Parcial de química (I)

Capítulos 1, 2 y 3

Química

Ciencia que busca comprender las propiedades y el comportamiento de la materia mediante el estudio de sus átomos y moléculas

Materia

Material físico del universo, posee masa y ocupa espacio

Propiedad

Característica que nos permite reconocer un tipo particular de materia y distinguirla de otros

Átomos

Bloques de construcción infinitesimalmente pequeños de la materia

Composición de un elemento

Un solo tipo de átomos

Molécula

Unión de manera específica de dos o más átomos

Reino macroscópico

Objetos de tamaño ordinario

Reino microscópico

Átomos y moléculas

Impacto de la química en la vida diaria

1. Mejoramiento de la atención médica

2. Conservación de recursos naturales

3. Protección del medio ambiente

4. Alimento

5. Vestido

6. Vivienda

7. Descubrimiento de sustancias farmacéuticas

8. Fertilizantes

9. Plaguicidas

10. Síntesis de plásticos y materiales

Tareas principales de los químicos

1. Elaborar nuevos tipos de materia con las propiedades deseadas

2. Medir las propiedades de la materia

3. Desarrollar modelos que explican y/o predicen las propiedades de la materia

Formas principales de la clasificación de la materia

1. Según su estado físico

2. Según su composición

Clasificación de la materia según su estado físico

1. Gas

2. Líquido

3. Sólido

Características de los gases

1. No tienen volumen fijo

2. No tienen forma

3. Ocupan el volumen y toma la forma del recipiente en el que se encuentran

4. Pueden comprimirse o expandirse

5. Sus moléculas están muy separadas y se mueven en altas velocidades

6. Sus moléculas colisionan repetidamente entre sí y las paredes del recipiente

Características de los líquidos

1. Tienen volumen definido

2. No tienen forma

3. Toman la forma del recipiente en el que se encuentran

4. No se pueden comprimir

5. Sus moléculas se encuentran moderadamente cerca y se mueven con rapidez

6. Sus moléculas se deslizan unas sobre otras

Características de los sólidos

1. Tienen volumen definido

2. Tienen forma específica

3. No pueden comprimirse

Sustancia pura

Materia que tiene propiedades definidas y una composición constante

Elemento

Sustancia que no puede descomponerse en sustancias más simples

Compuesto

Sustancia que contiene dos o más elementos, es decir, dos o más tipos de átomos

Mezcla

Combinación de dos o más sustancias en las que cada una mantiene su propia identidad química

Cantidad de elementos

118

Elementos que conforman más del 90% de la corteza terrestre

Oxígeno, silicio, aluminio, hierro y calcio

Elementos que constituyen más del 90% de la masa del cuerpo humano

Oxígeno, carbono e hidrógeno

Símbolo químico

Letras utilizadas para denotar los elementos

Tabla periódica

Agrupación de los elementos guiándose por sus aquellos con propiedades similares

Ley de la composición constante o proporciones definidas

Observación de que la composición elemental de un compuesto siempre es la misma

Joseph Louis Proust

Científico que propuso la ley de la composición constante en el año 1800

División de las mezclas

1. Heterogéneas

2. Homogéneas

Mezclas heterogéneas

Mezcla en la cual los componentes son identificables a simple vista o con un microscopio

Mezcla homogénea o disolución

Mezcla en la cual los componentes no pueden ser identificados

Propiedades de la materia

1. Físicas

2. Químicas

Propiedades físicas

No alteran la composición o identidad de la sustancia

Ejemplos de propiedades físicas

1. Color

2. Olor

3. Densidad

4. Punto de ebullición

5. Dureza

Propiedades químicas

Describen la forma en la que una sustancia puede cambiar o reaccionar para formar otras sustancias

Ejemplos de propiedades químicas

1. Inflamabilidad

2. Reactividad

3. Toxicidad

Propiedades intensivas

No dependen de la cantidad de la muestra examinada y se utilizan para identificar sustancias

Ejemplos de propiedades intensivas

1. Temperatura

2. Punto de fusión

3. Densidad

Propiedades extensivas

Dependen de la cantidad de muestra examinada

Ejemplos de propiedades extensivas

1. Masa

2. Volumen

Tipos de cambios

1. Físicos

2. Químicos

Cambio físico

La sustancia cambia su apariencia mas no su composición

Ejemplos de cambio físico

Cambios de estado

Cambio químico o reacción química

Una sustancia se transforma en otra químicamente diferente

Ejemplos de cambios químicos

Reacciones químicas

Métodos de separación de mezclas

1. Filtración

2. Destilación

3. Cromatografía

Unidades utilizadas para mediciones científicas

Unidades del Sistema Internacional

Sistema métrico

Desarrollado en Francia a finales del siglo XVIII

Método científico

Enfoque general para resolver problemas

Pasos del método científico

1. Recaudación de datos u observación

2. Planteamiento de preguntas

3. Explicación tentativa o hipótesis

4. Experimentación

5. Análisis de datos

Teoría

Una hipótesis es suficientemente general y efectiva de manera constante para predecir los resultados de futuros experimentos

Ley científica

Enunciado verbal conciso o ecuación matemática que resume una amplia variedad de observaciones y experiencias

Unidades fundamentales del SI

1. Masa = kilogramo (kg)

2. Longitud = metro (m)

3. Tiempo = segundo (s)

4. Temperatura = kelvin (K)

5. Cantidad de sustancia = mol (mol)

6. Corriente eléctrica = ampere (A o amp)

7. Intensidad luminosa = candela (cd)

Prefijos seleccionados

1. Peta (P) = 1 × 10¹⁵

2. Tera (T) = 1 × 10¹²

3. Giga (G) = 1 × 10⁹

4. Mega (M) = 1 × 10⁶

5. Kilo (k) = 1 × 10³

6. Deci (d) = 1 × 10⁻¹

7. Centi (c) = 1 × 10⁻²

8. Mili (m) = 1 × 10⁻³

9. Micro (µ) = 1 × 10⁻⁶

10. Nano (n) = 1 × 10⁻⁹

11. Pico (p) = 1 × 10⁻¹²

12. Femto (f) = 1 × 10⁻¹⁵

13. Atto (a) = 1 × 10⁻¹⁸

14. Zepto (z) = 1 × 10⁻²¹

Masa

Medida de la cantidad de materia en un objeto

Temperatura

Medida de calor o frío en un objeto

Escalas de temperatura para estudios científicos

1. Kelvin

2. Celsius

Escala Celsius

Se basa en los puntos de congelación (0°C) y ebullición (100°C) del agua a nivel del mar

Escala Kelvin

La temperatura más baja es el cero absoluto (0 K) lo que equivale a -273,15°C

Volumen

Medido en litros (L), lo cual equivale a 1 dm³

Densidad

Cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia y es medida en g/mL

Número exactos

Aquellos cuyo valor es conocido con exactitud

Número inexactos

Aquellos cuyo valor supone incertidumbre

Precisión

Medida de qué tanto coinciden mediciones individuales entre sí

Exactitud

Medida de qué tanto coinciden mediciones individuales con el valor verdadero o exacto

Desviación estándar

Refleja qué tanto difieren las mediciones individuales del promedio

Cifras significativas

Todos los dígitos de una cantidad medida

Reglas para los ceros significativos

1. Los ceros entre los dígitos diferentes de cero siempre son significativos

2. Los ceros al comienzo de un número nunca son significativos, solamente indican la posición del punto decimal

3. Los ceros al final de un número son significativos si el número incluye un punto decimal

Reglas del cifras significativas

1. Al sumar y restar, el resultado tiene el mismo número de posiciones decimales que la medición con menos posiciones decimales, en caso de que tenga más debe redondearse

2. Al multiplicar y dividir, el resultado tiene el mismo número de cifras significativas que la medición con menos cifras significativas, en caso de que tenga más debe redondearse

Análisis dimensional

Método en el cual las unidades se multiplican, dividen o eliminan entre sí

Factor de conversión

Fracción cuyo numerador y denominador representan la misma cantidad expresada en unidades diferentes

Demócrito y otros filósofos griegos

Pensaban que el mundo material debía estar formado de pequeñas partículas indivisibles las cuales llamaron átomos

Platón y Aristóteles

Se opusieron a la idea de que existieran partículas indivisibles, desapareciendo la teoría atómica por un tiempo

Resurgimiento del concepto del átomo

Europa durante el siglo XVII

John Dalton

Postuló la teoría atómica entre 1803 y 1807

Postulados de la teoría atómica

1. Cada elemento está formado por partículas extremadamente pequeñas llamadas átomos

2. Todos los átomos de un elemento dado son idénticos entre sí, pero los átomos de un elemento son diferentes a los átomos de otro elemento

3. Los átomos de un elemento no se pueden transformar en átomos de otro elemento mediante reacciones químicas, los átomos no se crean ni se destruyen en reacciones químicas

4. Los compuestos se forman cuando los átomos de más de un elemento se combinan, un compuesto dado siempre tiene el mismo número relativo y tipo de átomos

Leyes que explica/utiliza la teoría atómica de Dalton

1. Ley de la composición constante

2. Ley de la conservación de la masa

3. Ley de las proporciones múltiples

Composición de los átomos

Partículas subatómicas

Comportamiento de las partículas

Las partículas con la misma carga se repelen entre sí mientras que las partículas con diferente carga se atraen

Mediados del siglo XIX

Los científicos comenzaron a estudiar las descargas eléctricas a través de tubos de vidrio parcialmente al vacío

Rayos catódicos

Radiación producida entre los electrodos al aplicarles un alto voltaje a estos, se crea en el negativo y viaja hacia el positivo

J.J. Thomson

Observó que la naturaleza de los rayos catódicos es la misma independientemente de la identidad del material del cátodo

1897

Thomson describió los rayos catódicos como un haz de partículas con carga negativa, iniciando así el descubrimiento de los electrones

1909

Robert Millikan logró medir la carga de un electrón utilizando el experimento de las gotas de aceite

Masa de un electrón

9,10 × 10⁻²⁸ g

1896

Henri Becquerel descubrió que un compuesto de uranio emitía espontáneamente radiación de alta energía

Radioactividad

Emisión espontánea de radiación

Marie Curie y Pierre Curie

Iniciaron experimentos para aislar los componentes radioactivos de diferentes compuestos

Tipos de radiación

1. Alpha (α)

2. Beta (β)

3. Gamma (γ)

Ernest Rutherford

Demostró que tanto los rayos α como los β consisten en partículas de alto movimiento:

1. Las partículas β son electrones de alta velocidad, pueden considerarse el equivalente radioactivo de los rayos catódicos (una placa de carga positiva las atrae) y tienen una carga de 1-

2. Las partículas α son atraídas a una placa de carga negativa, tienen una carga de 2+ y y tienen una masa de 7 400 veces la de un electrón

3. La radiación γ es de alta energía, similar a los rayos X, no tiene partículas y no tiene carga

Principios del siglo XX

Thomson razonó que puesto que los electrones solo contribuyen con una fracción muy pequeña a la masa de un átomo, probablemente serían responsables de una fracción igualmente pequeña del tamaño del átomo y propuso el modelo de pudín con pasas

Modelo pudín con pasas

El átomo es una esfera de materia con carga positiva uniforme en la cual los electrones están incrustados como las pasas en un pudín o las semillas en una sandía

1910

Rutherford estudió los ángulos de dispersión y descubrió que casi todas las partículas α pasaban directamente a través de una laminilla sin desviación, mientras que unas cuantas partículas se desviaban aproximadamente 1 grado, lo que era congruente con el modelo de Thomson

Ernest Marsden

Observó una pequeña cantidad de partículas que se dispersaban en ángulos grandes, tanto que algunas partículas se dispersaban hacia atrás en la dirección de donde provenían, claramente incongruente con el modelo de Thomson

Modelo nuclear

Postulado por Rutherford, dictaba que la mayor parte de la masa de cada átomo de oro y toda su carga positiva residen en una región muy pequeña y extremadamente densa a la que llamó núcleo y que casi todo el volumen de un átomo es espacio vacío en el que los electrones se mueven alrededor del núcleo

Descubrimiento de los protones

1919 por Rutherford

Descubrimiento de los neutrones

1932 por James Chadwick

Carga de las partículas subatómicas

1. Protón = 1,602 × 10⁻¹⁹ C (1+)

2. Electrón = -1,602 × 10⁻¹⁹ C (1-)

3. Neutrón = 0 C

Carga electrónica

1,602 × 10⁻¹⁹ C

Funcionamiento de un átomo

1. Los protones y los neutrones residen en el núcleo del átomo

2. La mayor parte del volumen de un átomo es el espacio donde residen los electrones

3. Los electrones son atraídos por los protones del núcleo mediante la fuerza electrostática

Masa del átomo más pesado

4 × 10⁻²² g

Unidad de masa atómica o uma

Unidad utilizada para evitar el uso de gramos