01a Q Agr 2014-I.pdf

MATERIA, PROPIEDADES, CAMBIOS DE ESTADO, MEZCLA Y

COMBINACIN. INTRODUCCIN A LA ESTRUCTURA DEL TOMO,

ENERGA

OSCAR SANTISTEBAN ROJAS

SEMANA 01

2014-I

QU ES LA QUIMICA?

Ciencia experimental que estudia las sustancias (materia), especialmente su estructura, composicin, propiedades y transformaciones.

Por materia entendemos todo aquello que ocupa un espacio fsico por ejemplo agua, aire, madera, el cuerpo humano

Los diferentes tipos de materia se reconocen por sus distintas propiedades, estas se clasifican:

Propiedades fsicas: olor, color, densidad, temperatura de fusin

Propiedades qumicas: reactividad, pH, entalpas de formacin

CLASIFICACIN DE LA QUMICA QUMICA ORGNICA: estudia la materia en cuya estructura

se encuentran tomos de carbono QUMICA INORGNICA: estudia la materia en cuya estructura no se encuentran tomos de carbono. QUMICA ANALTICA: identifica cualitativa y cuantitativamente las sustancias presentes en una muestra. QUMICA FSICA: incorpora los mtodos de la Fsica, adaptndolos a procesos qumicos. BIOQUMICA: estudia las reacciones qumica que tiene lugar en sistemas biolgicos.

Productos qumicos de uso diario

Leja (hipoclorito de sodio NaClO),

Alcohol etlico (etanol C2H5OH),

Acido Muriatico (cido clorhdrico HCl),

Vinagre (cido actico CH3COOH)

Amonaco ( NH4 OH),

Agua oxigenada (H2O2)

MAGNITUD

UNIDAD

SIMBOLO

LONGITUD

METRO m

MASA

KILOGRAMO kg

TIEMPO

SEGUNDO s

INTENSIDAD DE CORRIENTE ELECTR

AMPERIO A

TEMPERATURA TERMODINAMICA

KELVIN K

INTENSIDAD LUMINOSA

CANDELA cd

CANTIDAD DE SUSTANCIA

MOL mol

Unidades derivadas

QUIMICA GENERAL e INORGANICA 6

LOS ESTADOS NATURALES COMUNES

Estados Agregados

slido lquido gas

Fa > Fr

No tienen

desplazamiento

Volumen definido

Alta densidad

Fa = Fr

Desplazamiento por dif

de presin

Volumen definido

Baja densidad

Fa < Fr

Desplazamiento catico

Volumen variable

Bajsima Densidad

Estado Plasmtico: gas ionizado a altas Temperaturas. Ejm. El sol y las

estrellas QUIMICA GENERAL e INORGANICA 9

Estado Plasmtico Sir William Crookes, un fsico Ingles identific el

cuarto estado llamado Plasma en 1879.

Plasma consiste en una coleccin de electrones libres rotando y de iones - tomos que tienen prdida de electrones.

La energa necesaria para desalojar dichos electrones de los tomos para llegar al estado plasmtico puede ser : termal, elctrica, o luz( U.V o lser)


INCREMENTO DE ENERGA EN FORMA DE CALOR

SLIDO LIQUIDO GASEOSO

FUSION GASIFICACION

SUBLIMACION DIRECTA

SUBLIMACION INVERSA O REGRESIVA

SOLIDIFICACION LICUACION

Diversidad (clasificacin) de la materia

Materia

Sustancias Puras Mezclas

Elemento Compuesto M. Homognea M. Heterognea


Elementos Son las sustancias ms simples de la materia, a nivel nanoscpico estn formados por una sola clase de tomos.

Monoatmicos Poliatmicos O3, P4 He, Ne

Diatmicos

N2, O2


Altropos Son variedades de un mismo elemento , donde los tomos tienen formas estructurales diferentes.

Ejemplos:

oxgeno monoatmico, O oxgeno diatmico, O2 ozono, O3 Carbono grafito, diamante, fullereno, carbono IV


Altropos del carbono

grafito

diamante

Fullereno

Carbono IV


Altropos del fsforo

Fsforo blanco

Fsforo rojo

Contrariamente al fsforo blanco, el fsforo rojo no es soluble en disulfuro de carbono y no es txico


Compuestos

Estn formados por ms de una clase de tomos unidos, en proporciones fijas, mediante enlaces qumicos y se clasifican en.

Inicos

Moleculares


Compuestos Inicos

Son compuestos donde un catin (tomo cargado positivamente) y un anin (tomo cargado negativamente) estn unidos mediante enlaces inicos entre si. De manera prctica se puede reconocer a los compuestos inicos por estar formados por un metal y no metales.

Los compuestos inicos forman redes inicas.


Compuestos Inicos y redes inicas

Na+1 Cl-1

Catin Metlico tomo pierde

1 electrn

Anin no metlico tomo

gana 1 electrn

e-

Compuesto Inico del NaCl Red Inica del NaCl

Na+ Cl-


Compuestos Moleculares

Son compuestos donde los tomos de elementos no metlicos, se encuentran unidos mediante enlaces covalentes, formando molculas o agregados moleculares. El tipo de enlace que los une es el COVALENTE


Mezclas Homogneas

Tambin llamadas soluciones, se caracterizan por presentar una distribucin uniforme de las partculas en todos los sectores de la mezcla. Las propiedades de la mezcla son diferentes a la de sus componentes. Se dice que hay slo una fase.


Mezclas Homogneas

De acuerdo al estado fsico de las soluciones estas pueden ser:

Gaseosas: aire

Lquidas: alcohol de 96

Slidas: aleaciones


Mezclas Heterogneas

Se caracterizan por presentar una distribucin no uniforme de las partculas en todos los sectores de la mezcla, cualquier parte de la mezcla presenta propiedades diferentes. Las Mezclas Heterogneas pueden ser suspensiones o coloides.


Suspensiones y Coloides

Las suspensiones son mezclas donde se aprecia con mayor claridad la separacin de las fases. Generalmente estn formadas por una fase dispersa y una fase dispersante.

Ejemplo: harina y agua: la harina slida es la fase dispersa y el agua es la fase dispersante.

Los coloides son mezclas donde las partculas de la fase dispersa tienen un tamao intermedio entre 10-8 a 10-4 cm.


TCNICAS EMPLEADAS EN LA SEPARACIN DE MEZCLAS

Tcnicas de Separacin Basado en Aplicacin

1- Destilacin punto de ebullicin y

condensacin

Purificacin de lquidos

2- Evaporacin Tensin superficial Obtencin de sustancias slidas

3- Cristalizacin Solubilidad Separacin de una sustancia

slida en medio lquido

4- Centrifugacin Diferencia de densidad en

menor tiempo

Separacin de slidos y lquidos

insolubles (mezcla heterognea)

5- Imantacin Campo magntico Separacin con diferentes

propiedades magnticas

6- Cromatografa adsorcin selectiva Separar los componentes de una

mezcla (identificacin)

7- Decantacin Diferencia de densidad Slidos o lquidos insolubles

(mezcla heterognea)

8- Tamizado Tamao de las partculas

slidas

Separacin de una mezcla de

slidos

9- Filtracin Insolubilidad de los slidos Separacin de slidos

suspendidos


Propiedades de la materia

Propiedad: cualidad que permite caracterizar una sustancia, puede ser:

Fsicas: Se identifican sin producir cambio en la composicin de la materia ejemplo: temperatura de ebullicin, temperatura de fusin, capacidad calorfica, densidad, etc.


Propiedades de la materia

Qumicas: estn relacionadas con la manera como una sustancia puede reaccionar para formar otras. Combustibilidad, inflamabilidad, oxidante, reductor, etc.


Transformaciones o fenmenos fsicos

Disolucin NaCl en agua


Transformaciones o fenmenos qumicas

2 H2 + O2 2 H2O

Reaccin entre el hidrgeno y el oxgeno

para formar una nueva sustancia agua.


REACCION DEL MAGNESIO METALICO

2Mg

+

O2

2MgO

Transformaciones Qumicas

HgO(s) Hg(liq) +O2(g)


Transformaciones Nucleares

Fisin: un ncleo pesado se parte en dos o ms ligeros

Fusin: dos ncleos ligeros se funden en uno solo


Fisin Nuclear

U 236

92 Ba

139

56 +

94

36 Kr +

1

0 n 3


Fusin nuclear

2 3 4

1 H + H

1 He

2 + Energa + n


E = m x c2

VELOCIDAD DE LA LUZ EN DISTINTOS MEDIOS

MEDIO VELOCIDAD (km/s)

VACO 300 000

AIRE 300 000

AGUA 225 000

BENCENO 200 000

CUARZO 200 000

DIAMANTE 111 000

Bomba Atmica

La energa producida por varios

kilogramos de Plutonio es capaz de

liberar energa equivalente a la

explosin de 20 000 toneladas de

TNT o 20 kilotones


Radiactividad natural Radiacin alfa : Identificada con ncleos de Helio ( ),

constituidos por dos protones y dos neutrones. Por tanto, poseen dos cargas positivas y son desviadas por campos elctricos y magnticos. Es poco penetrante aunque muy ionizante.

Radiacin beta : Son electrones resultantes de la desintegracin de los neutrones del ncleo:

Neutrn protn + electrn + neutrino

Debido a su carga es desviada por campos elctricos y magnticos. Es ms penetrante, aunque su poder de ionizacin no es tan elevado como el de la radiacin .

Radiacin gamma : No es corpuscular como las 2 anteriores, sino de naturaleza electromagntica. Al no tener carga, los campos elctricos y magnticos no la afectan. Es la ms penetrante, y muy peligrosa.


Radiaciones, rayos, emisin alfa, La radiacin alfa est constituida por protones y dos neutrones,

tiene carga positiva

Decaimiento alfa


Radiaciones, rayos, emisin beta,

Radiacin beta son partculas de igual masa que los electrones tienen carga negativa

Decaimiento beta


Ecuacin nuclear

energaHeUPu 42236

92

240

94

energaAcRa 0

1

228

89

94

88

energanKrBanU 1094

36

139

56

1

0

235

92 3

Existe un balance de masas: 240 = 236 + 4

Existe un balance de protones: 94 = 92 + 2


PROPIEDAD

TIPO DE RADIACION

CARGA

+ 2

-- 1

0

MASA

6,64 x 10 24

g

9,11 x 10 28

g

0

PODER RELATIVO

DE PENETRACION

1

100

10 000

NATURALEZA DE

LA RADIACION

NUCLEOS DE

ELECTRONES

FOTONES DE ALTA

ENERGIA He42 e0

1


Modelo cientfico

Una idea o teora sobre la naturaleza de un fenmeno para explicar hechos experimentales constituye lo que en ciencias se denomina modelo cientfico.

Un ejemplo de modelo cientfico es el modelo atmico. Nadie ha visto nunca un tomo. Es ms, la propia ciencia predice que nunca se podr ver. Sin embargo, observando una serie de fenmenos en el comportamiento de la materia es posible desarrollar una serie de ideas de como ser la estructura de la materia.


Evolucin de los modelos atmicos

Pensamiento filosfico griego.

- Modelos atmicos

a) Dalton

b) Thomson

c) Rutherford

d) Bohr

- Modelo mecnico cuntico: Schrdinger.

- Modelo fsico-matemtico: probabilstico: actual.


DALTON (1803)

THOMSON (1904)

(CARGAS POSITIVAS Y NEGATIVAS)

RUTHERFORD (1911)

(EL NUCLEO)

BOHR (1913)

(NIVELES DE ENERGIA)

SCHRODINGER (1926)

(MODELO DE NUBE DE ELECTRONES)

Evolucin histrica de los modelos atmicos

Comportamiento dual de la luz

La luz es materia

Toda fuente de luz es una fuente de energa.

Se acepta que la luz se comporta como onda y como partcula.

La luz es una forma de energa radiante o electromagntica

Radiacin electromagntica: movimiento de campos elctricos y magnticos que oscilan en forma de ondas, en planos perpendiculares.


A m p litu d

B a ja F re c u e n c ia

lo n g itu d d e o n d a=

A m p litu dA lta fre c u e n c ia

Ondas

luzladevelocidadcc

lambda

nufrecuencia

)(


Se llama espectro atmico de un elemento qumico al resultado de descomponer una radiacin electromagntica compleja en todas las radiaciones sencillas que la componen, caracterizadas cada una por un valor de longitud de onda,

Espectros atmicos


El espectro consiste en un conjunto de lneas paralelas, que corresponden cada una a una longitud de onda. Podemos analizar la radiacin que absorbe un elemento (espectro de absorcin) o la radiacin que emite (espectro de emisin).


Teora cuntica de Planck

La teora cuntica se refiere a la energa:

Cuando la energa est en forma de radiacin electromagntica (es decir, una ra-diacin similar a la luz), se denomina energa radiante y su unidad mnima recibe el nombre de fotn. La energa de un fotn viene dada por la ecuacin de Planck:

E = h

Cuando una sustancia absorbe o emite energa, no puede absorberse o emitirse cualquier cantidad de energa, sino que definimos una unidad mnima de energa, llamada cuanto (que ser el equivalente en energa a lo que es el tomo para la materia);

O sea cualquier cantidad de energa que se emita o se absorba deber ser un nmero entero de cuantos.

h: constante de Planck = 6.62 10-34 Joule segundo : frecuencia de la radiacin


Cuando el mismo metal se ilumina con luz de longitud de onda 500 nm ( color azul) , la frecuencia ser de :

Hzc 14

7

8

10.610.5

10.3

La prueba ms definitiva de la naturaleza corpuscular de la luz la constituye el efecto fotoelctrico. En dicho efecto, cuando la superficie de un metal se ilumina con luz de una determinada frecuencia, pueden o no, salir electrones de la misma. Este efecto, interpretado por Einstein, supone una constatacin de la hiptesis de Planck establecida como una interpretacin de la radiacin del cuerpo negro.


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