quÍmica general m s c: anaís balza modulo i falta foto sustancias y mezclas

QUÍMICA GENERAL

Msc: Anaís BalzaMODULO I

Falta foto

SUSTANCIAS

Y MEZCLAS

Sustanciasy mezclas

NATURALEZA DE LA QUIMICA.

Concepto de Química. La materia. Clases

de Materia - Sustancias puras: Elementos y

compuestos.- Mezclas. Estados de

agregación de la materia. Cambios de

Estado. Transformaciones físicas y

químicas.

MODULO I - PARTE A:

Sustanciasy mezclas

QUÍMICA: Parte de la ciencia que se ocupa del estudio de

la composición, estructura, propiedades y

transformaciones de la materia, de la

interpretación teórica de las mismas, de los

cambios energéticos que tienen lugar en las

citadas transformaciones y de los efectos

producidos sobre ellas al añadir o extraer

energía en cualquiera de sus formas.

CONCEPTO DE QUÍMICA

Sustanciasy mezclasDEFINICIÓN DE MATERIA

• Es todo lo que nos rodea.• La materia es todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en

el espacio; también volumen• El Cuerpo es una porción limitada de materia

Pero... ¿qué es masa y volumen?

Sustanciasy mezclas

MASA, PESO y VOLUMEN

• Masa y peso NO es lo mismo.• La masa se mide en Kilogramos y el peso

en Newton.

El PESO es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un cuerpo.El peso se mide con un dinamómetro.

MASA: Es la cantidad de materia que posee un cuerpo.

La masa se mide con una Balanza

•Volumen es el espacio ocupado por la masa

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DEFINICIÓN DE MATERIA

• Peso, medida de la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto. En las proximidades de la Tierra, y mientras no haya una causa que lo impida, todos los objetos caen animados de una aceleración, g, por lo que están sometidos a una fuerza constante, que es el peso.

• Los objetos diferentes son atraídos por fuerzas gravitatorias de magnitud distinta. La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m se puede expresar matemáticamente por la expresión P = m x g

Sustanciasy mezclas

LAS MEDIDAS Y SU PRECISIÓN

Sin embargo, un número no es suficiente para

cuantificar una magnitud, además se debe especificar la

unidad de medida.

MAGNITUD propiedad física medible

Cuantificar magnitudes números

MAGNITUD = NÚMERO + UNIDADES

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Al conjunto de unidades de las magnitudes

fundamentales se le conoce como sistema de

unidades.

Existe una gran cantidad de magnitudes.

Muchas de ellas se pueden obtener a partir de otras.

Conjunto mínimo de magnitudes

Magnitudes Fundamentales

A partir de estas obtener todas las demás magnitudes

Magnitudes Derivadas.

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El sistema internacional (SI) Magnitudes fundamentales

Sustanciasy mezclas

DEFINICIÓN DE MATERIA

Según el “Sistema Internacional de Unidades”, el peso se mide en Newton.Nombre Abreviatura

Newton N

1 Kg equivale a 10 N aprox.

Según el “Sistema Internacional de Unidades”, la masa se mide en Kilogramos.

Nombre Abreviatura

Gramo g

Kilogramo kg

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PROPIEDADES DE LA MATERIA

• Propiedades Extrínsecas o no características:– Cambian las propiedades cuando cambia el

tamaño de la muestra, ejemplo: volumen de un líquido, la masa de un sólido, la temperatura, la presión de un gas.

• Propiedades Intrínsecas o características– No cambian cuando cambia el tamaño de la

muestra, ejemplo: densidad, punto de ebullición, punto de fusión, solubilidad y otras

LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES

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PROPIEDADES DE LA MATERIA

• FÍSICAS: (Son perceptibles a través de los sentidos) y será una propiedad que tiene una muestra de materia mientras no cambie su composición.

– EXTENSIVAS (DEPENDEN DEL TAMAÑO DE LOS CUERPOS)

– INTENSIVAS O ESPECÍFICAS (SON CARACTERÍSTICAS DEL CUERPO QUE SE CONSIDERE E INDEPENDIENTES DE SU FORMA Y TAMAÑO. EJ: color, olor, textura.

• QUÍMICAS: (Son aquellas que se ponen de manifiesto cuando el sistema se transforma en otro de naturaleza diferente) una o mas muestras de materia se convierten en nuevas muestras de composición diferente.

Sustanciasy mezclas

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:

SU COMPOSICIÓN.

ESTADO DE AGREGACIÓN.

Según:

CLASIFICACIÓN DE LOS

SISTEMAS MATERIALES

Sustanciasy mezclas


• HOMOGÉNEOS: Presenta en todas sus partes las mismas propiedades intensivas

– SUSTANCIAS PURAS: Elementos y Compuestos

– DISOLUCIONES: Son mezclas homogéneas de dos o más sustancias

• HETEROGÉNEOS: Presentan propiedades intensivas que varían de unas zonas a otra. Cada conjunto de zonas con propiedades intensivas iguales recibe el nombre de fase. La superficie de separación entre ellas se llama interfase. Ej: el granito, mica, cuarzo…

Sustanciasy mezclas


Materia heterogénea = Mezclas Heterogéneas

Materia homogénea

Mezclas Homogéneas o disoluciones

(Disolvente + Soluto)

Sustancias puras

Compuestos químicos

Elementos químicos

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA

Sustanciasy mezclas

Con el modelo anterior, la materia que conocemos, puede clasificarse en:

1. Sustancias puras.

2. Mezclas

Sustanciasy mezclas

Toda la Materia

Sustancias puras

MezclasCambios Físicos

Compuesto Homogéneas

HeterogéneasElemento

Cambios Químicos

• oxígeno• oro

• hierro

• sal• bicarbonato de

sodio• azúcar

• refresco• gasolina

• aire

• polvo• arena

• vinagreta


CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA

Sustanciasy mezclas

Se clasifican en ...

SUSTANCIAS PURAS

COMPUESTOS ELEMENTOS

Se descomponen en ...

Se combinan para dar ...

SUSTANCIAS PURAS

Sustanciasy mezclas

Las sustancias puras son aquellas que tienen propiedades físicas y químicas bien definidas como: el oro, el oxígeno, el azúcar, la sal, etc.

Cristales de azúcar

Cristales de sal

Sustanciasy mezclas

• Sustancia pura, forma de materia HOMOGÉNEA de composición uniforme e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son idénticas, sea cual sea su procedencia.

• Las sustancias puras se identifican por sus propiedades características, es decir, poseen una densidad determinada y unos puntos de fusión y ebullición propios y fijos que no dependen de su historia previa o del método de preparación de las mismas. Por ejemplo, el agua pura, tanto si se destila del agua del mar, se toma de un manantial o se obtiene en una reacción química por unión del hidrógeno y el oxígeno, tiene una densidad de 1.000 kg/m3, su punto de fusión normal es 0 °C y su punto de ebullición normal es 100 °C.

• Las sustancias puras a su vez las clasificamos en: elementos y compuestos

CARACTERÍSTICAS DE LAS SUSTANCIAS PURAS

SUSTANCIAS PURAS

Sustanciasy mezclas

Las sustancias puras pueden ser:

1. Elementos. Formados por un solo tipo de átomos.

2. Compuestos. Formados por

diferentes átomos.

Sustanciasy mezclas

• Sustancia formada por un solo tipo de átomos (unidades que forman la materia) que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios.

• Se conocen actualmente 118 tipos de átomos diferentes luego existirán 118 elementos químicos. Podemos obtener aproximadamente 96 de esos elementos a partir de fuentes naturales. El resto no aparecen de forma natural y solamente los podemos obtener de forma artificial, bombardeando los núcleos atómicos de otros elementos con núcleos cargados o con partículas nucleares. Dicho bombardeo puede tener lugar en un acelerador de partículas (como el ciclotrón), en un reactor nuclear o en una explosión nuclear.

• Una ordenación especial y una lista completa de los elementos en forma de tabla la encontramos en la Tabla Periódica de los elementos. La estudiaremos en un tema posterior y la utilizaremos a lo largo de la mayor parte del temario.

ELEMENTO QUÍMICO

Sustanciasy mezclas

Todos los elementos (átomos) conocidos se recogen, ordenados, en una tabla denominada

Sistema Periódico.

87

FrFrancio

88

RaRadio

104

KuKurchatovio

89

Ac**Actinio

105

HaHahnio

5

BBoro

6

CCarbono

7

NNitrógeno

8

OOxígeno

9

FFlúor

10

NeNeón

3 4

LiLitio

BeBerilio

55

CsCesio

56

BaBario

57

La*Lantano

72

HfHafnio

73

TaTántalo

74

WWolframio

75

ReRenio

76

OsOsmio

77

IrIridio

79

AuOro

78

PtPlatino

80

HgMercurio

81

TlTalio

82

PbPlomo

83

BiBismuto

84

PoPolonio

85

AtAstato

86

RnRadón

13

AlAluminio

14

SiSilicio

15

PFósforo

16

SAzufre

17

ClCloro

18

ArArgón

11

NaSodio

12

MgMagnesio

19

KPotasio

20

CaCalcio

21

ScEscandio

22

TiT itanio

23

VVanadio

24

CrCromo

25

MnManganeso

26

FeHierro

27

CoCobalto

28

NiNíquel

29

CuCobre

30

ZnCinc

31

GaGalio

32

GeGermanio

33

AsArsénico

34

SeSelenio

35

BrBromo

36

KrCriptón

37

RbRubidio

38

SrEstroncio

39

YItrio

40

ZrCirconio

41

NbNiobio

42

MoMolibdeno

43

TcTecnecio

44

RuRutenio

45

RhRodio

46

PdPaladio

47

AgPlata

48

CdCadmio

49

InIndio

50

SnEstaño

51

SbAntimonio

52

TeTeluro

53

IYodo

54

XeXenón

HHidrógeno

1 2

HeHelio

ELEMENT OSGASEOSOS

ELEMENT OSLÍQUIDOS

ELEMENT OSSÓLIDOS

ELEMENT OSARTIFICIALES

NNITRÓGENO

7

Símbolo

Nombre

Númeroatómico

58

CeCerio

59

PrPraseodimio

60

NdNeodimio

61

PmPrometio

62

SmSamario

63

EuEuropio

64

GdGadolinio

65

Terbio

66

DyDisprosio

67

HoHolmio

68

ErErbio

69

TmTulio

70

YbYterbio

71

LuLutecio

Tb*

90

ThTorio

91

PaProtactinio

92

UUranio

93

NpNeptunio

94

PuPlutonio

95

AmAmericio

96

CmCurio

97

BkBerkelio

98

CfCalifornio

99

EsEinstenio

100

FmFermio

101

MdMendelevio

102

NoNobelio

103

LwLaurencio**

SUSTANCIAS PURAS: Elementos

Sustanciasy mezclas

• Sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable y unidos firmemente mediante enlaces químicos. Se han identificado millones de compuestos químicos diferentes. En algunos casos podemos aislar una molécula de un compuesto.

• Una molécula es la entidad mas pequeña posible en la que se mantienen las mismas proporciones de los átomos constituyentes que en el compuesto químico.

• El agua, por ejemplo, está formada por tres átomos dos de hidrógeno unidos a un solo átomo de oxígeno. Hay otras moléculas mocho mas grandes por ejemplo la gammaglobulina, proteína de la sangre, formada por 19996 átomos sólo de cuatro tipos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno.

COMPUESTO QUÍMICO

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• Características – La composición varia de una muestra a otra– Los componentes son químicamente diferentes y

mantienen sus propiedades en la mezcla– No funden o hierven a una temperatura definida y

característica• Dos tipos

– Homogénea• Componentes uniformemente mezclados• Una sola fase• También se les llama soluciones

– Heterogénea • Los componentes no se mezclan uniformemente• Hay presente más de una fase

Mezclas

SUSTANCIAS Y MEZCLAS

Sustanciasy mezclas

Las mezclas están formadas por partículas diferentes.


Sustanciasy mezclas

Las mezclas pueden clasificarse por su aspecto visual en:1.

Homogéneas.

2. Heterogéneas.

Agua con azúcar Granito


Sustanciasy mezclas

Las mezclas homogéneas más conocidas son las disoluciones, formadas por un disolvente y un soluto.

Ejemplos de disoluciones


Sustanciasy mezclas

Diferencias entre Mezclas y Compuestos

Sustanciasy mezclas

Separación de mezclas Actividad experimental que involucre la preparación

de una Mezcla de materiales que tienen diferentes propiedades físicas para luego separarlas.

Los procesos de separación de mezclas se hacen en función de las propiedades

• Densidad• Temperatura de fusión• Temperatura de ebullición• Solubilidad• Reactividad• Magnetismo• Tamaño de partícula

Sustanciasy mezclas

Separación de mezclas

En los 2 tipos de mezclas, sus componentes pueden separarse en sustancias puras por

medios físicos, sin cambiar la naturaleza química de sus componentes y por

medios mecánicosALGUNOS “MEDIOS FISICOS” UTILIZADOS CON

FRECUENCIA: Evaporación, destilación, cristalización, cromatografía.

ALGUNOS “MEDIOS MECANICOS” UTILIZADOS CON FRECUENCIA: Tamizado, Imantación, Filtración, Decantación, Centrifugación.


Sustanciasy mezclas

- Tamizado

- Imantación o magnetismo

- Filtración.

- Decantación.

- Centrifugación

- Destilación.

- Evaporación

- Cristalización

- Cromatografía.

Las sustancias que forman las mezclas pueden separarse

por diferentes métodos.


Sustanciasy mezclas

Tamización

La tamización se utiliza para separar

mezclas de sólidos pulverizados en

granos de diferentes tamaños. Consiste

en hacer pasar la mezcla a través de

distintos tamices. Los tamices se colocan

de manera que el que tiene los poros más

grandes esté arriba, y el que tiene los

poros más pequeños, abajo. Con este

método se separan, por ejemplo,

las fracciones de grava, arena y arcilla

que constituyen un suelo.

arenagrava arcilla


Sustanciasy mezclas

Separación magnética o Imantación

Se usa esta técnica para separar

sustancias magnéticas, como el

hierro, de otras que no lo son.

La propiedad de ser atraídas por

los imanes que presentan estas

sustancias se aprovecha para

separarlas del resto de los

componentes de una mezcla.

Separación magnética


Sustanciasy mezclas

Filtración.

Filtro de papel

Embudo

Arena

Agua

Agua + Arena

FiltraciónLa filtración se emplea para separar

un sólido mezclado con un líquido

en el cual no es soluble, y consiste

en hacer pasar la mezcla a través

de un papel de filtro que se acopla

a un embudo.


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Decantación.Embudode decantación Aceite

Agua

La decantación se utiliza para separar líquidos que no son solubles entre sí y presentan diferentes densidades, como, por ejemplo, una mezcla de aceite y agua. Para ello se vierte la mezcla en un embudo especial, llamado embudo de decantación, en el que se puede regular el paso del líquido mediante una llave. Se deja reposar la mezcla hasta que ambos líquidos se separan y se abre la llave para permitir el paso del líquido más denso a otro recipiente; cuando este ha pasado, se cierra la llave. El líquido menos denso queda retenido en el embudo y se puede obtener por la parte superior.


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Centrifugación La centrifugación es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento rotatorio con una fuerza de mayor intensidad que la gravedad, provocando la sedimentación del sólido o de las partículas de mayor densidad.


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Destilación.

Entradade agua

Salidade agua

Termómetro

Vapor condensado

Líquidodestilado

Refrigerante

Líquidohirviendo

Ascensodel vapor

Calor

Refrigerante

Líquidohirviendo


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Evaporación.Consiste en el proceso físico mediante el cual una sustancia líquida pasa lenta y gradualmente al estado de vapor. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta.


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Cristalización.

Cristales de sulfato de cobre obtenidos al evaporarse el disolvente.

La cristalizaciónes el nombre que se le da a un procedimiento de purificación usado en química por el cual se produce la formación de un sólido cristalino, a partir de un gas, un líquido o incluso, a partir de una disolución. Por medio de la cristalización se separa un componente de una solución en estado líquido pasándolo a estado sólido a modo de cristales que precipitan.


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CROMATOGRAFIAPapel de filtro

AlcoholLínea horizontal de

marcador

La 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 está en reposo (fase estacionaria, F.E.) mientras que la otra (fase móvil, F.M.) se mueve en una dirección definida. La tinta de los marcadores es un ejemplo de esta, que contiene pigmentos de diversos colores, conocida como cromatografía de papel

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ESTADOS DE LA MATERIA

Estado sólidoEstado líquido

Estado gaseoso


Sustanciasy mezclas

La materia se presenta, normalmente, en tres estados

Estados de la materia.Gas

Líquido

Sólido


Sustanciasy mezclas

La materia se presenta, normalmente, en tres estados, pero se conoce un cuarto estado y

hasta un «quinto» Al cuarto estado de agregación de la materia, y se denomina PLASMA es un estado fluido similar al estado gaseoso pero en el que determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente y no poseen equilibrio electromagnético, por eso son buenos conductores eléctricos y sus partículas responden fuertemente a las interacciones electromagnéticas de largo alcance.

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ESTADOS DE LA MATERIACAMBIOS DE ESTADOS DE LA

MATERIA

Cambios físicos

Sustanciasy mezclas

Para explicar los hechos anteriores creamos un modelo de materia en base a tres hipótesis:

1. La materia esta hecha de partículas y vacío.

2. Las partículas están en constante movimiento.

3. Las partículas pueden enlazarse entre si.


Sustanciasy mezclas

La materia puede cambiar de estado mediante aportes de energía

Cambios en la temperatura conforme vamos suministrando

calor.

120 –

100 –

80 –

60 –

40 –

20 –

0 –

-20 –Calor

Hielo

Agua

Vapor Ebullición

Fusión



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Gases: Partículas sin enlaces y moviéndose libremente, chocando entre ellas y con las paredes del recipiente.

Estado: Los átomos ocupan un volumen mucho mayor. Es el estado en que los átomos están más separados.

Gas


Sustanciasy mezclas

Líquidos: Son partículas con ligeros enlaces entre ellas y, por tanto, con movimiento restringido.

Estado: los átomos se encuentran esparcidos en un volumen mayor, sin seguir ninguna estructura. La separación entre cada átomo es mayor que en el sólido.

Líquido


Sustanciasy mezclas

Sólidos: Son partículas muy próximas, fuertemente enlazadas y solamente con movimiento vibratorio.

Podemos ver que los átomos se hallan dispuestos en un volumen pequeño, se sitúan adyacentes, uno al lado del otro, aunque no en contacto, formando generalmente una estructura.

Sólido


Sustanciasy mezclas

Estado de Plasma: sus componentes no son átomos, sino partículas individuales y núcleos de átomos. Parece un gas, pero formado por iones (cationes -núcleos y protones con carga positiva-, neutrones sin carga y electrones -con carga negativa-). Cada componente del estado de plasma está cargada eléctricamente y el conjunto ocupa un gran volumen.

QUINTO ESTADO DE LA MATERIA

Condensado de Bose-Einstein: todos los átomos se encuentran en un mismo lugar. En la figura, la única bola roja representa la posición donde se hayan todos lo átomos, pero no uno sobre otro, sino todos ocupando el mismo espacio físico.

Para hacernos una idea de lo que sería un objeto cotidiano estando en estado de Bose-Einstein, proponemos imaginar que varias personas estuvieran sentadas en la misma silla, no una sentada sobre otra, sino literalmente todas sentadas en la misma silla, ocupando el mismo espacio en el mismo momento.

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Sustanciasy mezclas

La Química nos permite fabricar sustancias a conveniencia, p.e.:

Plásticos. Medicamentos.Alimentos.

Materiales de construcción

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