Conceptos Básicos de Química PDF

# **UNIDAD I** ## **CONCEPTOS BASICOS DE QUIMICA** **COMPETENCIA**: Al término de esta unidad el estudiante: 1. Reconoce las propiedades de la materia, estados y cambios de estado 2. Identifica las características del fenómeno físico y químico. **QUIMICA**: Es una ciencia experimental que estudia...

# **UNIDAD I** ## **CONCEPTOS BASICOS DE QUIMICA** **COMPETENCIA**: Al término de esta unidad el estudiante: 1. Reconoce las propiedades de la materia, estados y cambios de estado 2. Identifica las características del fenómeno físico y químico. **QUIMICA**: Es una ciencia experimental que estudia la naturaleza de la materia, su estructura atómica, las mezclas, las reacciones entre elementos y compuestos, las leyes que rigen dichas reacciones. Algunos conceptos básicos de química se describen a continuación: ## **MATERIA**: Se reconoce como materia a todo lo que ocupa un lugar en el espacio. ### **Propiedades de la materia:** - **Propiedades extensivas**: son las que dependen de la cantidad de masa, como el peso la fuerza, el volumen. - **Propiedades intensivas**: aquellas que no dependen de la cantidad de masa, como la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición. ### **Temperatura** Se establece como la medida del nivel térmico de un cuerpo, para medirla se utilizan escalas. Existen las escalas absolutas y relativas. **Escalas absolutas**: la escala Kelvin y escala Rankine **Escalas relativas**: la escala centigrada y escala Fahrenheit Para relacionar las diferentes escalas se utilizan: $°K = °C + 273$ $°F = \frac{9}{5}(°C) + 32$ $°R = °F + 460$ Por ejemplo 30°C equivale a: $°K = 30 + 273 = 303$ $°F = \frac{9}{5}(30) + 32 = 86$ $°R = 86 + 460 = 546$ es decir que: 30°C = 303°K = 86°F = 546°R ### **Presión** Se define como la fuerza ejercida en una determinada área. Hay diferentes formas de expresar la presión: - **Presión atmosférica**: es el peso del aire en una unidad de superficie, a nivel de mar una atmosfera equivale a 760 mmHg, 76cm Hg, 1,033 Kgf/cm², 10,33 metros de agua, 14,7 psi, 1 bar, etc. - La presión atmosférica es variable con la superficie de la tierra, si estamos por encima del nivel de mar la presión va disminuyendo y por debajo del nivel de mar la presión se va incrementando. A nivel de mar la presión es una atmósfera. - **Presión manométrica**: es una presión de referencia con respecto a la presión atmosférica, si la presión es mayor que la atmosférica es sobrepresión y si es menor se denomina presión de vacío. - **Presión absoluta**: es la suma de la presión atmosférica y la presión manométrica. $Pab = Patm + Pman$ La presión absoluta es siempre positiva. Ejemplo: a 20,33 metros debajo del agua la presión es 2 atm y equivale a: 2atm *(14,7psi/1atm) = 29,4 psi. 2atm *(1,033kgf/cm²/1atm) = 2,066 kgr/cm². ## **ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA** Dependiendo de la temperatura y presión a la que está sometida la materia, la misma puede hallarse en estado sólido, líquido o gaseoso. ### **ESTADO SOLIDO** Aqui las moléculas se encuentran muy atraídas completamente cohesionadas, el movimiento molecular es muy pequeño. Los cuerpos tienen forma y volumen definidos. ### **ESTADO LIQUIDO** En este estado las moléculas presentan un equilibrio dinámico entre las fuerzas de atracción y repulsión. Las sustancias no tienen forma propia si volumen definido, adquieren la forma del recipiente que lo contiene. ### **ESTADO GASEOSO ** Se caracteriza porque las moléculas se mueven en todas direcciones en forma caótica, predomina la fuerza de repulsión a nivel molecular. No poseen forma ni volumen propios, adquieren la forma del recipiente que los contiene, tienden a ocupar el mayor volumen posible. ### **ESTADO PLASMÁTICO** Es el cuarto estado de la materia, se produce cuando un gas se somete a muy altas temperaturas, el gas se ioniza totalmente, siendo el plasma una mezcla de iones (átomos con carga eléctrica y electrones libres). Se presenta en regiones de muy elevada temperatura (Superior a 5000°C), este es el estado de la materia en las estrellas donde la temperatura es de millones de grados centígrados y las moléculas se mueven velocidades enormes ## **CAMBIOS DE ESTADO** Dependiendo de la temperatura y presión a la que se encuentra, la materia cambia de estado, por ejemplo al hervir agua se observa la producción de vapor, a dicho proceso se conoce como vaporización, se observa en el hielo que se derrite debido al calor del ambiente, el agua pasa de solido a liquido, a este proceso se llama fusión. ### **FUSIÓN** Es el paso de una sustancia del estado sólido al estado liquido por la acción del calor. Como ejemplo se puede citar la fusión del hielo. ### **EVAPORACIÓN** Es el paso de una sustancia del estado liquido al estado gaseoso, se acelera este proceso, calentando el liquido o disminuyendo la presión que soporta su superficie. ### **CONDENSACIÓN** Es el cambio de estado que se produce en una sustancia al pasar del estado de vapor al estado liquido. Los vapores por compresión o por enfriamiento se condensan. ### **LIACUACIÓN** Es el paso del estado gaseoso al estado líquido. Se consigue este cambio primero enfriando el gas hasta su temperatura crítica y luego comprimiendo el mismo. ### **SOLIDIFICACIÓN** Es el paso de una sustancia, desde el estado liquido al estado sólido como ocurre cuando por enfriamiento o descenso de temperatura el agua se transforma en hielo. ### **VOLATILIZACIÓN** Es el pasaje directo del estado sólido al estado gaseoso. Ejemplo: calentamiento de yodo, cloruro de amonio, etc. ### **SUBLIMACIÓN** Es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia gaseosa se vuelve sólida sin pasar por el estado líquido. Ejemplo: caso de calentamiento del yodo o cloruro de amonio, estando como gases, por enfriamiento, vuelven a su condición inicial de sólidos. ## **CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA** Para un estudio químico ordenado, los cuerpos se han clasificado según sus características: | | | | :-------------------- | :-------------------------------------------------------------------------------------------------- | | **MATERIA** | | | **SUSTANCIA** | | | | - **METALES** | | **ELEMENTOS** | - **NO METALES** | | | - **GASES NOBLES** | | **COMPUESTO** | - **INORGANICOS** | | | - **ORGANICOS** | | **MEZCLAS** | | | | - **SOLUCIONES** | | **HOMOGENEAS** | - **COLOIDES** | | **HETEROGENEAS** | - **SUSPENSIONES** | ### **SUSTANCIA**: Es lo que tiene en común la materia con iguales propiedades intensivas o específicas. Cada sustancia se caracteriza por poseer las mismas propiedades intensivas también llamadas constantes físicas, así toda su masa posee el mismo punto de fusión, de ebullición, el mismo peso específico, el mismo coeficiente de solubilidad, etc. ### **ELEMENTOS**: Son sustancias simples, es decir que por procedimientos químicos ya no pueden descomponerse en otras sustancias, en su composición solo hay un solo tipo de átomos. Los elementos químicos se clasifican en metales, no metales y gases nobles y se hallan ordenados y clasificados en la tabla periódica. ### **COMPUESTOS**: Son sustancias formadas por dos o más elementos que se hallan en proporción definida, en su composición solo intervienen moléculas del mismo tipo. Los compuestos se clasifican en inorgánicos y orgánicos. ### **MEZCLAS**: Es la materia formada por dos o más sustancias que no reaccionan químicamente y participan en proporción variable, cada sustancia conserva sus propiedades químicas. Se clasifican en homogéneas y heterogéneas. #### **MEZCLAS HOMOGENEAS**: Son aquellas que tienen propiedades constantes y su composición es uniforme en todos los puntos del cuerpo. Ejemplo: aire, salmuera, aleación, etc. #### **MEZCLAS HETEROGENEAS**: Son aquellas donde se puede distinguir fácilmente a dos o más sustancias constituyentes. Ejemplo: agua y aceite, agua y mercurio. ## **LOS FENOMENOS** Se entienden por fenómeno a todo cambio o transformación que ocurre en la naturaleza. ### **FENÓMENO FÍSICO**: Es aquel que no altera la composición de la sustancia sobre la cual actúa. Ejemplo: al congelar agua se pasa de estado líquido a sólido, al descongelarse nuevamente vuelve al estado líquido, consecuentemente el agua no ha sufrido ningún cambio. De la misma forma, el agua puede transformarse en vapor por calentamiento y este vapor se puede condensar, es decir vuelve a ser agua en estado líquido. ### **FENÓMENO QUÍMICO**: Es aquel cambio significativo que altera la sustancia sobre la cual actúa, transformándola en otra nueva sustancia con propiedades diferentes al cuerpo inicial. Ejemplo: cuando se quema un papel, se reduce a cenizas y gases, se puede recoger las cenizas y los gases pero el papel ya no se restituye. Otro ejemplo es la transformación del vino en vinagre, la fermentación alcohólica, etc. Los fenómenos físicos y químicos se diferencian fundamentalmente en los siguientes aspectos: a) Los cambios químicos, son generalmente permanentes, mientras que los cambios físicos persisten únicamente mientras actúa la causa que los origina. b) Los cambios químicos van acompañados por una alteración profunda de las propiedades, mientras que los cambios físicos ocasionan una alteración parcial. c) Los cambios químicos van acompañados por una variación importante de energía, mientras que los cambios físicos están unidos a una variación de energía relativamente pequeña. ### **FENOMENO ALOTROPICO**: No es precisamente un cambio o transformación, la alotropía es la propiedad que presentan ciertos elementos de hallarse al mismo estado físico en dos o mas formas con distintas propiedades. Así el fósforo se presenta en dos formas alotrópicas al estado sólido: fósforo blanco que arde a 14 °C despidiendo gases tóxicos y el fósforo rojo que es estable a condiciones de ambiente. El oxígeno propiamente (O₂) necesario en nuestra respiración y el ozono (O₃) tóxico al aspirarse.