS:

•Es una ciencia natural basada en la observación y experimentación relacionado con los fenómenos que sufre la naturaleza por sus propiedades físicas y químicas, transformaciones que experimenta las leyes que gobierna dichos cambios en su estructura interna.

•Es una ciencia que estudia la estructura, las propiedades y los cambios que experimenta la materia en sus tres estados principales: sólido, líquido y gaseoso por acción de energía u otro agente externo. Los cambios que ocurren en la composición de la materia usando los medios: observación, medición y experimentación.

•El químico observa los fenómenos que ocurren en los cambios químicos inicialmente con los sentidos de la vista, olfato y tacto.


CONCEPTO DE QUIMICA

Toda nuestra existencia descansa sobre las bases químicas:• La química es una ciencia central, porque sirve de apoyo a otras ciencias como la física, la biología, la geología, la agronomía, la medicina, etc.


IMPORTANCIA DE LA QUIMICA

• En la medicina. En esta área, la química aporta con la síntesis de los diferentes fármacos (antibióticos, analgésicos, antidepresivos, vacunas. Vitaminas, hormonas, radioisótopos, sulfamidas, penicilinas, anestésicos, desinfectantes, etc.), que salvan y prolongan la vida humana al combatir y alejar la enfermedad, al aliviar el dolor y los sufrimientos de los infortunados.

•En nutrición. La química permite sintetizar sustancias llamadas saborizantes o colorantes para mejorar ciertas propiedades de los alimentos, y que de ese modo, pueden ingerirse fácilmente; los preservantes para que los alimentos no se deterioren en corto tiempo; también la química determina las sustancias vitales que requiere el organismo (minerales, vitaminas, proteínas, etc.).


•En agricultura.Gracias a los productos químicos como abonos y fertilizantes, se aumenta la productividad del suelo y se logra satisfacer las necesidades de alimentación; cada vez más crecientes; además con el uso de insecticidas, fungicidas y pesticidas, se controla muchas enfermedades y plagas que afecta a las plantas, la calidad y cantidad de los alimentos, su conservación y utilización.

•En textilería y cuidado de la ropa.La química ayuda parcialmente a satisfacer esta necesidad, sintetizando muchas fibras textiles (rayón, orlón, dralón, nylon), colorantes para el teñido, sustancias para el lavado (jabones, detergentes), preservantes de fibras naturales y sintéticas.


•Medio ambiente. Ayuda el tratamiento y control de sustancias contaminantes que afecta severamente a nuestro ecosistema natural (agua, suelo y aire), y en la asistencia de los desastres ecológicos tales como derrames de petróleo, caída de lluvia ácida, incendios forestales y domésticos, etc.

•Otras industrias. •En la obtención del papel, cartón, resinas, ácidos (HCl, H2SO4, HNO3, etc.), fabricación de aleaciones y materiales resistentes o ligeros para construir naves espaciales, buques, vehículos, etc.

•Además, la química sirve de ayuda a la arqueología (para determinar la antigüedad de restos fósiles (de ese modo fechar los restos hallados), Mineralogía (en técnicas de extracción y purificación de metales), Astronomía (combustibles químicos para los cohetes, ropa y alimentos concentrados para astronautas), etc.

•También nos facilitan materiales y productos de construcción y transporte, fabricación de numerosos utensilios utilizados en la cocina, aviones sin aleaciones ni gasolina vestidos sin colorantes, puente sin fierro y cemento no se podría existir por lo tanto es el resultado del desarrollo y aplicación de la ciencia química.


Agua (líq) + calor = vapor de agua. Hielo + calor = agua líquida Muelle enrollado + acción de la fuerza = muelle alargado Por lo tanto: Agua líquida, vapor de agua y hielo son una misma sustancia aunque

en estados diferentes (líquido, gaseoso y sólido respectivamente). FENÓMENO QUÍMICO:

Cuando si se produce nuevas sustancias. Ej: Hierro + oxígeno del aire = hierro oxidado u óxido de hierro. Agua líquida + corriente eléctrica continua = H2 + O2.

Carbono + combustión = CO2.

DIVISION DE LA QUIMICA.Por su gran amplitud y desarrollo, la química se divide en:

- QUÍMICA GENERAL. Estudia los fundamentos y principios básicos comunes a todas las ramas de

la ciencia química. Es necesario diferenciación entre fenómeno físico y químico.

FENÓMENO FÍSICO:Es aquel proceso que incide sobre un sistema de modo que no de lugar a la formación de nuevas sustancia. Ej: [A] + [B] F. físico [A] + [B]


- QUÍMICA ANALÍTICA. • Estudia las técnicas para identificar, separar y cuantificar las

sustancias orgánicas e inorgánicas. Se subdividen:

• Cualitativa. Estudia las técnicas para IDENTIFICAR las sustancias químicas (simples y compuestas). Así por ejemplo, se ha determinado que en el agua pura sólo hay dos elementos: hidrógeno y oxígeno; en la sal común, cloro y sodio; en el azúcar de mesa, carbono, hidrógeno y oxígeno.

• Cuantitativa. Estudia las técnicas para CUANTIFICAR las sustancias químicas puras en una muestra material o el porcentaje en peso que representa cada elemento en un compuesto, para luego establecer su fórmula química. Así por ejemplo tenemos que en el agua hay 88,89% en peso de oxígeno y 11,11% de hidrógeno, luego, la fórmula del agua será H2O.


- QUÍMICA APLICADA. •Por su relación con otras ciencias y su aplicación práctica, podemos subdividirla en:

•Bioquímica. Estudia la composición, estructura y funciones de las moléculas complejas que forman sistemas biológicos, e intervienen en procesos químicos vitales, como la fotosíntesis, digestión, respiración, reproducción, circulación.

•Fisicoquímica. Estudia todos los procesos en los que se relacionan los principios y leyes físicas y químicas, como por ejemplo la estructura atómica molecular, termodinámica, propiedades de los gases, líquidos sólidos, etc.

- Química industrial. Estudia la aplicación de procesos químicos e insumos para la obtención de productos químicos sintéticos a gran escala, como por ejemplo los plásticos, caucho sintético, combustibles, fibras textiles, fertilizantes, insecticidas, jabones, detergentes, ácido sulfúrico, soda caústica, cloro, sodio, etc.

•Petroquímica. Estudia la aplicación de procesos y principios químicos para obtener los productos industriales a partir de los derivados del petróleo, carbón y gas natural.


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•Geoquímica. Estudia la composición química de la tierra. Los objetivos principales de la geoquímica son: (1) la determinación de la abundancia absoluta y relativa de los elementos químicos en la tierra (atmósfera, hidrosfera y litosfera) y en sus minerales y rocas intentando determinar las leyes o principios que rigen tal distribución y migración.

•Astroquímica. Estudia la composición química de los astros. Así por ejemplo se ha determinado que la atmósfera del planeta Marte contiene nitrógeno (N2), anhídrido carbónico (CO2), helio (He) e hidrógeno (H2).

•Farmoquímica. Estudia las propiedades de las sustancias químicas y su acción nociva o benéfica sobre los seres vivos. Por ejemplo la acción de la penicilina, las drogas y antibióticos en seres humanos.

REVOLUCIÓN QUÍMICA.

• El investigador más decisivo en la conformación de la química fue el francés L. Lavoisier (1743 - 1794) él estableció el principio de que la materia y la energía no se crea ni se destruye solamente se transforma realizó el análisis del aire y estableció la noción del cuerpo puro a lo largo del siglo XIX los descubrimientos físicos y químicos se fueron superponiendo entre sí hasta el punto de que es difícil establecer las diferencias entre los físicos y químicos.

•Jhon Dalton en el año 1766 - 1844) fijo la teoría atómica de los cuerpos.

•Jhon Berzelius en el año 1779 - 1848) químico suizo que funda la nomenclatura química obteniendo el peso atómico de los elementos.



•Marcelin Bertholet (1827 - 1907) obtuvo la síntesis de numerosos compuestos orgánicos.

•Claude Bertholet (1748 - 1822) investigo acerca del equilibrio químico concepto básico para el estudio de las reacciones.

•Finalmente ruso Dimitri Ivanovich Mendeleiev (1834 - 1907) organizó sus celebre tabla periódica de los elementos que se agrupo en función de diversas características en función de sus pesos atómicos.

•CONSTANTE FÍSICAS DE ESPECIE QUÍMICA

•Es una característica de cada especie química determinado por medios físicos determinando la pureza y métodos de separación:

•Punto de fusión: es fijo y constante a una misma presión y temperatura dada para cada especie química. El punto de fusión es grado de temperatura que se puede fundir determinada sustancia por lo tanto este grado de temperatura es diferente para cada especie y solo es aplicable para sólidos.

•Punto de ebullición: es una constante física que a determinada presión y temperatura los líquidos hierven o se volatilizan cuando es puro el punto de ebullición es fijo así como el agua hierven a 100 ºC.

•Coeficiente de solubilidad: a determinada presión y temperatura se disuelve una sustancia en cantidad fija para cada especie química, la solubilidad es la relación entre soluto y solvente.


•FASES Y SISTEMAS

•Fase : es la parte de un sistema que satisface de ser homogéneo.

•Sistemas : Se considera como una porción del universo.

•S. homogéneo: Una sola fase; mezcla de varias sustancias en la que no se aprecia una separación entre una y otras lo cual constituye una sola fase Ej; una solución de azúcar en agua. El gas , los líquidos miscibles, ej. Alcohol y agua y los sólidos monobásicos dibásicos, tribásicos y polibásicos.

•S. Heterogéneo: Se considera como un conjunto de sustancias o estado de la misma sustancia con una superficie de separación apreciable Ej. Mezcla de agua y aceite en donde se observa dos fases.


Estado inicial2 sustancias formadas por cristales incoloros solubles en agua

Estado finalUna sustancia de aspecto pulverulento de color amarillo insoluble en agua además iones de plata y nitrato en solución

Pb(NO3)2 (aq) + AgI (aq) + cambio químico = PbI2 + Ag+ + 2NO3-

•Existen dos procedimientos:

A.- Métodos mecánicos:

•Decantación: Dejar reposar el sistema para que las fases se separen por acción de la gravedad. Ej. Precipitado en vaso de decantación sólido vs. Líquido.

•Filtración : separar sólidos de líquidos por papel de filtro (especiales y ordinarios).

•Centrifugación: es más rápido; centrifuga es un aparato mecánico de alta velocidad (manos, eléctricos), se funda que la velocidad aumenta la gravedad sobre las moléculas suspendidas que van al fondo del tubo y el líquido queda como sobrenadante, para las partículas finas usar centrifugas de 5,000 RPM (microtubos).


SEPARACIÓN DE FASES DE UN SISTEMA

•B.- Métodos físicos:Separar fases de un sistema o separar compuestos de una misma fase:

•Destilación: Separa la fase líquida de la sólida o dos o más líquidos miscibles que tienen diferente punto de ebullición. Ej. Alcohol vs agua.

•Evaporación: separar un sólido de líquido evaporable y usable el soluto y no solvente Ej. Solución de cloruro de sodio.

•Cristalización: hacer cristalizar sustancias sólidas disueltas en un medio evaporable con la finalidad de la separación.

•Sublimación: sólido a gas; purificarlos y separarlos de otras sustancias o mezcladas Ej. Yodo, Yoduro, Yodato y Nitrato.

•Congelación: por medio del frío intenso se logra separar sustancias de mezcla por su punto de congelación uno precipita primero que el otro.


LEYES FUNDAMENTALES DE QUIMICA


•LEY DE LAVOSIER O DE CONSERVACIÓN DE LA MASA, PUBLICADA EN EL 1.789 En un sistema aislado la masa se mantiene constante, lo que implica que la masa total de reactivos es igual a la masa total de las sustancias que se obtienen al final de la reacción.

•LEY DE PROUST, PUBLICADA EN EL 1.801 Cuando dos o más sustancias simples se combinan para formar un determinado compuesto, lo hacen siempre manteniendo la misma proporción entre las masas.

•LEY DE DALTON, PUBLICADA EN EL 1.803 Cuando dos sustancias simples se combinan, y al hacerlo pueden formar más de una sustancia compuesto, los pesos de una de ellas que se combinan con un peso fijo de la otra, guardan entre sí una relación dada por números sencillos .

•LEY DE LOS VOLÚMENES DE COMBINACIÓN O DE GAY-LUSSAC, PUBLICADA EN EL 1.809 Cuando se produce una reacción química en la que intervienen gases, los volúmenes de las sustancias gaseosas que intervienen la reacción, guarda entre sí una relación dada por números sencillos.


ESTEQUIOMETRIA


Es la parte de la química que tiene por objeto calcular las cantidades en masa y volumen de las sustancias reaccionantes y los productos de una reacción química.

Entre la estequiometría vamos a encontrar lo siguiente: Composición porcentual y molar, Nomenclatura, Leyes químicas, Reacciones químicas, Balanceo de ecuaciones.

NÚMERO DE AVOGADRO


En química y en física, la constante de Avogadro (símbolos: L, NA) es el número de entidades elementales (normalmente átomos o moléculas) que hay en un mol, esto es (a partir de la definición de mol), el número de átomos de carbono contenidos en 12 gramos de carbono-12. Originalmente se llamó número de Avogadro. En 2006, la CODATA recomendó este valor de :

VALORES DE NA UNIDADES

6.022 141 79(30)×1023 mol−1

CONCEPTO DE MOL


De acuerdo con el Sistema Internacional, el mol se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas entidades (átomos, moléculas, iones) como el número de átomos existentes en 0,012 kg de carbono-12 puro.

Numerosos experimentos han llevado a los químicos a deducir que:

1 mol = 6,022045 × 1023 partículas

Esa cantidad, que suele redondearse a 6,022 · 1023, se denomina constante o número de Avogadro, en honor al científico italiano Amedeo Avogadro (1776-1856).


Ej:

•El helio es monoatómico: 1 mol de He = 6,022 · 1023 átomos de He.

•El hidrógeno es diatómico: 1 mol de H2 = 1 mol = 6,022 1023 moléculas de H2.1 mol de H2 = 2

6,022 1023 = 12,044 · 1023 átomos de H.

Compuestos de azufre: trióxido de azufre (SO) y ácido sulfúrico (HSO).

MÉTODO CIENTIFICO

•Para adquirir los conocimientos científicos, el hombre de ciencia no actúa al azar o a ciegas; debe 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 preguntas que se formule respecto al tema o problema particular que tiene entre manos el conjunto de dicha norma se llama método científico.


PASOS GENERALES DEL MÉTODO CIENTÍFICO.

•Observación del fenómeno.El científico suele comenzar por la observación de los hechos o fenómenos en estudio, las condiciones a las que se producen y sus características particulares. Por ejemplo, cuando se observa el fenómeno de oxidación de un metal al someterlo a una llama proveniente de un mechero: se observará detenidamente que parte de la llama (azul, roja o amarilla) está en contacto con el metal y los cambios de color del metal con el tiempo, el aumento de peso que experimenta, etc.

•Registro de datos. Es de importancia fundamental que anote y registre exactamente lo que observa durante el experimento. Para el ejemplo anterior, se anotará la parte de la llama que está en contacto con el metal para estimar la temperatura, el cambio del color de metal con el tiempo, el aumento de peso que experimenta, etc.


•Organización de las observaciones. Muchos experimentos fracasan porque los datos y los hechos, por mucho cuidado que se tenga al observarlos y registrarlos con exactitud, no están organizados que de modo que revelen una tendencia o patrón, es decir, una regularidad; esto se ve con mayor facilidad si los datos se disponen en una tabla preparada con cuidado, graficando los resultados, usando símbolos, etc.

•Formulación de hipótesis. Una vez observada la regularidad, el científico busca explicar el fenómeno detalladamente y en forma completa; para ello, plantea una suposición, que es lo que se llama hipótesis científica.


•Comprobación experimental. Una vez planteada la hipótesis, ésta debe explicar otros fenómenos similares, para ello es necesario realizar nuevos experimentos en idénticas condiciones.

•Conclusiones lógicas. Luego de la comprobación experimental, el científico busca una conclusión lógica y formal para el fenómeno observado.

•Comunicación de los resultados.Las conclusiones deben ser comunicadas por escrito a otros científicos que trabajen en el mismo campo, para que ellos también tengan la oportunidad de objetar o corroborar las conclusiones, en cualquier lugar donde ellos trabajen.

Si la hipótesis científica llega a comprobarse en cualquier lugar del mundo, se convierte en una ley científica.


MEDICIÓN


El estado gaseoso en su estado disperso de la materia es decir que las moléculas del gas están separadas unas de otras por distancias muchos mas grandes que el diámetro real de las moléculas.

Por lo tanto resulta que el volumen ocupado por el gas (v) depende de la presión (p), la temperatura (t) y de la cantidad expresado en numero de moles (n)

SISTEMA DE UNIDADES (SI).

• Cuando se quiere cuantificar ciertas magnitudes como la masa, volumen, tiempo, densidad, velocidad, temperatura, presión, etc., se emplean instrumentos de medida y unidades apropiadas.

• Por ejemplo, la masa de cierto cuerpo se mide en la balanza, que registra digamos, 20 gramos (20 g); el peso de un cuerpo se mide con el densímetro que registra digamos 50 Newton (50N); la temperatura de una muestra se mide con un termómetro, que registra, por decir, 15,5ºC; la densidad del alcohol etílico se mide con el densímetro y nos registra 0,789 g/ml (a 20ºC); el volumen de una muestra de ácido se mide con una probeta y nos indica digamos 84,4 ml.



• SI: significa sistema internacional de unidades, los científicos han trabajado para mejorar la uniformidad de medida así como sistema de MKS (Inglaterra); que tiene 3unidades físicas masa longitud y tiempo, lo que los ingenieros toman a la masa (libra) longitud (pie) y tiempo en segundo.

• En conclusión el nombre común SI· único usado en todo es mundo bajo la forma de Longitud (m) - Peso (Kg.) – Tiempo (Seg.) es en toma de (SI)

• Como se puede apreciar en estos sencillos ejemplos, utilizamos diversas unidades de medida y su representación simbólica. Por lo tanto, todo estudiante de ciencias debe conocer las diversas unidades y sus respectivas equivalencias.

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