quimica

Facultad de Química y Biología Departamento de Química de los Materiales

Laboratorio de Electroquímica y Físicoquímica de Sólidos (1er piso)

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INTRODUCCION A LA QUIMICA

Edmundo Ríos Vilches

Carrera: Ingeniería Civil Eléctrica (1861)

Fono USACH: 7181166

aporte a www.electricospresente.cl de js

3 Pruebas Escritas Programadas (PEP): 30% c/u1 Seminario grupal de 3 alumnos: 10%

Si promedio ≥ 4.0 Aprobacíon

Evaluación

Horario

Prueba Optativa de Reemplazo (POR)Se repite la PEP de menor calificación y se

reemplaza la nota

Martes 5-6 (11.20 – 12.50)Jueves 3-4 (9.40 – 11.10) Sala 768Viernes 1-2 (8.00 – 9.30)


BIBLIOGRAFIA

♦ QuímicaChang R. Ed. Mc Graw Hill, 6a ó 7a Edición.

♦ Química La Ciencia CentralBROWN – LeMAY – BURSTEN. Ed. Prentice Hall.

♦ Curso de Química General:USACH. Facultad de Química y Biología.Varios Autores

♦ Química J.L.Ganuza-Ma. Pilar Casas-Ma. Pilar Queipo, Ed. MacGraw Hill


biología, química y física

En su afán por comprender la naturaleza el hombre ha organizado su estudio en disciplinas globalizadas en las ciencias naturales compuestas de tres grandes áreas:

Actualmente es muy difícil delimitar el campo de cada ciencia, pues existen nexos de unión entre sus distintas ramas:

bioquímica, fisicoquímica, biofísica


QUIMICA

Rama de la ciencia que trata de la constitución, propiedades y transformaciones permanentes de la materia, llamados cambios o reacciones químicas.

Su campo es tan amplio que fue necesario subdividirla en áreas más específicas:

Q. General: trata los principios básicos sobre constitución y propiedades de los cuerpos.

Q. Inorgánica: estudia los elementos y sus compuestos excepto casi todos los compuestos del carbono.


Q. Orgánica: se ocupa de los compuestos del carbono.

Fisicoquímica: estudia las relaciones entre materia y energía.

Q. Analítica: trata los métodos para reconocer y determinar la composición de las sustancias.

Bioquímica: se interesa en los procesos que ocurren en los seres vivos.


CONCEPTOS BASICOSMateria:es todo lo que nos rodea, ya sea que se pueda tocar (agua, tierra) o no (aire).es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y posee masa, es decir, todo lo ponderable.

La materia experimenta dos tipos de cambios:Fenómeno Físico

♦ Transformación que no cambia su composición química.♦ Cambia el aspecto físico pero no su identidad básica.


♦ Es un proceso reversible.

Ej: Ebullición y congelación del agua.

Fenómeno Químico

♦ Transformación que altera profundamente la composición química de los reactantes generando un material totalmente diferente.♦ Es un proceso irreversible.

Ej: Combustión.


Clasificación de la materia

La materia se clasifica en:

Mezclas y sustanciasA) Mezclas:Combinación de dos o más sustancias sin composición fija que conservan su identidad.Pueden separarse por métodos físicos.

Ej: aire, bebida.

Se clasifican en:


Tienen una sola fase física cuya composición y propiedades son uniformes en todas partes del sistema, pudiendo variar de una muestra a otra.

M. Homogéneas:

Ej: una solución acuosa de azúcar, el aire.

M. Heterogéneas:

Tienen más de una fase con sus componentes físicamente separados.

Su composición y propiedades físicas varían de una parte a otra de la mezcla.Ej: barro.


B) Sustancias:

Materia de composición constante y definida y propiedades que son distintivas.

Sustancias como agua, azúcar, cobre difieren en su composición y propiedades como aspecto, olor, sabor, textura, etc., las identifican.

Se clasifican en:

Elemento:Sustancia formada por un solo tipo de átomos,

y que no se descompone en otras más simples por métodos químicos.


Se conocen 105 elementos que se ordenan en la tabla o sistema periódico. Unos 90 se obtienen de fuentes naturales y el resto, artificialmente.

Se abrevian mediante SIMBOLOS de una o dos letras (la segunda en minúscula) derivados de sus nombres griegos o latinos (los conocidos de la antigüedad).

Los símbolos se deletrean.

Ej: C, Ca, Cd, Ce, Cf, Cl, Cm, Co, Cr, Cs, Cu


Compuesto:Sustancia pura formada por dos o más

elementos en proporciones fijas y unidos por enlaces químicos.

Los compuestos tienen propiedades totalmente diferentes de las propiedades de los elementos constituyentes.

Se representan mediante FORMULAS que corresponden a una molécula de sustancia, e incluyen los símbolos de cada elemento afectados de subíndices que indican el número de átomos.


La composición y propiedades de un elemento y de un compuesto son uniformes en cualquier parte de una muestra o en muestras distintas del mismo elemento o del compuesto.

Existen millones de compuestos.

Ej: CO2


Clasificación de la materiaMATERIAMATERIA

SUSTANCIAS PURASSUSTANCIAS PURAS MEZCLASMEZCLAS

ELEMENTOSELEMENTOS COMPUESTOSCOMPUESTOS HOMOGENEASHOMOGENEAS HETEROGENEASHETEROGENEAS

Un solo componenteUn solo componente Dos o mas componentesDos o mas componentes

Un solo tipo de átomo

Cl, Fe, O2, Ca, Na

Un solo tipo de átomo

Cl, Fe, O2, Ca, Na

Dos o mas tipos de átomo

H2O, CH4, NH3

Dos o mas tipos de átomo

H2O, CH4, NH3

Una sola faseSal+agua

Azucar+aguaAlcohol+agua

Una sola faseSal+agua

Azucar+aguaAlcohol+agua

Dos o mas fasesArena+aguaAceite+agua

Dos o mas fasesArena+aguaAceite+agua


Estados de la materiaLa materia existe en tres estados físicos: sólido,

líquido y gas.

Sólido: los átomos o moléculas están en íntimo contacto formando estructuras ordenadas y rígidas llamadas cristales, Un sólido tiene forma y volumen definido.

Líquido: La separación de átomos o moléculas es mayor que en un sólido. El movimiento de sus partículas confiere al líquido una de sus propiedades más distintivas: su capacidad de fluir. Un líquido tiene volumen definido pero su forma depende recipiente que lo contiene.Gas: las distancias entre los átomos o moléculas son mucho mayores que en un líquido. Un gas siempre se expande llenando el recipiente que lo contiene. No tiene ni forma ni volumen definido


SólidoLíquidoGas

Alta densidadDifícil de

expandir/comprimirForma rígida

alta densidaddifícil de

expandir/comprimirtoma la forma del

recipiente

baja densidadfácil de

expandir/comprimirllena el recipiente


ComparaciónComparación a a nivelnivel molecular de los 3 molecular de los 3 estadosestados de la de la materiamateria


20

CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

Sublimació

nDeposic

ión

Fusión

Solificación

VaporizaciónCondensación


LEYES PONDERALESSe refieren a los pesos o masas de los cuerpos que se combinan.

1) Ley de conservacion de la masa (Lavoisier):"En toda reacción química la masa es invariable”, “la materia no se crea ni se destruye, solo se transforma“.

79,5 g 72,8 g 134,3 g 18 g152,3 g 152,3 g

masa reactantes = masa de productos

CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2OOxido de Cobre (II) Cloruro de Hidrógeno Cloruro de Cobre (II) Agua

Oxido Cúprico Acido Clorhídrico Cloruro Cúprico


2) Ley de las proporciones definidas (Proust):“Los elementos de un compuesto tienen una proporción fija en masa, independiente de su preparación”.

Razón de masas de un compuesto AB (Ley de Proust):

masa Amasa B

cte=

obtenido de sal de mar o sal de mina:39% Na y 61% Cl

39% Na / 61% Cl = 0,639

Cloruro de sodio (NaCl) Sal común


Ej) Oxido de cobre (II) (CuO) contiene 79.9% de cobre y 20.1% de oxigeno

Agua (H2O) contiene 11.2% de hidrógeno y 88.8 % de oxígeno

masa Cumasa O

= =79 920 1

3 795..

.

masa Omasa H

= =88 811 2

7 936..

.

CuO

H2O


3) Ley de las proporciones múltiples (Dalton):

“Si dos elementos forman más de un compuesto, los diferentes pesos de uno de ellos que se combinan con el mismo peso del otro, están en una razón de números enteros y pequeños”.

Oxido de cobre (I) Cu2O: 88,83% Cu 11,17% O Oxido de cobre (II) CuO: 79,90% Cu 20,10% O


Compuesto 1:Cu I

O( ) ,

,,= =

88 8311 17

7 953

Compuesto 2: Cu IIO( ) ,

,,= =

79 920 1

3 975

CompuestoCompuesto

Cu IO

Cu IIO

12

7 9533 975

2 21

= = = ⇒

( )

( ),,


Teoría Atómica de DaltonSus postulados originales fueron:

♦ La materia está constituida por unidades discretas e indivisibles llamadas átomos.♦ Un elemento es una forma de materia que no puede descomponerse en otras más simples por métodos ordinarios. Los elementos están formados por átomos de la misma especie, iguales en masa, tamaño y propiedades químicas.♦ Los átomos de distintos elementos tienen diferente masa, tamaño y propiedades químicas.♦ Los átomos son las unidades de los cambios químicos que involucran la combinación o el reordenamiento de átomos.


La teoría atómica de Dalton define:

átomo: partícula más pequeña e indivisible de una sustancia que conserva todas sus propiedades y que forma parte de las combinaciones químicas.

molécula: partícula más pequeña de un compuesto que existe en estado libre. Conserva las mismas proporciones de sus átomos constituyentes que en el compuesto, así como sus propiedades físicas y químicas.

Las moléculas resultan de la unión de uno o más átomos.


Estructura atómica

♦ El átomo es eléctricamente neutro y la mayor parte es espacio vacío.♦ Casi toda la masa atómica y toda su carga positiva reside en una región muy pequeña y densa, el núcleo, que contiene protones y neutrones.

♦ En torno al núcleo se mueven los electrones de carga negativa.


Partículas subatómicas fundamentales

Fuera del núcleo

-11 / 1836Electrón (e-)

Núcleo01Neutrón (nº)

Núcleo+11Protón (p+)

UbicaciónCargaMasa relativa

Partícula


El modelo del átomo de RUTHERFORD se parecía a un sistema solar en miniatura, con los protones en el núcleo y los electrones girando alrededor.

El Modelo Atómico de Rutherford quedó constituido por:

- Todo átomo está formado por un núcleo y corteza.

- El núcleo, muy pesado, y de muy pequeño volumen, formado por un número de protones igual al número atómico y de neutrones igual a la diferencia entre la masa atómica y el número atómico, donde se concentra toda la masa atómica.

- Existiendo un gran espacio vacío entre el núcleo y la corteza.


Número atómico (Z):Indica el número de protones, que es igual al

de electrones, cuando el átomo es neutro.Los átomos de un mismo elemento tienen el

mismo Z.

Masa atómica o peso atómico (A):Es la suma de protones y neutrones.Entonces el número de neutrones = A - Z

ZAX Z

AXNomenclatura:

o

ó


El núcleo atómico permanece inalterado en una reacción química, pero el átomo puede ganar o perder electrones.

ION

Es una especie cargada formada a partir de átomos o moléculas neutras que han ganado o perdido electrones producto de un cambio químico.

Un ion cargado positivamente es un catión. Un ion cargado negativamente es un anión.


1H1,008

Hidrógeno

Partículas subatómicas

Número de protones:

Número de electrones:

Número de neutrones:

1

1

0,008 ?


ISOTOPOS

Atomos de un mismo elemento con igual número de protones y distinto número de neutrones.

Tienen igual Z pero distinto A.

Como los elementos se presentan como mezclas de isótopos, mayoritariamente las masas atómicas no son números enteros.

A veces se aproximan a enteros porque predomina un isótopo.


Isótopos del Hidrógenoaporte a www.electricospresente.cl de js

Isótopos del carbono:

612C 6

14Co C-12 o C-14

Carbono 14

Z=6

A=14

N=8

Carbono 12

Z=6

A=12

N=6

p pp n nn n n

pppn

n n


Escala de masa atómicas

Las masas atómicas son relativas, o sea, están referidas a un patrón tomado como unidad.

Al principio la unidad fue la masa de hidrógeno pues era el más liviano y luego el oxígeno por su capacidad de combinación.

Actualmente el patrón es uno de los isótopos del carbono (C-12), al que se asigna una masa igual a 12,00 unidades, llamada unidad de masa atómica (uma).


La palabra átomo se refiere a elemento.Es correcto hablar de un átomo de hidrógeno

(H) pero incorrecto hablar de un átomo de agua.La palabra molécula puede indicar un elemento

o un compuesto.Es correcto hablar de una molécula de

hidrógeno (H2) o una molécula de agua (H2O).H2:: molécula de hidrógeno, contiene 2 átomos de

hidrógenoH2O: molécula de agua, contiene 2 átomos de

hidrógeno y 1 de oxígeno.


Una molécula de gammaglobulina (proteína de la sangre) tiene 19.996 átomos de solo 4 tipos: C, H, O y N.

♦ Las moléculas de un compuesto son iguales. ♦ Las moléculas de compuestos diferentes son distintas.♦ La masa de una molécula (masa molecular) es la suma de las masas de los átomos (masas atómicas) que la forman.

Ej: Determine la masa molecular de:H2O aguaFe2(SO4)3 sulfato de hierro (III) o sulfato férrico


La materia se presenta en paquetes minúsculos que no pueden ser visualizados.

Para poder manejar las partículas de materia, conviene expresarlas en unidades suficientemente grande.

Así, se expresó las masas de átomos o moléculas en gramos considerando un número muy grande de éstos.

Este es el NUMERO DE AVOGADRO (No), y es igual a 6,02 x 1023.

La equivalencia de éste número con la unidad de masa atómica es:

1 uma = 1,66 x 10-24 g


Es una de las magnitudes básicas del Sistema Internacional (SI) de medidas.

MOL:

Cantidad de sustancia que contiene 6.02 x 1023

partículas.

1 mol de partículas contiene 6,02 x 1023

partículas

1 mol de átomos de C contiene 6,02 x 1023

átomos de C

1 mol de moléculas de H2O contiene 6,02 x 1023

moléculas de H2O.


MASA MOLAR (MM)

Masa que corresponde a un mol de sustancia y se expresa en g / mol.

La masa molar del sodio es 23 g, es decir, 1 mol de átomos de sodio pesa 23 g.

La masa molar del agua es 18 g, es decir, 1 molde moléculas de agua pesan 18 g.

La cantidad de sustancia (n) se relaciona con la masa (m) por la expresión:

MM m n =


Fórmula Empírica (F.E.) y Fómula Molecular (F.M)

F.E es la fórmula más simple o mínima de un compuesto.

Indica el número relativo de átomos de cada elemento en un compuesto.

F.M se basa en una molécula real del compuesto.


Determinación de la F.E y F.M

♦ Dividir las masas de cada elemento por su masa molar. Si se conoce la composición porcentual delcompuesto se considera 100 g de éste.♦ Los números de moles de cada elemento se dividen por el menor de ellos para obtener el número relativo de átomos del compuesto.♦ Si uno o más subíndices no son enteros se multiplican todos por un número entero pequeño que los convierta a todos en enteros.

♦ La F.M real puede ser igual o un múltiplo de la F.E. Para encontrar el factor multiplicativo se divide la MM verdadera por la MM de la F.E.


F.E la de molar masacompuesto del molar masa x =

xF.EF.M =


quimica

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