UNIDAD I. ASPECTOS INTRODUCTORIOS DE LA QUÍMICA
QUIMICA GENERAL I
1
QUÍMICA
Ciencia que describe la materia:
sus propiedades, los cambios que
experimenta y los cambios energéticos
que los acompañan.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
2
Por qué estudiar química
Es la ciencia central para el
estudio de otras ciencias.
o Parte esencial del plan de estudios.
o Se encuentra en la vida diaria.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
3
Importancia de la química
o ¿Como modificar un medicamento a fin de
mejorar su efectividad y reducir la
peligrosidad?
o ¿Como mejorar materiales para usarlos en
prótesis?
o ¿Que cambios en los materiales estructurales
podrán ayudar para hacer aviones más
ligeros y económicos?
o ¿Como hacer más lentas las reacciones
desfavorables como la corrosión de metales?
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
4
La materia
Es el material físico del universo; es cualquier
cosa que tiene masa y ocupa espacio.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
5
Clasificación de la materia
Estado físico
Sólido
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Líquido
Gas
6
Sólido
o Forma y volumen definidos
o Rígidos
o No se comprimen de forma apreciable
Las moléculas están firmemente sujetas
unas a otras
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
7
Líquido
o Volumen definido
o Sin forma específica
o Toma la forma del recipiente
Las moléculas están empacadas más cerca unas
de otras que en un gas, pero aún se
mueven.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
8
Gas
o No tiene volumen ni forma definida
o Se ajusta al volumen y la forma del
recipiente
o Comprimible o expandible
Las moléculas están muy separadas y se
mueven a altas velocidades.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
9
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
10
Clasificación de la materia
Composición
Sustancias puras
Mezclas
Materia que tiene una
composición física y
propiedades definidas
§ Elemento
§ Compuesto
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
11
Elementos
Sustancias que no pueden descomponerse en
sustancias más simples.
• Se conocen 112
• Cada uno tiene un símbolo *
• Se organizan en la tabla
periódica
Sodio (Na)
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
12
Tabla periódica de los elementos
Dimitri Mendeleev (1834 - 1907)
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
13
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
14
Abundancia
Corteza terrestre
Cuerpo humano
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
15
Compuestos
Se componen de dos o más elementos, por lo
que contienen dos o más clases de átomos.
Etanol
Agua
• Composición constante (Ley de las proporciones definidas)
• Propiedades constantes
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Molécula
Dos átomos o más en un arreglo definido que se
mantienen unidos por medio de enlaces químicos.
• Algunas moléculas son elementos:
Cl2 S8
Oxígeno (O2)
• Algunas moléculas son compuestos:
H2O CH4
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Aspirina
17
Clasificación de la materia
Composición
Sustancias puras
Mezclas
Materia que tiene una
composición física y
propiedades definidas
Combinaciones de dos o más
sustancias y cada una conserva
su propia identidad química
§ Elemento
§ Homogénea
§ Compuesto
§ Heterogénea
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
18
Mezcla homogénea
o Son uniformes en todos sus puntos, aunque su
composición puede variar.
o Ejemplo:
Se disuelve una cantidad determinada de azúcar en
agua y se agita vigorosamente.
o También se denominan disoluciones
Disolución gaseosa (aire)
Disolución líquida (agua y sirope)
Disolución sólida (aleaciones)
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Mezcla heterogénea
o No tienen la misma composición, propiedades y
aspecto en todos los puntos.
o Los componentes individuales permanecen
físicamente separados y se pueden ver como
tales.
o Ejemplos:
Arena
Rocas
Madera
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Separación de mezclas
o Como cada componente en una mezcla
retiene sus propiedades, se pueden separar
mediante diversas técnicas tales como:
o Filtración: se retiene un sólido con una
superficie porosa.
o Destilación: separación basada en las
diferencia entre los puntos de ebullición de
las sustancias.
o Cromatografía: separación basada en las
propiedades de adsorción de las sustancias.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
21
Esquema de clasificación de la materia
MATERIA
¿Puede separarse por un
proceso físico?
NO
SUSTANCIA PURA
MEZCLA
¿Puede descomponerse
por un proceso químico?
SI
COMPUESTO
NO
ELEMENTO
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
SI
¿Es totalmente uniforme?
SI
HOMOGÉNEA
NO
HETEROGÉNEA
22
Propiedades de la materia
Cada sustancia posee un conjunto único de
propiedades o características que permiten
reconocerlo y distinguirlo de otras
Au
Hg
Metal
Color dorado
Sólido a temperatura ambiente
Metal
Color plateado
Líquido a temperatura ambiente
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Propiedades de la materia
Físicas
Se pueden medir sin
cambiar la identidad y
la composición de las
sustancias.
§ Color
§ Olor
§ Punto de fusión, etc
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Químicas
Para observarla se debe
realizar un cambio
químico, la sustancia
cambia o reacciona para
formar otras sustancias.
§ Capacidad para reaccionar
§ Inflamabilidad, etc
24
Cambios de la materia
Físicos
Se varía la apariencia
física de una sustancia
pero no su
composición
§ Evaporación de un líquido
§ Cambio de color, etc
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Químicos
Se transforma una
sustancia en otra
químicamente distinta
§ Quemar hidrógeno en aire
§ Encender un fósforo, etc
25
Propiedades y cambios físicos
o Propiedad física:
Temperatura de ebullición
del agua es 100ºC
o Cambio físico:
Ebullición del agua
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Propiedades y cambios
químicos
H2
O2
o Propiedad química:
Inflamabilidad del hidrógeno
o Cambio químico:
Transformación de hidrógeno y
oxígeno en agua
Arder
H 2O
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
27
Cambios de la materia - Energía
Procesos endotérmicos
o Absorbe energía del medio
Procesos exotérmicos
o Libera energía al medio
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Propiedades de la materia
Intensivas
Extensivas
No dependen de la
cantidad de muestra
presente
Dependen de la
cantidad de muestra
presente
§ Temperatura
§ Punto de fusión
§ Densidad, etc
§ Longitud
§ Masa
§ Volumen, etc
Pueden servir para
identificar las sustancias
Se pueden sumar
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Tipos de observaciones
Cualitativas
Información u observaciones no
numéricas.
Cuantitativas
Información asociada a
números, en muchos casos se
puede medir una propiedad y
compararla con un patrón.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
CUALITATIVAS:
§ Color amarillo
§ Borrador rojo
CUANTITATIVAS:
§ Masa: 5,5 g
§ Longitud: 19 cm
30
Unidades de medición
El sistema científico de medidas se llama
Sistema Internacional de Unidades o SI
Tiene siete unidades
fundamentales
Sistema decimal que
utiliza prefijos
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
31
Unidades básicas SI
Unidad Básica
Nombre de la unidad Símbolo
Longitud
Metro
m
Masa
Kilogramo
kg
Temperatura
Kelvin
K
Tiempo
Segundo
s
Corriente Eléctrica
Ampere
A
Cantidad de sustancia
Mol
mol
Intensidad luminosa
Candela
cd
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
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Prefijos usados en el Sistema SI
Prefijo
Símbolo
Significado
Ejemplo
Tera-
T
1,000,000,000,000 o 1012
1 Tm = 1x1012 m
Giga-
G
1,000,000,000 o 109
1 Gm = 1 x 109 m
Mega-
M
1,000,000 o 106
1 Mm = 1 x 106 m
Kilo-
k
1,000 o 103
1 km = 1 x 103 m
Deci-
d
1/10 o 10-1
1 dm = 0.1 m
Centi-
c
1/100 o 10-2
1 cm = 0.01 m
Mili-
m
1/1,000 o 10-3
1 mm = 0.001 m
Micro-
µ
1/1,000,000 o 10-6
1 µm = 1 x 10-6 m
Nano-
n
1/1,000,000,000 o 10-9
1 nm = 1 x 10-9 m
Pico-
p
1/1,000,000,000,000 o 10-12
1 pm = 1 x 10-12 m
Femto-
f
1/1,000,000,000,000,000 o 10-15
1 fm = 1x10-15
33m
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Algunas aplicaciones de
unidades
§
§
§
km
cm
mm
§
µm
§
nm
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
§
kg
§
mg
§
µg
34
Longitud
o Propiedad extensiva
o Unidad SI es el metro (m)
o Otras unidades
o Pulgada 1 m = 39,40 pulg (inches, in)
o Pie
1 m = 3,28 pie (foot, ft)
o Yarda
1 m = 1,09 yarda (yard, yd)
o Milla
1609 m = 1 milla (mi)
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
35
Masa
o Propiedad extensiva
o Unidad SI es el kilogramo (kg)
o Otras unidades
o Libra
1 kg = 2,2 lb (libras)
o Tonelada 1 Ton = 907,18 kg
o Onza
28.35 g = 1 oz (onza)
Masa no es lo mismo que Peso
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
36
¿ Cuál es la diferencia ?
o Masa:
Cantidad de material que hay en un
objeto.
Unidad : kg.
o Peso:
Medida de la fuerza que ejerce la
gravedad sobre el objeto.
masa x aceleración
Unidad: Peso es una fuerza, por lo tanto tiene las
mismas unidades de la fuerza; Newton = kg m/s2
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
37
Ejercicio
o Que nombre se da a la unidad que es igual a
a)
10-9
gramos
a) 10-6 segundos
c)
10-3
metros
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
nanogramo
nano-
10-9
1 ng = 1 x 10-9 g
microsegundo
micro- 10-6
1 µs = 1 x 10-6 s
milímetro
mili-
10-3
1 mm = 1 x 10-3 m
38
Temperatura
o Propiedad intensiva
o Unidad SI es el Kelvin (K)
Medida de la calidez o frialdad de un objeto
y determina la dirección del flujo del calor.
o También se utiliza la escala Celsius y la escala
Fahrenheit
°C = (°F -32)/(1,8)
°F = °C(1,8) +32
K = °C + 273,15
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
39
Calor ≠ Temperatura
Calor:
o Energía que se transfiere de un objeto más
caliente a uno más frío.
Unidades: J, cal
Temperatura:
o Medida de la calidez o frialdad de un objeto y
determina la dirección del flujo del calor.
Unidades: ºC, ºF, K
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
40
310 K
273 K
Escala Fahrenheit
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
100º C
37º C
0º C
Escala Kelvin
100 intervalos de un grado
32º F
373 K
100 intervalos de un grado
98,6º F
180 intervalos de un grado
212º F
Hierve el
agua
Temperatura
normal del
cuerpo
Se congela
el agua
Escala Celsius
41
Ejercicio
o Si un pronosticador del tiempo predice que
durante el día la temperatura alcanzará 31ºC,
calcule la temperatura predicha en a) K, b) ºF
a. ºC → K
K = ºC + 273
K = 31ºC+ 273 = 304 K
b. ºC → ºF
ºF = 9/5 (ºC) + 32
ºF = 9/5 (31ºC) + 32 = 88 ºF
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
42
Unidades SI derivadas
o Las unidades fundamentales sirven para
derivar unidades de otras cantidades.
§ Velocidad (distancia / tiempo)
§ Fuerza (masa x aceleración)
§ Presión (fuerza / área)
§ Energía (fuerza x distancia)
§ Volumen
§ Densidad
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
43
Volumen
o El volumen de un cubo
es longitud al cubo.
o La longitud según el SI
está dada en metros,
por lo que el volumen
se da en m3
o El litro no es unidad SI
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
44
Probeta
Balón aforado
Pipeta
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
45
Densidad
o Se define como la cantidad de masa en una
unidad de volumen de la sustancia
Densidad =
masa
(g)
volumen (cm3)
También g/mL, kg/L
Hg
13,6 g/cm3
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Al
2,7 g/cm3
46
¿Que pesa más un
kilogramo de clavos o
un kilogramo de
algodón?
¿Que ocupa más volumen
un kilogramo de clavos o
un kilogramo de algodón?
EL ALGODÓN
IGUAL
¿Cuál es más denso?
1Kg
1Kg
Volumen
grande
Volumen
pequeño
Algodón
Clavos
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
47
Ejercicio
a. Calcule la densidad del mercurio si 1,00 x 102 g ocupan
un volumen de 7,36 cm3.
Densidad
=
masa
volumen
=
1,00 x 102 g = 13,6 g/cm3
7,36 cm3
b. Calcule la masa de 65,0 cm3 de mercurio
Masa =
Densidad x Volumen
Masa =
13,6 g/cm3 x 65,0 cm3 = 884 g
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
48
Incertidumbre al medir
Números exactos
Sus valores se conocen con
exactitud, tienen valores por
definición o son enteros
12 huevos en una docena
1000 g en un Kilogramo
2,54 cm en una pulgada
Números inexactos
Sus valores se obtienen midiendo,
siempre existen limitaciones de equipo
y humanas al realizar mediciones
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
Incertidumbre
49
Precisión y exactitud
o Precisión:
Es una medida de la concordancia de mediciones
individuales entre sí.
o Exactitud:
Se refiere a que tanto las mediciones
individuales se acercan al valor correcto o
verdadero
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
50
6 tiros al tablero
Estudiante 1
Estudiante 2
Estudiante 3
Mala precisión
Buena precisión
Buena precisión
Mala exactitud
Mala exactitud
Buena exactitud
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
51
Cifras significativas
o Dígitos que indican la precisión con la que se hace una
medición, todos los dígitos de una cantidad medida son
significativos, incluso el último que es “incierto”
El equipo tiene una incertidumbre de
± 0,0001 g
20,4539 g + 0,0001
20,4538 g
20,4537 g – 0,0001
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
52
Determinación del número de cifras
significativas
o Dígitos distintos de cero son significativos
574 m
o Ceros entre dígitos distintos de cero son significativos
1079 cm
o Ceros a la izquierda no son significativos
0,0047 m
o Ceros a la derecha luego de punto decimal son significativos
0,4500 cm
o Ceros a la derecha sin punto decimal (ambigüedad) 130 cm
Para evitarla se aplica la notación científica
130 cm
1,30 x 102
1,3 x 102
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
53
Notación científica
o Usada cuando se trabaja con números muy
pequeños o muy grandes.
o Usada para evitar ambigüedad en la
determinación de c.s. de números que no
contienen punto decimal y contienen ceros al
final.
500 →
5,0 x 102
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
0,012 → 1,2 x 10-2
54
Ejercicio
o
Cuántas cifras significativas hay en cada uno de los
siguientes números
a. 4,003
Cuatro
a. 6,023 x 1023
Cuatro
b. 5000
Una, dos, tres o cuatro
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
55
Cifras significativas en
cálculos
o Multiplicaciones y divisiones
Se reporta el resultado con el menor número de cifras
significativas
El área de un rectángulo con las dimensiones: 6,221 cm y 5,2 cm
6,221 cm x 5,2 cm = 32,3492 cm2
4
2
32 cm2
Redondeo
< 5, se deja igual
>5, se incrementa en 1
= 5, anterior par se deja igual, impar se aumenta
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
56
Cifras significativas en
cálculos
o Sumas y restas
Se reporta con el menor número de dígitos a la derecha
del punto decimal
20,4 m
1,322 m
+
83 m
1
3
0
104,722 m
105 m
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
57
Análisis dimensional
o Es una estrategia de ayuda para resolver problemas
o Se llevan las unidades en todos los cálculos
o Las unidades se multiplican unas con otras, se dividen o
se cancelan
o Es una forma sistemática
o Empleo de factores de conversión
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
58
Factor unitario
o Es una fracción cuyo numerador y denominador son la
misma cantidad expresada en diferentes unidades.
Ejemplo 2,54 cm = 1 pulg
2,54 cm
1 pulg
y
1 pulg
2,54 cm
Cuántos centímetros representan 8,50 pulg
8,50 pulg x
2,54 cm
Unidad deseada
= 21,6 cm
1 pulg
Unidad dada
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
59
Reporte de resultados
o Aplique los factores de conversión y análisis dimensional.
o Siempre se deben reportar los resultados obtenidos con la
cantidad correcta de cifras significativas.
o Siempre respete las reglas de redondeo en los resultados.
o Tenga cuidado con la notación exponencial.
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
60
Ejercicio
Se determina que un papel de aluminio tiene 8,0 x 10-5 cm de
espesor. Calcule su espesor en micrómetros.
cm → µm
1 µm = 10
8,0
x10-5
cm
10-2 m
1 cm
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
-6
m
1 cm = 10-2 m
1 µm
10-6
m
=
8,0 x 10-1 µm
61
Ejercicio
Calcule la masa en gramos de 1,00 galones de agua. La densidad
del agua es de 1,00 g/mL.
gal → g
1 gal = 4 qt
1,057 qt = 1 L 1L = 1000 mL
1 mL = 1,00 g
1,00 gal
4 qt
1L
1 mL
1,00 g
1 gal
1,057 qt
10-3 L
1 mL
QUÍMICA GENERAL I. Unidad I.
=3,78 x 103 g
62