Química MVZ Stefany Giovanna Alvarez Galindo Química Ciencia que estudia la materia en su estructura, composición, propiedades y cambios que experimenta y la energía involucrada en dichos cambios. Importancia de la química Microcosmos implicaría contemplar al ser humano como un mundo completo en sí mismo, como un universo a escala. Macrocosmos alude a un universo completo, al margen de la naturaleza humana =Manejar e utilizar a nuestro beneficio Nebulosas, estrellas, galaxias y otros cuerpos celestes (Helio, Hidrogeno) Vegetales Humano y animales (Gusto, olfato, vista, oído y tacto =Procesos químicos - metabolismo) Elaboración de sustancias nuevas (Polietileno, adhesivos, disolventes, combustibles, etc.) Importancia de la química Industria Agrícola y ganadera: Pesticidas, Fertilizantes, abonos, alimentos balanceados , etc. Industria papelera: Cartón, cartulina y papel Industria alimenticia: embutidos, enlatados, edulcorantes, jugos, dulces, helados, etc. Industria metalúrgica: Metales puros (Mercurio, estaño) Industria electrónica : electrodos, pilas, semiconductores, calculadoras, teléfonos, etcetera. Industria de vidrio: vidrio plano, vidrio temple especial, vidrio hueco, etc. Industria textil: Teñido y estampado de telas Relación de la química con otras ciencias Medicina (Funciones químicas en el cuerpo humano, medicamentos, procesos quirúrgicos y forense y prótesis) Biología (Comportamientos químicos en los seres vivos) Geografía (Composición química de atmosfera, suelos y aguas) Física ( Cambios químicos de las sustancias) Geología ( Análisis rocas, suelos y subsuelos) Astronomía (composición química de planetas, estrellas y demás cuerpos estelares) Ingeniería civil ( Investigación y desarrollo de materiales para la construcción – resistencia) Ciencia Conjunto de conocimientos objetivos y probables. Método Científico Observación (Análisis sensorial - curiosidad) Inducción ( Preguntas ¿Cómo? ¿Cuándo?) Hipótesis (Respuesta probable) Experimentación ( pruebas para respaldar o refutar) Conclusiones ( recopilación de datos y respuesta) Ejemplo Paso 1. Observación Un vaso agua de limón no se congeló a la misma velocidad que un vaso de agua en el congelador. Paso 2. Pregunta o Inducción. ¿Será el azúcar? ¿El agua se congela más rápido o más lento con azúcar añadida? Paso 3. Hipótesis El azúcar modifica la velocidad de congelación del agua. Paso 4. Experimentación Metemos dos recipientes de agua de 1 litro al congelador y añadimos una cantidad de 100 gr. de azúcar a uno de ellos y observamos cada 30 minutos el proceso de congelación en cada uno de ellos. En este caso, a los 30 minutos ambos recipientes están congelados, por lo que no podemos sacar conclusiones y debemos modificar el experimento. Metemos nuevamente los recipientes con las mismas cantidades de agua y azúcar y observamos cada 10 minutos. Paso 5. Conclusiones. Comprobamos la hipótesis al verificar que el agua con azúcar se congela a diferente velocidad que el agua sola. Adicionalmente, podemos confirmar que el agua con azúcar tarda más en congelarse que el agua sola Materia Todo lo que ocupa un lugar en el espacio Propiedades Generales Masa = Cantidad de materia que contiene un cuerpo Inercia =Propiedad que tienen los cuerpos de mantener su estado de reposo o movimiento Peso = Efecto de la fuerza de gravedad sobre la masa de un cuerpo Volumen = Espacio que ocupa la materia Propiedades especificas Densidad= Relación entre la cantidad de masa que ocupa un cuerpo y el volumen que ocupa Forma Color Brillo tamaño Estados de la materia Estados de la materia Solidos: Forma y volumen definidos = Partículas con fuerza de atracción. Liquido: Forma definida por el recipiente y volumen casi constante = Partículas deslizándose y resbalándose. (Miscibles – disuelven, inmiscibles – no se disuelven) Gas: Forma y volumen no definidos = Partículas separadas y se deslizan con rapidez Energía se considera el principio de la actividad interna de la masa. Cuando estos dos tipos de energía se transforman, pueden manifestarse como: Energía mecánica Energía térmica Energía sonora Energía eléctrica Energía luminosa Energía radiante Por la fuente de donde proviene la energía puede ser: Energía hidráulica Energía solar Energía química Energía eólica Energía geotérmica Energía nuclear Energía geotérmica. Proviene de las capas internas de la tierra, específicamente del magma (rocas fundidas). El vapor que emite el magma se libera por las grietas de las capas superiores. Energía hidráulica. Se manifiesta por medio del movimiento del agua, es trascendental para producir electricidad en las plantas hidroeléctricas. Energía solar. Proviene como lo indica su nombre del sol, es de suma importancia para procesos vitales como la fotosíntesis: Actualmente se emplean celdas fotovoltaicas que almacenan la energía solar y la transforman en energía eléctrica. Energía eólica. Se manifiesta por el movimiento del aire. El viento mueve turbinas convirtiendo la energía en mecánica y un generador la transforma en eléctrica. La energía eólica no emite contaminación. Energía química. Es energía potencial que poseen los cuerpos de acuerdo a su estructura química. Esta energía se manifiesta en forma de calor o electricidad. Energía nuclear. Es la energía que se libera en las reacciones nucleares. Se obtiene por desintegración de los núcleos de átomos pesados como el uranio. Elementos y compuestos Sustancia pura: son aquellas cuya naturaleza y composición no varían sea cual sea su estado. Se dividen en dos grandes grupos: Elementos y Compuestos (H20) Elementos : Sustancias simples en la cual todos sus átomos tiene el mismo numero de protones en su núcleo. ( ORO) Compuestos: Sustancias puras constituidas por elementos de dos o mas tipos, combinados unos con otros en posiciones mas fijas (Amoniaco – NH3) Mezcla Homogénea: Uniforme (azúcar y agua) Heterogenia: No es uniforme (aceite y agua) Separación de mezclas Decantación: Se utiliza para separar un sólido de grano grueso e insoluble, de un líquido. Consiste en verter el líquido después que se ha sedimentado el sólido. Este método también se emplea para separar dos líquidos no miscibles, utilizando un embudo de separación Filtración: Este método es mecánico y permite separar un sólido insoluble en un líquido; la separación se logra al hacer pasar el líquido a través de un material poroso denominado filtro y retener el sólido. Los filtros más comunes son: papel filtro, fibra de asbesto, algodón, fibra de vidrio, redes metálicas o de cerámica, fibras vegetales los cuales poseen perforaciones o poros de diferentes magnitudes. Centrifugación: Método empleado para separar un sólido (insoluble de grano muy fino y de difícil sedimentación) de un líquido. Se realiza en un aparato llamado centrífuga, en el que por medio de un movimiento de traslación acelerado se eleva la fuerza gravitatoria provocando la sedimentación del sólido. Cristalización: Consiste en realizar la separación de un sólido que se encuentra disuelto en una disolución, por medio de la evaporación del líquido; el sólido forma cristales. También se puede lograr la cristalización en una mezcla sólidolíquido que contiene un solvente o líquido volátil. La operación se efectúa en un cristalizador. Este método se basa en la diferente solubilidad que presentan los sólidos cuando están en solución a distintas temperaturas. La temperatura tiene efecto sobre la solubilidad de la mayoría de las sustancias; para la mayor parte de los sólidos disueltos en un líquido, a mayor temperatura mayor solubilidad. Cromatografía: Permite analizar, identificar y separar los componentes de mezclas homogéneas y heterogéneas de gases ó líquidos al hacerlas pasar a través de un medio poroso con un disolvente adecuado. Se basa en el fenómeno físico llamado adsorción, el cual ocurre cuando las partículas de un líquido o un gas se adhieren a la superficie de un sólido, recibe el nombre de adsorbente. Existen varias técnicas para efectuar la cromatografía, las más usuales son: en columna de vapor o gas, en columna líquida y cromatografía en papel Sublimación: Separa mezclas heterogéneas que contienen un componente que pasa de sólido a gas sin pasar por líquido. Diferencia de solubilidad: Permite separar sólidos de líquidos o líquidos de líquidos al contacto con un solvente que atrae a uno de los componentes de la mezcla, posteriormente se separa por decantación, filtración, vaporización o destilación, y se obtiene en estado puro. Atomo “La partícula más pequeña que puede participar en un cambio químico” Electrón (e- ): Partícula subatómica de cuya masa se considera despreciable (9.1x10-28) gramos. Su radio es de 2.82x10-15nm, se encuentra en los niveles y subniveles de energía. Su carga eléctrica es –1.6 x 1019 ó -1, por lo que se denomina carga elemental de electricidad negativa. De acuerdo a su posición se clasifican en internos y de valencia; estos últimos son los que van a determinar la actividad química de cada elemento, es decir, su capacidad de combinación; se encuentran en el último nivel de energía. Protón (p+ ): Se encuentra en el núcleo del átomo y su masa es igual a 1.67x10 – 24gramos, posee carga eléctrica igual a +1.6 x 10-19 ó +1. Neutrón (n0 ): Partícula sin carga eléctrica, su masa es de 1.68 x 10-24 gramos se encuentra en el núcleo. Existen otras partículas subatómicas como son: el mesón, los leptones, y los positrones. Número atómico: Es igual al número de electrones o protones de un átomo. Se representa con la letra Z. Masa atómica: Es el promedio ponderado de los números de masa de los distintos isótopos de un elemento químico. Isótopo. Son átomos de un elemento con igual número atómico pero diferente número de neutrones, es decir, distinto número másico. Ión: Es un átomo o molécula con carga eléctrica que ha perdido o ganado electrones. Cuando ceden electrones se convierten en iones positivos llamados cationes (+), cuando ganan electrones se convierten en aniones (-). Los elementos metálicos son menos electronegativos por lo cual pierden electrones convirtiéndose en cationes y los elementos no metálicos son más electronegativos por ello ganan electrones y adquieren carga negativa. Energia Eólica: Viento Geotérmica: diferencia de temperatura entre la terrestre externa e interior Solar térmica: Radiación solar – fluido Solar fotovoltaica: paneles fotovoltaicos –flujo de electrones Biomasa: materia orgánica (combustión) Bio-combustible: Transformación física, química y biológica de la biomasa Hidráulica: centrales hidroeléctricas Maremotriz: Mareas Elemento Sustancia pura que no se puede separar. Símbolos (una o mas letras) 118 – 92 naturales 26 laboratorio Compuestos Unión química de dos o mas elementos en proporciones iguales Orgánicos e inorgánicos Partículas subatomicas Nombre Símbolo Masa (Kg) Numero de masa (UMA) Carga Unidad eléctrica de (C) carga Protón P+ 1672x10 -27 1 +1.602x 10-19 +1 Núcleo Electrón E- 9109X10 -31 0 1.602x1 0-19 -1 Orbitales Neutrón n0 1674x10 -27 1 0 0 Núcleo Numero atómico Z P+ y e – (Niveles de energia o nucleo) Hierro ( Fe) 26 = 26 protones y 26 electrones Numero de masa A P+ y n0 (núcleo) N0= A - Z Masa atomica Masa promedio de las masas isotopicas M.a.= A1X1+A2X2+A3X3……. M.a.= Masa atómica (uma) A1= numero de masa del primer átomo X1= la abundancia expresada en fracción del primer átomo Modelo atómico John Dalton (1766 – 1844) 1 • Los elementos se componen por pequeñas partículas 2 • Los átomos del mismo elemento son iguales entre si 3 • Los compuestos contiene átomos de dos o mas elementos 4 • No se crean ni se destruyen (combinan, separan o reordenan) Thompson Electrones, protones y neutrones. Tubo de rayos catódico ( William Crookes y Joseph J. Thompson) Tubo de vidrio vacío + placas ( cátodo – y ánodo +) Rutherford Wilhelm Röntgen – Rayo de luz podía atravesar las paredes ( Rayos X) Compuestos de uranio (radioactividad) Tres tipos de partículas ( rayos alfa +, rayos beta – y rayos gamma) Ernest ruthenford nucleo He 2:1 James Chadwick neutron He 4: 1 Bohr Radiación electromagnética – ondas magnéticas Max Planck – “los átomos y las moléculas pueden emitir o absorber energía radiante solo en cantidades discretas, como pequeños paquetes o cúmulos denominados cuantos” E= hu Donde: E = energía J H= constante de planck = 6.63 x 10 -34 Js U=
