INTRODUCION EN QUIMICA

UNIVERSIDAD DEL QUINDIO

FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD

PROGRAMA DE SALUD OCUPACIONAL

TALLER INICIO QUIMICA 2012

1….Conceptos y ejemplos de los siguientes términos:. MASA – PESO – VOLUMEN - MALEABILIDAD – DUCTILIDAD - DUREZA – PUNTO DE FUSION Y EBULLICION - CONDUCTIBIDAD TERMICA Y ELECTRICA.

2….ENERGIA CINETICA Y ENERGIA POTENCIAL. (formulas y ejemplos).

3….ESCALAS DE TEMPERATURA (Fahrenheit y Centígrada o Celsius), TIEMPO, CALOR LONGITUD, NOTACION CIENTIFICA (FACTORES DE CONVERSION)

4….DIFERENCIAS ENTRE:

a. CAMBIO FISICO Y CAMBIO QUIMICO.

b. CALOR Y TEMPERATURA.

c. MASA Y PESO.

d. GRUPOS Y PERIODOS EN LA TABLA PERIODICA.

e. ATOMOS Y MOLECULAS

f. ELEMENTOS Y COMPUESTOS.

g. PESO ATOMICO Y PESO MOLECULAR

h. FORMULA MOLECULAR FORMULA ESTRUCTURAL

5…CONCEPTO DE NUMERO DE AVOGADRO, CON EJERCICIOS.

6…GENERALIDADES DE LA TABLA PERIODICA.

Solución tutoría 1

La masa: es una medida de la cantidad de materia en un objeto. Es una propiedad extensiva de la materia, y aunque a menudo se usa como sinónimo de Peso, son cantidades diferentes, ya que la masa es una magnitud escalar y el peso es una magnitud vectorial, definiendose como la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto. La masa de un cuerpo es constante y no depende de la situación gravitatoria en la que se encuentre, en cambio el peso va a variar dependiendo de la gravedad a la que se someta el cuerpo en cuestion. La masa puede ser fácilmente determinada empleando cualquier tipo de balanza, y su unidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Kilogramo (kg.), siendo el gramo la unidad mas frecuente en química.

1kg. = 1000g = 1 x 10^2 g.

Peso: es la fuerza con que la Tierra atrae un cuerpo, es decir, está determinado por la gravedad e incluso desaparece si ésta se anula. Un cuerpo posee un peso mucho menor en la Luna que en la Tierra, y en el espacio exterior carece de él.

Extensión. Todos los cuerpos ocupan un lugar en el espacio. El lugar que ocupa un cuerpo es su volumen.

Inercia: Consiste en la tendencia que tienen los cuerpos de continuar en su estado de reposo o movimiento en que se encuentran si no hay una fuerza que los cambie.

Masa: Es la cantidad de materia contenida en un volumen cualquiera, la masa de un cuerpo es la misma en cualquier parte de la Tierra o en otro planeta.

Peso: Es la acción de la gravedad de la Tierra sobre los cuerpos. En los lugares donde la fuerza de gravedad es menor.

Volumen: es una magnitud definida como el espacio ocupado por un cuerpo. Es una función derivada ya que se halla multiplicando las tres dimensiones.

El volumen es una propiedad de los materiales que utilizamos todos los días; cuando compras un refresco, un jugo o un yogurt, verás que su contenido siempre está expresado en unidades de volumen.

1 dm3 = 1 litro = 0,001 m3 = 1.000cm3.

Maleabilidad: es la propiedad de un material sólido de adquirir una deformación metálica mediante una compresión sin fracturarse. A diferencia de la ductilidad, que permite la obtención de hilos, la maleabilidad favorece la obtención de delgadas láminas de material.

1 El elemento conocido más maleable es el oro, que se puede malear hasta láminas de una diezmilésima de milímetro de espesor. También presentan esta característica otros metales como el platino, la plata, el cobre, el hierro y el aluminio

DUCTILES: es una propiedad que presentan algunos materiales, como las aleaciones metálicas o materiales asfálticos, los cuales bajo la acción de una fuerza, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse,

1 permitiendo obtener alambres o hilos de dicho material. A los materiales que presentan esta propiedad se les denomina dúctiles. Los materiales no dúctiles se clasifican de frágiles. Aunque los materiales dúctiles también pueden llegar a romperse bajo el esfuerzo adecuado, esta rotura sólo se produce tras producirse grandes deformaciones.

En otros términos, un material es dúctil cuando la relación entre el alargamiento longitudinal producido por una tracción y la disminución de la sección transversal es muy elevada.

En el ámbito de la metalurgia se entiende por metal dúctil aquel que sufre grandes deformaciones antes de romperse, siendo el opuesto al metal frágil, que se rompe sin apenas deformación.

No debe confundirse dúctil con blando, ya que la ductilidad es una propiedad que como tal se manifiesta una vez que el material está soportando una fuerza considerable; esto es, mientras la carga sea pequeña, la deformación también lo será, pero alcanzado cierto punto el material cede, deformándose en mucha mayor medida de lo que lo había hecho hasta entonces pero sin llegar a romperse.

DUREZA: es la oposición que ofrecen los materiales a alteraciones como la penetración, la abrasión, el rayado, la cortadura, las deformaciones permanentes; entre otras. También puede definirse como la cantidad de energía que absorbe un material ante un esfuerzo antes de romperse o deformarse.

Por ejemplo: la madera puede rayarse con facilidad, esto significa que no tiene mucha dureza, mientras que el vidrio es mucho más difícil de rayar.

PUNTO DE EBULLICION: es aquella temperatura en la cual la presión de vapor del líquido iguala a la presión de vapor del medio en el que se encuentra.

1 Coloquialmente, se dice que es la temperatura a la cual la materia cambia del estado líquido al estado gaseoso.

La temperatura de una sustancia o cuerpo depende de la energía cinética media de las moléculas. A temperaturas inferiores al punto de ebullición, sólo una pequeña fracción de las moléculas en la superficie tiene energía suficiente para romper la tensión superficial y escapar. Este incremento de energía constituye un intercambio de calor que da lugar al aumento de la entropía del sistema (tendencia al desorden de las partículas que componen su cuerpo).

El punto de ebullición depende de la masa molecular de la sustancia y del tipo de las fuerzas intermoleculares de esta sustancia. Para ello se debe determinar si la sustancia es covalente polar, covalente no polar, y determinar el tipo de enlaces (dipolo permanente - dipolo inducido o puentes de hidrógeno).

El punto de ebullición no puede elevarse en forma indefinida. Conforme se aumenta la presión, la densidad de la fase gaseosa aumenta hasta que, finalmente, se vuelve indistinguible de la fase líquida con la que está en equilibrio; ésta es la temperatura crítica, por encima de la cual no existe una fase líquida clara. El helio tiene el punto normal de ebullición más bajo (4.2 kPa) de los correspondientes a cualquier sustancia, y el carburo de tungsteno, uno de los más altos (6300 kPa).

El punto de ebullición normal puede ser calculado mediante la fórmula de Clausius-Clapeyron:

donde:

= es el punto de ebullición normal en Kelvin

= es la constante de los gases , 8.314 J • K−1 • mol−1

= es la presión de vapor a la temperatura dada, atm

= es la entalpía de vaporización , J/mol

= la temperatura a la que se mide la presión de vapor , K

= es el logaritmo natural

Las bases son la creación de el vapor y escape de dicha sustancia impregnándolas en el aire y o oxigeno de la superficie esto resulta denominante en el proceso es decir intercambio de agua y vapor llevando que a dicha entrega se le denomine punto o proceso de ebullición.

PUNTO DE FUSION: es la temperatura a la cual se encuentra el equilibrio de fases sólido - líquido, es decir la materia pasa de estado sólido a estado líquido, se funde. Cabe destacar que el cambio de fase ocurre a temperatura constante. El punto de fusión es una propiedad intensiva.

En la mayoría de las sustancias, el punto de fusión y de congelación, son iguales. Pero esto no siempre es así: por ejemplo, el Agar-agar se funde a 85 °C y se solidifica a partir de los 31 °C a 40 °C; este proceso se conoce como histéresis.

A diferencia del punto de ebullición, el punto de fusión de una sustancia es poco afectado por la presión y, por lo tanto, pueden ser utilizado para caracterizarcompuestos orgánicos y para comprobar su pureza.

El punto de fusión de una sustancia pura es siempre más alto y tiene una gama más pequeña de variación que el punto de fusión de una sustancia impura. Cuanto más impura sea, más bajo es el punto de fusión y más amplia es la gama de variación. Eventualmente, se alcanza un punto de fusión mínimo. El cociente de la mezcla que da lugar al punto de fusión posible más bajo se conoce como el punto eutéctico, perteneciente a cada átomo de temperatura de la sustancia a la cual se someta a fusión.1

El punto de fusión de un compuesto puro, en muchos casos se da con una sola temperatura, ya que el intervalo de fusión puede ser muy pequeño (menor a 1º). En cambio, si hay impurezas, éstas provocan que el punto de fusión disminuya y el intervalo de fusión se amplíe.

Por ejemplo, el punto de fusión del ácido benzoico impuro podría ser:

pf = 117° – 120º

CONDUCTIVIDAD TERMICA: es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto. En el Sistema Internacional de Unidades la conductividad térmica se mide en W/(K•m) (equivalente a J/(s•°C•m) )

Conductividad térmica, capacidad de los materiales para conducir el calor

Ejemplo: la loza radiante

La conductividad térmica es una magnitud intensiva. Su magnitud inversa es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor. Para un material isótropo la conductividad térmica es un escalar (k en Estados Unidos) definido como:

Donde:

, es el flujo de calor (por unidad de tiempo y unidad de área).

, es el gradiente de temperatura.

LA CONDUCTIVIDAD ELETRICA: es la medida de la capacidad de un material que deja pasar la corriente eléctrica, su aptitud para dejar circular libremente las cargas eléctricas. La conductividad depende de la estructura atómica y molecular del material, los metales son buenos conductores porque tienen una estructura con muchos electrones con vínculos débiles y esto permite su movimiento. La conductividad también depende de otros factores físicos del propio material y de la temperatura.

La conductividad es la inversa de la resistividad, por tanto , y su unidad es el S/m (siemens por metro) o Ω-1•m-1. Usualmente la magnitud de la conductividad (σ) es la proporcionalidad entre el campo eletrico y la densidad de corriente de conducción :

Conductividad eléctrica, capacidad de un medio o espacio físico de conducir la electricidad.

Ejemplo: metales

2)

ENEEGIA CINETICA:

La energía cinética, es la parte de la energía mecánica de un cuerpo y corresponde al trabajo o las transformaciones que un cuerpo puede producir, debido a su movimiento, es decir, todos los cuerpos en movimiento tienen energía cinética, cuando está en reposo, no tiene energía cinética.

Esta capacidad de realizar cambios, que poseen los cuerpos en movimientos, se debe fundamentalmente, a dos factores: la masa del cuerpo y su velocidad. Un cuerpo que posee una gran masa, podrá producir grandes efectos y transformaciones debido a su movimiento.

La mas típica es la de un cuerpo en movimiento de masa M a una velocidad V ; Pues bien; su energía cinética es= (1/2)xM x V²

(Donde x es el signo de la multiplicación)

Pero también está la energía cinética de un gas a una temperatura T

Su energía cinética (media)= (1/2)x K x T

(Donde K es la constante de Boltzmann, cuyo valor es:

K= 1,38 x 10(elevado a -23) Julios/grado Kelvin

Un ejemplo de la aplicación de esta energía es el que se usaba en la Edad Media, cuando los atacantes de un castillo empujaban las puertas con un pesado ariete: un tronco grande y pesado, reforzado con hierro o bronce.

También la velocidad del cuerpo es determinante para su energía cinética. Este efecto puede observarse cuando una bala, de apenas unos gramos, puede penetrar en gruesos troncos, al ser disparada a gran velocidad con un fusil.

ENERGIA POTENCIAL: La energía potencial se almacena en los cuerpos en reposo capaces de moverse.

La energía potencial es una energía que resulta de la posición o configuración del objeto. Un objeto puede tener la capacidad para realizar trabajo como consecuencia de su posición en un campo gravitacional (energía potencial gravitacional), un campo eléctrico (energía potencial eléctrica), o un campo magnético (energía potencial magnética). Puede tener energía potencial elástica como resultado de un muelle estirado u otra deformación elástica.

FUNCION: Si una fuerza que actua sobre un objeto es una función de su posición solamente, se dice que es una fuerza conservativa, y se puede representar como una función de energía potencial, que para el caso de una dimensión, satisface la condición de derivada.

LA FORMULA INTEGRAL DE ESTA RELACION:

3) Que es la Escalas de temperatura?

Es una graduación de mercurio cuando se dilata para distintos estados térmicos. La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor o frío. Por lo general, un objeto más “caliente” tendrá una temperatura mayor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico.

a) Escala de Celsius: Esta escala fue creada por Anders Celsius en el año 1742, construyo un termómetro basándose en la propiedad de dilatación del mercurio con la temperatura y fijo como puntos extremos el 0 para la fusión del hielo y el 100 para la ebullición del agua a nivel del mar. La ecuación de esta en relación a °F es °C=5/9(°F-32)

b) Escala de Fahrenheit: Esta escala fue propuesta por Gabriel Fahrenhit en el año 1724 el encontró un estado térmico más frío que la solidificación del agua consistió en una mezcla de sal (cloruro de amonio) con agua y ese punto coloco el 0 (cero). Al hervir esta mezcla también alcanza un valor superior a los 100 ° C.

Al establecer la correspondencia entre ambas escalas, se obtiene la ecuación siguinte: °F= 9/5°C+32

c) Escala Kelvin: Lord Kelvin estudiando la relación entre volumen y temperatura para un gas cualquiera propone que el cero absoluto o sea el valor más bajo en °C que se lo podía lograr seria la “desaparición” de un gas al enfriarse, sabemos que esto no es posible; el menor volumen al que podía llegar un gas al enfriarse y sus moléculas se encuentran en estado de reposo. Tiene la siguiente ecuación: T °K= °C + 273

A)

Un CAMBIO FÍSICO es una transformación en la que no varía la naturaleza de la materia. (Los cambios de estado son cambios físicos). En los cambios físicos, las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias.

Un CAMBIO QUÍMICO es una transformación en la que varía la naturaleza de la materia. (Las combustiones son cambios químicos). En los cambios químicos, las sustancias iniciales se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes.

B)

La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es energía.

Todos sabemos que cuando calentamos un objeto su temperatura aumenta. Amenudo pensamos que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es el caso. El calor y la temperatura están relacionadas entre si, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño, del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más agua y por lo tanto más energía térmica total

C)

La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo, mientras que el peso es la fuerza con la que dicho cuerpo es atraído por la gravedad, además la masa es una magnitud escalar, mientras que el peso es una magnitud vectorial. Peso=masa*gravedad

D)

DIFERENCIA ENTRE GRUPO Y PERIODO

La tabla periódica se organiza en filas horizontales, que se llaman periodos, y columnas verticales que reciben el nombre de grupos.

Grupo es el número del último nivel energético que hace referencia a las columnas allí presentes. Hay 18 grupos en la tabla periódica estándar, de los cuales diez son grupos cortos y los ocho restantes, largos. No es coincidencia que muchos de estos grupos correspondan a conocidas familias de elementos químicos: la tabla periódica se ideó para ordenar estas familias de una forma coherente y fácil de ver.

Dos elementos adyacentes en un periodo tienen masa similar, pero propiedades diferentes.

Los períodos, tienen propiedades diferentes pero masas similares: todos los elementos de un período tienen el mismo número de orbitales.

E)

Para ponerlo fácil, una -molécula- , está formada por un número variable de lo que llamamos -átomos-

Cuando 1 o mas átomos de algún elemento (ej: Hidrogeno), se encuentran en presencia más o menos cercana de -otros- elementos (ej: oxigeno) y están dadas las condiciones de presión y temperatura en el ambiente, existe una alta posibilidad de que estos átomos se asocien o combinen electromagnéticamente, para formar una nueva entidad llamada -molécula-.(ej: AGUA)

F)

Elemento es una sustancia en su forma mas básica, sin otra sustancia que le acompañe

Compuesto es la union de dos o mas elementos pero sin que las caracteristicas de los dos queden estrechamente unidas.

ejemplo: EL AGUA ESTA FORMADO POR DOS ATOMOS DE HIDROGENO (ESTA EN LA TABLA PERIODICA) Y UNA DE OXIGENO (TAMBIEN ESTA)

G)

Peso molecular: peso de la molécula dado en gramos. (es la suma de los pesos atómicos de lo elementos en gramos que forman la molécula),,

Peso atómico: se refiere al peso de los átomos o elementos dado en gramos y número másico. Se refiere a dar los pesos de cualquier sustancia química sea en forma de molécula, átomo, o iónica en unidades de masa atómica.

H)

La Fórmula molecular proporciona el número de cada clase de átomo en un compuesto

La fórmula estructural de un compuesto proporciona la disposición de los enlaces de los átomos de una molécula

5)

Por número de Avogadro se entiende al número de entidades elementales (es decir, de átomos, electrones, iones, moléculas) que existen en un mol de cualquier sustancia. Pero veamos qué significa esto.

Como mol se denomina a la unidad contemplada por el Sistema Internacional de Unidades que permite medir y expresar a una determinada cantidad de sustancia. Se trata de la unidad que emplean los químicos para dar a conocer el peso de cada átomo, una cifra que equivale a un número muy grande de partículas. Un mol, de acuerdo a los expertos, equivale al número de átomos que hay en doce gramos de carbono-12 puro. La ecuación sería la siguiente: 1 mol = 6,022045 x 10 elevado a 23 partículas.

6) La tabla periódica de los elementos clasifica, organiza y distribuye los distintos elementos químicos conforme a sus propiedades y características; su función principal es establecer un orden específico agrupando elementos.

Suele atribuirse la tabla a Dmitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos basándose en las propiedades químicas de los elementos, si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos. La estructura actual fue diseñada por Alfred Werner a partir de la versión de Mendeléyev. En 1952, el científico costarricense Gil Chaverri (1921-2005) presentó una nueva versión basada en la estructura electrónica de los elementos, la cual permite colocar las series lantánidos y los actínidos en una secuencia lógica de acuerdo con su número atómico.

Grupo

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

I A II A III B IV B V B VI B VII B VIII B VIII B VIII B I B II B III A IV A V A VI A VII A VIII A

Periodo

1

1

H

2

He

2

3

Li

4

Be

5

B

6

C

7

N

8

O

9

F

10

Ne

3

11

Na

12

Mg

13

Al

14

Si

15

P

16

S

17

Cl

18

Ar

4

19

K

20

Ca

21

Sc

22

Ti

23

V

24

Cr

25

Mn

26

Fe

27

Co

28

Ni

29

Cu

30

Zn

31

Ga

32

Ge

33

As

34

Se

35

Br

36

Kr

5

37

Rb

38

Sr

39

Y

40

Zr

41

Nb

42

Mo

43

Tc

44

Ru

45

Rh

46

Pd

47

Ag

48

Cd

49

In

50

Sn

51

Sb

52

Te

53

I

54

Xe

6

55

Cs

56

Ba

✶ 72

Hf

73

Ta

74

W

75

Re

76

Os

77

Ir

78

Pt

79

Au

80

Hg

81

Tl

82

Pb

83

Bi

84

Po

85

At

86

Rn

7

87

Fr

88

Ra

◘ 104

Rf

105

Db

106

Sg

107

Bh

108

Hs

109

Mt

110

Ds

111

Rg

112

Cn

113

Uut

114

Fl

115

Uup

116

Lv

117

Uus

118

Uuo

✶ Lantánidos

57

La

58

Ce

59

Pr

60

Nd

61

Pm

62

Sm

63

Eu

64

Gd

65

Tb

66

Dy

67

Ho

68

Er

69

Tm

70

Yb

71

Lu

◘ Actínidos

89

Ac

90

Th

91

Pa

92

U

93

Np

94

Pu

95

Am

96

Cm

97

Bk

98

Cf

99

Es

100

Fm

101

Md

102

No

103

Lr

Alcalinos

Alcalinotérreos

Lantánidos

Actínidos

Metales de transición

Metales del bloque p

Metaloides

No metales

Halógenos

Gases nobles y Transactínidos

...