UNIDAD 1: HERRAMIENTAS DE LA QUÍMICA PDF

UNIDAD 1: HERRAMIENTAS DE LA QUÍMICA Mg. Betty Teves Aguirre [email protected]  2 Magnitudes ▪ La magnitud es cualquier propiedad de la materia cuantificable, por tanto susceptible de aument...

UNIDAD 1: HERRAMIENTAS DE LA QUÍMICA Mg. Betty Teves Aguirre [email protected]  2 Magnitudes ▪ La magnitud es cualquier propiedad de la materia cuantificable, por tanto susceptible de aumento o disminución. ▪ En cualquier ciencia, el resultado de todo proceso de medida o cálculo debe ser expresado mediante un número que indique la cantidad medida, seguido de la unidad utilizada. Xu ▪ En el Perú, se utiliza como unidades métricas a las unidades SI (Sistema Internacional de Unidades). El sistema SI tiene siete unidades fundamentales de las cuales se derivan todas las demás.  3 Magnitudes Fundamentales MAGNITUD BASE UNIDAD SÍMBOLO Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Temperatura Kelvin K Corriente Amperio A Cantidad de sustancia mol mol Intensidad luminosa candela cd  4 Magnitudes Derivadas MAGNITUD UNIDAD S.I básicas Área metro cuadrado m2 Volumen metro cúbico m3 Densidad kilogramo por metro cúbico Kg.m-3 Velocidad metro por segundo m.s-1 Fuerza Newton (N) Kg.m.s-2 𝐍 Presión Pascal (Pa ≡ 𝟐≡N.m-2) kg.m-1.s-2 𝐦 Trabajo, Calor ,Entalpía Joule (J≡N.m) kg.m2.s-2 y Energía  5 Consideraciones ▪ Los símbolos no se pluralizan y no llevan punto. (4,8 metros: incorrecto 4,8 ms. → correcto 4,8 m) ▪ El símbolo de las unidades se escriben en minúscula. Excepto si proviene de nombres de científicos. ▪ Para las unidades de volumen generalmente se trabaja en Litros. 1 m3 = 1000 L, 1 L = 1 dm3 , 1 cm3 = 1 mL ▪ Para las unidades de temperatura generalmente se trabaja en Celsius y Kelvin. La relación es la siguiente: K = °C + 273 ▪ Para las unidades de presión generalmente se trabaja en atmósferas. 1 atm = 101,325 kPa = 760 mmHg = 760 Torr  6 Prefijos utilizados con las Unidades del SI Factor por el que se Prefijo Abreviatura multiplica la unidad Giga G 109 Múltiplos Mega M 106 Kilo k 103 Deci d 10-1 Centi c 10-2 Mili m 10-3 Submúltiplos Micro µ 10-6 Nano n 10-9 Pico p 10-12 4x10-9 m 4 nm 2x106 Pa 2 MPa 6x10-3 L 6 mL  Carbono C ¿Cuál es la masa del átomo de carbono? 0,00000000000000000000001994 g ¿Cuántos átomos de C hay en 1 gramo de la sustancia? 50 150 000 000 000 000 000 000 átomos de C  8 Notación científica Los números se expresan en la forma: Nx10n Donde N es mayor o igual a 1 y menor que 10, n puede ser un número positivo o negativo. Ejemplo Notación Científica Mover la coma decimal hacia la derecha (→), n0 465000000 4,65x108  9 Ejercicio En áreas del conocimiento como la física, química, biología, entre otras, se hace imprescindible emplear la notación científica cuando se requiere trabajar con cifras extremadamente grandes o pequeñas. Exprese los siguientes números en notación científica: a. La distancia promedio de la Tierra al Sol es de 149 600 000 kilómetros. b. El radio atómico del carbono aproximadamente es 0,00000000069 metros. c. El diámetro de una bacteria es de 0,85 µm mientras que el de un virus es de 0,0000092 mm ¿Cuál tiene mayor tamaño? Respuesta: a. 1,496x108 km; b. 6,9x10-10 m; c. 8,5x10-7 m (mayor) y 9,2x10-9 m  10 Notación científica ▪ Sumar o restar : 3,25x105 + 5,2x104 Izquierda (n>0) Expresar las cantidades con el mismo exponente n. 3,25x105 + 0,52x10x104 3,25x105 + 0,52x105 3,77x105  11 Notación científica ▪ Multiplicar : 2,5x102 x 7,2x103 (2,5x7,2)x102+3 18x105 Izquierda (n>0) 1,8x10x105 1,8x106  12 Notación científica ▪ Dividir : 2,1x105  3,0x103 (2,1  3,0)x105-3 Derecha (n> Masa (e-) ▪ El núcleo, contiene a los protones y neutrones, es pequeño y es donde reside prácticamente toda la masa del átomo. El resto del átomo es el espacio en el que residen los electrones, que son ligeros y tienen carga negativa.  28 Representación de un átomo Número de masa A Símbolo del elemento Número atómico Z ▪ Número atómico (Z): Es la carga nuclear. Indica el número de protones del núcleo. + Z=#p Z identifica al elemento El átomo es neutro, número de protones es igual al número de electrones (estado fundamental). Z = # p+= # e- ( neutro) Los átomos de los distintos elementos se diferencian en el número de protones presente en su núcleo.  29 Representación de un átomo Número de masa A Símbolo del elemento Número atómico Z ▪ Número de masa (A) : Es número de nucleones en el átomo. Es la suma del número de protones y neutrones presentes en el núcleo del átomo. A = # p+ + # n° Como : Z= #p+ # n° = A - Z  30 Tabla Periódica ▪ La tabla periódica ordena los átomos según número atómico. Grupos Número atómico 5 Símbolo del B elemento Periodos  31 Ejercicio n° = A - Z Átomos Z A n° e- 1 1H 1 1 0 1 2 1H 1 2 1 1 Isótopos Son el mismo elemento 3 1 3 2 1 1H 40 18Ar 18 40 22 18 40 20Ca 20 40 20 20 24 12Mg 12 24 12 12 23 11Na 11 23 12 11  32 Isótopos La mayoría de elementos tiene dos o más isótopos, átomos que tienen el mismo número atómico (# p+) pero diferente número de masa. Por ejemplo, existen tres isótopos de hidrógeno (Z=1): protón neutrón Difieren en el # n° Protio Deuterio Tritio ▪ No todos los átomos de un elemento determinado tienen la misma masa. ▪ Los isótopos tienen las mismas propiedades químicas.  33 Masa atómica ▪ Masa Atómica es la suma de las masas de las partículas subatómicas (p+, n°, e-) en un átomo. Partícula Símbolo masa (g) Electrón e- 9,109x10-28 Protón P+ 1,672x10-24 Neutrón n° 1,674x10-24 ¿Cuál será la masa atómica del átomo 16 O? 8 Masa atómica 168O = 8xme- + 8xmp++ 8xmn Masa atómica = 8x(9,109x10-28g) + 8x(1,672x10-24g) + 8x(1,674x10-24g) Masa atómica 168O = 2,677x10-23g  34 Masa atómica ▪ Las masas de los átomos son extremadamente pequeñas cuando son expresadas en gramos. Por ello preferimos usar una unidad llamada unidad de masa atómica (uma). Masa atómica C-12 = 1,9926 x 10-23 g 1/12 masa C-12 = 1 uma Átomo referencia C-12 1 uma = 1,66054 x 10-24 g  35 ¿Cuál es la masa atómica del carbono en la tabla periódica? Su valor de no es de 12 uma, sino de 12,01 uma La razón de esta diferencia es que la mayor parte de los elementos de origen natural tienen más de un isótopo. Esto significa que al medir la masa atómica de un elemento, se debe establecer la masa promedio de la mezcla natural de los isótopos (según su abundancia).  36 Masa atómica promedio ▪ Por ejemplo, la masa atómica promedio del carbono natural: Masa atómica promedio del carbono se puede calcular a partir de la abundancia relativa y la masa de cada isótopo : Abundancia Masa atómica Isótopos relativa (uma) 12C 98,93% 12 13C 1,07% 13,00335  37 Masa atómica promedio Masa atómica de un elemento = (Abundancia del isótopo 1 x masa del isótopo 1) + (Abundancia del isótopo 2 x masa del isótopo 2) + …. Abundancia Masa atómica Isótopos relativa (uma) 12C 98,93% 12 13C 1,07% 13,00335 Es necesario convertir los porcentajes a fracciones  98,93   1, 07   x 12uma  +  x 13, 00335uma  = 12, 01uma  100   100  ▪ Nota: A la masa atómica promedio también la llaman peso atómico  38 Tabla Periódica 5 Número atómico B Símbolo del elemento 10,811 Peso atómico (masa atómica promedio)  39 Ejercicio El bromo tiene dos isótopos naturales. Uno de ellos, el bromo-79 tiene una masa de 78,9183 uma y una abundancia natural de 50,69%. ¿Cuál debe ser la masa y el porcentaje de abundancia natural del otro, bromo-81? Dato: Masa atómica promedio del bromo es 79,904 uma. % 𝑎𝑏𝑢𝑛𝑑𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑏𝑟𝑜𝑚𝑜 − 81 = 100% − 50,69% = 49,31% 50,69 49,31 79,904 𝑢𝑚𝑎 = 𝑥78,9183 + 𝑥𝑋 100 100 X = 80,9173 uma  40 Iones Si un átomo gana o pierde electrones, se forma una partícula cargada llamada ion (#p+ ≠ #e-). Q = #p+ - #e- Número de masa A Q Carga del ion Símbolo del elemento Número atómico Z ▪ Catión: Ion con carga positiva (pierde electrones). ▪ Anión: Ion con carga negativa (gana electrones).  41 Iones 11e- 10e- Catión 11p+ 11p+ Pierde un electrón Carga + Átomo de Na Ion de Na+ (#p+ > #e-) 17e- 18e- Anión 17p+ 17p+ Gana un electrón Carga - Átomo de Cl Ion de Cl - (#e- > #p+)  42 Ejercicio Ión P+ e- Ión + 19K 19 18 Catión isoeléctronicas 2+ 12 10 Catión 12Mg Especies 2- 8 10 Anión 8O - 9 10 Anión 9F  43 Moléculas ▪ Una molécula es un conjunto de dos o más átomos unidos por enlaces químicos, en una relación definida. ▪ Muchos elementos se encuentran en la naturaleza en forma molecular, es decir, con dos o más átomos del mismo tipo enlazados entre sí. -Tóxico Tienen -Tiene olor propiedades químicas y -Necesario para físicas muy la vida diferentes -Inodoro Oxígeno ( contiene 2 átomos Ozono ( contiene 3 átomos de de oxígeno en cada molécula) oxígeno en cada molécula)  44 Moléculas ▪ Los elementos que normalmente están presentes como moléculas diatómicas son: el hidrógeno (H2), el oxígeno(O2), el nitrógeno(N2) y los halógenos (F2, Cl2, Br2 y I2). ▪ Las moléculas pueden ser elementos o compuestos. Ejemplos: H2, S8, H2O2, C2H5OH, CH3COOH.  45 Moléculas Moléculas de elementos Moléculas de compuestos  46 Materia Clasificación de la materia en base a su composición Sustancias puras Mezclas Elementos Compuestos Homogéneas Heterogéneas  47 Compuestos moleculares Los compuesto moleculares o covalentes contienen más de un tipo de átomos (no metálicos), los cuales están unidos mediante la compartición de pares de electrones (enlace covalente). 2 elementos H (Z=1) O (Z=8) H2O (Agua) 2 átomos H 1 átomos O Los compuesto moleculares se representa simbólicamente con fórmulas químicas donde se indica los elementos presentes, y el número relativo de átomos.  48 Compuestos iónicos Los compuestos iónicos están formados por cationes (Metal) y aniones (No Metal), unidos por atracciones electrostáticas mediante transferencias de electrones para formar una red cristalina. 11e- 10e- 11p+ 11p+ Pierde e- Átomo de Na Catión Na+ e- 17e- 18e- 17p+ 17p+ Gana e- Átomo de Cl Anión Cl - Gracias por su atención