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SEGUNDA PRÁCTICA DIRIGIDA DE QUÍMICA UNMSM TEMA: MATERIA Y ENERGÍA

Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee masa, tiene existencia en el universo y es susceptible a nuestros sentidos. La idea general sobre materia, todo aquello que constituye el mundo físico. Así, el agua, la madera, el hierro, el vidrio, etc., son formas de materia. No debemos confundir materia con cuerpo, ya que éste es una porción limitada de materia. La materia es constantemente alterada, es decir, modificada por las fuerzas de la naturaleza. Por ejemplo: un terremoto puede destruir muchas casas, la lluvia y el sol hacen crecer las plantas, el ser humano crece a cada instante.

Características de la materia: � Ocupa un lugar en el espacio � Se encuentra en estado sólido, líquido y gaseoso � Posee propiedades físicas comunes � En su naturaleza se producen cambios físicos y

cambios químicos que originan las mezclas y combinaciones.

� Tienen masa y volumen � Existen independientemente a nuestra voluntad.

1) SUSTANCIAS PURAS

Es un tipo de materia que tiene una composición y propiedades definidas constante e invariable.

Dentro de las sustancias puras podemos distinguir los elementos y compuestos.

a) Sustancia Simple (Elemento químico) Son sustancias puras que no pueden descomponerse en otras sustancias puras más sencillas por ningún procedimiento’ solo poseen un tipo de átomo. Ejemplo: todos los elementos de la tabla periódica: Oxígeno, hierro, carbono, sodio, cloro, cobre, etc. Se representan mediante su símbolo químico y se conocen 112 en la actualidad.

b) Sustancia Compuesta (Compuesto químico) Son sustancias puras que están constituidas por 2 o más elementos químicos combinados en proporciones fijas. Los compuestos se pueden descomponer mediante procedimientos químicos en los elementos que los constituyen. Se le representa por una fórmula Ejemplo: � Agua (H2O) � Propano (C3H8) � Ácido sulfúrico (H2SO4) � Glucosa (C6H12O6), etc.

2) MEZCLAS

Una mezcla está compuesta por dos o más sustancias, cada una de las cuales conserva su identidad y propiedades específicas. En una mezcla se pueden separar los componentes por procedimientos físicos sencillos. Las mezclas pueden ser homogéneas o heterogéneas.

a) Mezcla Homogénea También llamadas soluciones. Son mezclas en las que no se pueden distinguir sus componentes a simple vista. Ejemplo:

MATERIA Y ENERGÍA

CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA )

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� El aire � Bebida gasificada � Gas natural � Acero, etc.

b) Mezcla Heterogénea

Son mezclas en las que se pueden distinguir a los componentes a simple vista. Ejemplo: � Agua con aceite � Arena en agua � Granito, etc.

La hipótesis molecular permite explicar la existencia de los estados físicos de la materia, tenemos: ESTADO SÓLIDO: Son cuerpos compactos dado que la fuerza de cohesión de las moléculas son mayores que la fuerza de repulsión de las mismas, se caracteriza por tener forma y volumen definido. ESTADO LÍQUIDO: En este estado las fuerzas de atracción y repulsión actúan con igual intensidad en sus moléculas, se caracteriza por tener volumen definido (constante), y forma indefinida. Es el estado que más abunda en la superficie de la tierra, el agua es el que cubre aproximadamente las 3/4 partes de la superficie terrestre. ESTADO GASEOSO: Es un estado donde las moléculas tienen un movimiento caótico debido a que las fuerzas de cohesión de las moléculas es mucho menor que las fuerzas de repulsión de las mismas. Se caracteriza por no tener forma y volumen definidos debido a que ambos dependen del recipiente que los contienen. ESTADO PLASMÁTICO: Es un estado de alto contenido energético, a temperaturas elevadas las moléculas gaseosas se ionizan a expensas de los choques de los átomos o moléculas que se mueven rápidamente. El plasma es un gas ionizado parcial o totalmente en forma tal que las densidades de carga positiva y negativa son prácticamente iguales, esto es, de que es un sistema eléctricamente neutro, en un plasma totalmente ionizado no existen átomos neutros.

NOTA: � Quinto Estado de la Materia : El Condensado

de Bose-Einstein � Sexto Estado de la Materia : El condensado

fermiónico

1) Fenómenos físicos: Son aquellos que sufre la materia en su estado, volumen o forma, sin alterar su composición o naturaleza. Ejemplo: � Cambios de estado de la materia

SOLIDO LÍQUIDO GASEOSO

Sublimación (gana energía)

Deposición (pierde energía)

Fusión Licuación

Solidificación Vaporización

� Al doblar un clavo

� Rotura de un cuerpo (vidrio, tiza, papel) � Mezclas � Separaciones � Erosión de las rocas por acción del viento, etc.

2) Fenómenos químicos: Son aquellos en las que la

materia, sufre variaciones en su composición o naturaleza. Estos cambios tiene lugar en las reacciones químicas donde influyen los factores como: luz, la presión, reactivos, y los catalizadores. Ejemplo: � Al introducir un clavo en ácido clorhídrico

ESTADOS DE LA MATERIA

FENÓMENOS O CAMBIOS DE LA MATERI A

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� Combustión de la gasolina � Oxidación de un clavo � Fotosíntesis � Digestión, etc.

NOTA: Todos los cambios físicos como los químicos ocurren constantemente en la naturaleza.

3) Fenómenos nucleares: Son aquellos en los que

se modifica la constitución del núcleo. Es muy frecuente que un elemento se transforme en otro y la cantidad de energía implicada es enorme. Cuidadosas investigaciones han probado que los materiales radiactivos pierden masa lentamente. Ejemplo:

U����� + n�

→ Ba�� � + Kr��

�� +3 n� + energía

Las propiedades de la materia se pueden agrupar en: PROPIEDADES FÍSICAS Son aquellas propiedades que se puede observar y/o medir sin modificar la composición o identidad de la sustancia.

I. Propiedades Generales Son aquellas características que son comunes a toda

materia que se encuentra en la naturaleza, depende de la masa y gozan de la propiedad aditiva, entre estas tenemos: � Extensión � Inercia � Impenetrabilidad � Porosidad � Divisibilidad � Ponderabilidad o Peso � Indestructibilidad

II. Propiedades Particulares Son una serie de atributos que permiten diferenciar

a las sustancias, no dependen de la masa, ni gozan de la propiedad aditiva, tenemos: � Color � Olor � Sabor � Brillo

� Dureza � Maleabilidad � Ductibilidad � Tenacidad � Compresibilidad � Tensión superficial � Viscosidad

PROPIEDADES QUÍMICAS Son aquellas propiedades que se pueden observar y medir sólo provocando una transformación o cambio químico en el cuerpo de estudio, es decir que para ser observadas en un cuerpo, éste debe sufrir cambios en su composición.

Ejemplo:

� Combustibilidad � Acidez � Toxicidad � Reactividad frente a los ácidos, etc.

NOTA:

Las propiedades físicas pueden ser extensivas o intensivas.

a) Propiedad Extensiva: Aquellas que dependen de la masa y gozan de la propiedad aditiva. Ejemplo: � Peso � Volumen � Inercia � Calor ganado o perdido, etc.

b) Propiedad Intensiva: Aquella que no depende

de la masa y no gozan de la propiedad aditiva. Ejemplo: � Densidad � Temperatura � Color � Olor, etc.

� La energía es la capacidad de la materia para

efectuar trabajo o transferir calor. � El calor es una forma de energía. La cantidad de

calor transferida en un proceso se expresa frecuentemente en calorías (cal) o en la unidad del SI Joule (J)

1 cal = 4,184 J

PROPIEDADES DE LA MATERIA

ENERGÍA

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Dónde: Q: cantidad de calor m: masa c.e: calor específico ∆T: variación de temperatura (Tf – Ti)

� La capacidad calorífica (C) de una masa de

sustancia es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura en un grado centígrado. cal / °C; J / °C

1) Ley de Conservación de la Materia

“La materia no se crea ni se destruye, solamente transformarse de una forma a otra”. (Lavoisier)

2) Ley de Conservación de la Energía “La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma de una forma a otra”. (Meyer-Joule)

3) Ley de Conservación de la Materia y la energía Fue postulada en 1905 por Albert Einstein. “La masa de toda la materia y la masa equivalente de toda la energía en el universo permanecen constante” La interconversión de la materia y la energía se describe por medio de la ecuación: Dónde: E: energía (Joule) m: masa (kilogramo) c: velocidad de la luz en el vacío (3x108 m/s)

SEMANA Nº 2: MATERIA Y ENERGÍA

1. “Materia es todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio, y de la interacción con la energía se producen sus cambios”. Al respecto indique la alternativa INCORRECTA. A) Sus propiedades extensivas dependen de su

masa.

B) El peso y la inercia son propiedades que dependen de la masa.

C) Sus cambios pueden ser físicos, químicos o nucleares.

D) Sus transformaciones pueden ser por procesos exotérmicos o endotérmicos.

E) La ductilidad, la masa y la densidad son propiedades generales.

2. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o

falso (F) con respecto a la composición química de la materia: I. Si la materia es químicamente pura se clasifica

en elementos y compuestos. II. Los compuestos se pueden descomponer por

métodos químicos. III. Las moléculas están presentes en todo tipo de

sustancia. IV. La unión física de 2 o más sustancias se

denomina mezcla.

A) VVVF B) FVFV C) FFVV D) VVFV E) VFVF

3. Indique la relación CORRECTA.

A) amoníaco : elemento B) sacarosa : mezcla homogénea C) agua oxigenada : compuesto D) aire : mezcla heterogénea E) acetileno : compuesto

4. Indique la secuencia correcta de verdadero (V) o

falso (F), respecto a las siguientes proposiciones. I. La masa y el peso son cantidades de materia

constante. II. La relación de 2 propiedades extensivas

siempre generan nuevas propiedades extensivas.

III. La extensión y la discontinuidad son propiedades generales de la materia.

IV. La ley de Conservación de la materia y la ley de la conservación de la energía se cumplen en los cambios químicos y físicos.

A) VVVV B) VFFV C) VVFF D) FFVV E) VVVF

5. Un químico coge una espátula de acero y con ella

extrae cuidadosamente de un frasco de vidrio oscuro un fragmento de potasio sumergido en kerosene, lo introduce en agua y genera una reacción exotérmica que produce hidrógeno gaseoso e hidróxido de potasio (KOH). Al respecto indique, respectivamente, el número de sustancias y el número de mezclas presentes en el experimento.

Q = m . c.e . ∆T

C = m . c.e

LEYES DE CONSERVACIÓN

E = mc2

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A) 4 y 3 B) 2 y 4 C) 5 y 2 D) 4 y 2 E) 3 y 4

6. Indique, en forma secuencial las propiedades físicas

(F), químicas (Q) y nucleares (N) para los datos correspondientes al Uranio (U). I. Es un elemento de color gris plateado. II. En la naturaleza puede formar depósitos de

uraninita (UO2). III. Es aproximadamente 70% más denso que el

plomo. IV. El uranio se puede convertir en torio.

A) FQFQ B) FFQN C) FQFN D) FFQN E) FQQN

7. Clasifique secuencialmente los siguientes procesos,

como cambio químico (Q), cambio físico (F) o cambio nuclear (N).

I. CO2 (g) → CO2 (s) II. H

� + H� → He�

+ n� + energía

III. I2 (s) → I2 (g)

IV. NaCl (l) �.�

����Na(s) + Cl2(g) V. C2H2 + O2 → CO2 + H2O

A) QFFNQ B) QQFFN C) FNQQF D) FNQQQ E) FNFQQ 8. Marque la secuencia de verdadero (V) o falso (F)

para los siguientes enunciados.

I. Los sólidos presentan mayor intensidad de fuerzas de atracción que los gases.

II. En un líquido las fuerzas de atracción y repulsión están equilibradas.

III. Los gases presentan forma y volumen definido.

A) VFF B) VFV C) FVV D) FFV E) VVF 9. Elija la alternativa que contiene sólo cambios

físicos: I. Disolución de gelatina en agua caliente. II. Sublimación del hielo seco. III. Combustión de la gasolina. IV. Fusión de una barra de hierro. V. Corrosión de un evaporador de acero.

A) I, IV y V B) I, II y III C) I, II y IV D) I, III y V E) III y V 10. Un recipiente hermético contiene 100 g de agua a

80ºC y se adiciona 100 g de alcohol a 40°C, ¿cuál será la temperatura en ºC que alcanza la mezcla, considerando que no hay perdida de calor en el sistema?

Datos: c.e (etanol = 0,6 cal/g°C; agua= 1 cal/g°C)

A) 75,0 B) 65,5 C) 60,6 D) 73,0 E) 65,0 11. Complete los espacios en blanco.

I. Se requiere _______ calorías para calentar 2 L de agua de 20°C a 50°C.

II. Se liberan _______J en la desintegración de 0,002 kg de una sustancia radiactiva.

Datos: c.e H20 = 1 cal/g°C ρH2O = 1g/mL c = 3 x 108 m/s A) 6,0x104 – 1,8x1014 B) 5,0x104 – 1,8x1011 C) 6,0x104 – 1,6x1014 D) 4,0x104 – 3,6x1014 E) 4,0x104– 1,8x1013 12. Una planta de experimentos nucleares cuenta con

5 g de una sustancia radiactiva y para probar la eficiencia de la energía liberada cuenta con 5,0x109L de etanol. Al respecto, marque la alternativa INCORRECTA.

Datos: c.e (etanol = 0,6 cal/g°C) ρ(etanol) = 0,8 g/mL c = 3 x 108 m/s

A) La masa de la sustancia radiactiva y el volumen del etanol son propiedades extensivas.

B) La capacidad calorífica del etanol es 2,4 x 109 kcal/°C.

C) Para variar la temperatura del alcohol de 20°C a 40°C se requiere 2,0x 1014J.

D) Para variar en 20°C la temperatura del alcohol se requiere emplear la desintegración de 44,4% de la sustancia radiactiva.

E) En la desintegración de la sustancia radiactiva se cumple la Ley de conservación de la masa.

13. Indique la secuencia correcta de verdadero (V) o

falso (F), respecto a las siguientes proposiciones I. Para calentar una barra de 10 cm3 de plomo de

20°C a 55°C se necesita 5,13x10–4 MJ de energía. ρ (Pb=11,3g/mL) c.e (Pb =0,031 cal/g°C)

II. La variación de temperatura en la liberación de 2000 calorías de una muestra de 1 L de agua es 2°C

III. La capacidad calorífica de 10L de gasolina es 1,4x104J/°C. Dato: 1cal = 4,184J c.e (gasolina) = 0,5 cal/g°C ρ (gasolina = 0,67 g/mL)

IV. Si se liberan 9,0 x 1020 ergios a partir de 10 g de una muestra radiactiva, queda un excedente de 9g de muestra radiactiva dentro del reactor nuclear.

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A) VFVV B) FFVV C) VVFV D) FVVV E) VVVV

14. Se tiene 1 g de una barra de aluminio a la

temperatura de 80 ºC, ¿cuál será su temperatura final cuando libere 8,4 calorías?

Dato: c.e (Al = 0,21 cal/gºC) A) 120 B) 110 C) 100 D) 90 E) 40

15. Son propiedades físicas de la materia:

I. Divisibilidad II. Color III. Inercia IV. Densidad

Clasifique como generales (G) y particulares (P), respectivamente, y marque la alternativa correcta.

A) G, P, G, P B) G, G, P, P C) P, P, G, G D) G, P, P, G E) P, G, P, G

1. Marque la secuencia correcta de verdadero (V) o falso (F): I. La materia posee masa y ocupa un volumen. II. La masa de un cuerpo depende de su posición. III. La materia solo puede ser elemental o

compuesta. IV. Los cuerpos tienden a mantenerse en estado de

reposo o movimiento.

A) VVFV B) FVVV C) VFVF D) VFFV E) FVFV

2. Establezca la correspondencia materia – tipo de

materia y marque la secuencia correcta a) Bronce ( ) mezcla heterogénea b) Oxígeno molecular ( ) sustancia compuesta c) Benceno ( ) mezcla homogénea d) Alcohol medicinal ( ) solución sólida e) Arena ( ) sustancia elemental

A) ecdab B) ceadb C) dceab

D) bdeca E) acdbe

3. Respecto a sustancia y mezcla marque la secuencia

correcta de verdadero (V) o falso (F) I. Toda sustancia puede descomponerse en otras

más sencillas por medio de métodos químicos.

II. El estado de agregación de una mezcla homogénea dependerá del componente que se encuentre en mayor cantidad.

III. En una mezcla heterogénea existe una sola fase.

A) VVF B) FVF C) VFF

D) FFV E) VFV

4. Marque la alternativa que contenga a las

propiedades intensivas a) Volumen b) Densidad c) Sabor d) Punto de fusión e) Energía cinética

A) abc B) abd C) bce

D) acd E) bcd

5. Clasifique respectivamente como física o química las siguientes propiedades y marque la secuencia correcta. I. Se reduce fácilmente II. Es un gas verdoso III. Es soluble en benceno IV. Forma sales oxisales.

A) QFFF B) FQFF C) QFFQ D) QQFF E) QFQQ 6. Establezca la correspondencia propiedad – estado

de agregación y marque la secuencia correcta I. Fluye y se expande adoptando la forma del

recipiente II. Son incompresibles, no fluyen y tienen forma

definida III. Las intensidades de las fuerzas de repulsión y

cohesión

( ) líquido ( ) sólido ( ) gaseoso

A) acb B) cba C) bac D) abc E) bca

7. Clasifique respectivamente los siguientes cambios

como físicos, químicos o nucleares y marque la alternativa correcta I. Solidificación del etanol II. Fermentación de la chicha de jora III. Fotosíntesis en las plantas

PRÁCTICA EN CLASE )

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IV. Desintegración de uranio V. Combustión de propano

A) FFQNF B) QFQNF C) FQQNQ D) QQQNQ E) FQFQN

8. La licuación es el cambio de:

A) vapor a líquido B) sólido a gas C) líquido a vapor D) gas a líquido E) líquido a sólido

9. ¿Cuál de las siguientes es una propiedad extensiva?

A) Densidad B) Punto de ebullición C) Volumen D) Olor E) Sabor

10. Señale la secuencia correcta: I. En los gases las fuerzas de repulsión y de

cohesión son de igual magnitud. II. Los líquidos tienen volumen definido y

forma variable, debido a la compensación de sus fuerzas de cohesión y de repulsión.

III. En los solidos las partículas tienen mayor fuerza de repulsión que de cohesión.

IV. La expansión y fluidez de un gas se debe a que las fuerzas de cohesión son menores a las de repulsión.

A) VVFF B) FVVF C) FVFV

D) FFFF E) VFFF

11. Para elevar la temperatura de una muestra de 60g

de NaCl de 20ºC a 50ºC, se requiere 1584J. ¿Cuál es el calor específico del cloruro de sodio? A) 12,90 B) 8,60 C) 0,68 D) 1,72 E) 0,86

12. ¿Cuál es la capacidad calorífica, expresada en Joule, de 500g de helio? Dato: 1cal = 4,18J; 1J = 107 erg

c.e etanol = 0,60 cal/g.ºC A) 1,0x10-3 B) 2,5x102 C) 2,5x10-2 D) 1,0x103 E) 1,0x102

13. En la desintegración de una muestra radiactiva se liberan 3,24 x 1015 J, ¿qué masa, en nanogramos, se transformo en energía? Dato: C = 3 x 108 m/s A) 3,60x102 B) 1,08x1011 C) 3,60x1011 D) 3,60x1010 E) 1,08x1010

14. ¿Cuántos gramos de una sustancia radiactiva se

deben desintegrar para liberar una energía de 1,8x 1011J? Datos: C= 3x108ms-1, 1J=kgm2s-2 A) 6,0x10-5 B) 2,0x10-5 C) 1,7x10-5 D) 6,0x10-3 E) 2,0x10-3

15. Clasifique respectivamente como física o química las siguientes propiedades y marque la secuencia correcta: I. Se reduce fácilmente. II. Es un gas verdoso. III. Es soluble en benceno. IV. Forma sales oxisales.

A) QFFF B) FQFF C) QFFQ D) QQFF E) QFQQ

Profesor: Antonio Huamán Navarrete Lima, Enero del 2014