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QUÍMICA GENERAL Y ORGÁNICA
MEDICINA 2015
Profesor: Dr. Mauricio Yáñez
E-mail: [email protected]
Laboratorio de Hidratos de Carbono-(Oficina
3-46)-Área de Química Orgánica 3°Piso FQB
LOS FUNDAMENTOS DE LA QUIMICA
¿Química?Química es la ciencia que describe la materia, sus propiedades
físicas y químicas, los cambios que experimenta y las
variaciones de energía que acompañan a dichos procesos
SE LA HA LLAMADO LA
CIENCIA CENTRAL
1. Reacciones e influencias químicas, que se efectúan en su interior
2. Los productos químicos del cuerpo humano, afectan profundamente al mundo
personal de los pensamientos y emociones
Es el fundamento de las ciencias de la vida: La biología y la MEDICINA
¿Porque estudiar química en medicina?
Para comprender a fondo los sistemas vivientes
Se necesita un numero considerable de reacciones químicas
para formar un embrión humano (10 semanas, 6 cm de largo).
Materia y energía
Materia: Es todo aquello que ocupa
un lugar en el espacio y tiene masa
Masa es la medida de la cantidad de
materia contenida en una muestra de
cualquier material
Energía se define como la capacidad
de realizar trabajo y transferir calor
¿Para que estudiar el concepto de Energía?
Se estudia la energía debido a que todos los procesos
químicos están acompañados de cambios de energía
hacia el medio circundante,
Generalmente en forma de energía calorífica
Energía se puede clasificar en dos tipos
principales.
Energía cinética es la energía que posee un cuerpo
debido a su movimiento
Energía potencial es la energía que posee un cuerpo
debido a su posición o su composición pe. Carbón
(Energía Química)
La ley de conservación de la Materia
No hay cambio observable en la cantidad de materia
durante una reacción Química ordinaria
La ley de conservación de la Energía
No hay cambio observable en la cantidad de energía
durante una reacción Química ordinaria
ESTADOS DE LA MATERIA
La materia se clasifica en tres estados
SÓLIDO GASEOSO
-Sustancias rígidas
-Forma definida
LIQUIDO
-Los líquidos fluyen
-Difíciles de comprimir
-Menos densos que los
líquidos y sólidos
-Pueden expandirse
hasta el infinito
-Se comprimen con
facilidad
Cloro, un gas
Flúor, un gas
Bromo, un líquido Yodo, un sólido
PROPIEDADES DE LA MATERIA
Propiedades Físicas Propiedades Químicas
-Se observan en ausencia de cualquier
cambio en la composición
Ej. El color, la densidad, la dureza,
punto de fusión, el punto de
ebullición, la conductividad eléctrica
y térmica y otras
-Propiedades que exhibe la materia
cuando experimenta cambios en su
composición
-Se relaciona con los tipos de cambios
químicos que experimentan
PROPIEDADES DE LA MATERIA
Propiedades extensivas Propiedades intensivas
-Dependen de la cantidad de
materia que se examine
(el volumen y la masa)
-directamente proporcionales,
a la cantidad de materia
contenida en la muestra
examinada
-No dependen de la cantidad
de material examinado. Pe.
Color, punto de fusión,
-Nota: Todas las propiedades
químicas son propiedades
intensivas
Comparación de algunas propiedades físicas de los tres estados de la materia
• Las sustancias son rígidas y tienen forma definida
• El volumen no varia en forma considerable con los cambios de temperatura y presión
•En los sólidos denominados cristalinos, las partículas individuales que los conforman
ocupan posiciones definidas en la estructura cristalina
Estado sólido
Estado Liquido
. Los líquidos fluyen y adoptan la forma del recipiente que los contiene, sin que su volumen
varíe
• Los líquidos son difíciles de comprimir
Estado sólido Estado Liquido Estado gaseoso
CAMBIOS FISICOS
-Ocurre sin que se de un cambio en la composición Química
CAMBIOS QUIMICOS Y FISICOS
Fusión
Cristalización
2Mg (s) + O2 (g) 2MgO (s)
CAMBIOS QUÍMICOS
-Ocurre con un cambio en la composición Química
Se utilizan una o más sustancias (al menos parcialmente)
Se forman una o más sustancias nuevas
Se libera o se absorbe energía
K (s) + H2O(l) KOH (ac) + 1/2H2 (g)
Mezclas Sustancias puras
Mezclas
Homogéneas
Mezclas
Heterogéneas
Compuestos Elementos
Materia
Separación por medios
Físicos
Separación por medios
Químicos
Clasificación de la materia
Cambio químico
Cambio físico
SUSTANCIAS, COMPUESTOS, ELEMENTOS Y MEZCLAS
Sustancia es cualquier tipo de materia cuyas muestras tienen composición
idéntica, y en condiciones iguales, propiedades idénticas.
Los compuestos son sustancias puras formadas por dos o mas elementos
diferentes combinados en una proporción constante
Los elementos son sustancias que no se pueden descomponer en otras mas
simples mediante cambios químicos. Ejemplos de elementos son:
nitrógeno, plata, aluminio, cobre, oro y azufre.
SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS
DESTILACIÓN FRACCIONADA
-Filtración, Destilación, Cromatografía y otras
Electrólisis del agua
FORMULAS QUÍMICAS
Y COMPOSICIÓN
ESTEQUIOMETRICA
Estequiometria???
Stoiheion: “ primer principio o elemento
Metron: medida
Describe las relaciones cuantitativas entre los elementos en
los compuestos (composición estequiometrica) y entre las
sustancias cuando experimentan cambios químicos
(estequiometria de reacción)
¿Cual es el lenguaje que los químicos emplean
para describir las formas de la materia y cambios
en su composición?
Respuesta:
•Los símbolos químicos
•Las formulas químicas
•Ecuaciones químicas
ÁTOMOS Y MOLÉCULAS
POSTULADOS DE DALTON
1. Un elemento esta compuesto de partículas pequeñas e indivisibles llamadas
átomos.
2. Todos los átomos de un elemento dado tienen propiedades idénticas, las cuales
difieren de las de átomos de otros elementos.
3. Los átomos de un elemento no pueden crearse, destruirse o transformarse en
átomos de otros elementos.
4. Los compuestos químicos se forman cuando átomos de elementos diferentes se
combinan (unen) entre si en una proporción fija.
5. Los números relativos y tipos de átomos son constantes en un compuesto dado
Átomos: En Grecia, “átomo” se empleaba para referirse a las partes más
pequeñas de materia indestructibles. Atomo significa en griego “no-
divisible”.
Átomo (DEF): es la partícula mas pequeña de un elemento que mantiene su
identidad química a través de todos los cambios químicos y físicos
Molécula: es la partícula mas pequeña de un compuesto o elemento que
tiene existencia estable e independiente, las moléculas de los compuestos
están formadas por mas de un tipo de átomos
Formulas Químicas
La formula de una sustancia indica su composición química. Representa a los
elementos que contiene y la relación en que se encuentran los átomos.
Por Ejemplo: F2 , P4
El oxigeno existe en dos formas : O2 , O3
Agua
H2O
Formula Fórmula estructural Modelo de bolas y varillas Modelo Espacial
FORMULAS QUÍMICAS
Peroxido de
hidrogeno
H2O2
Tetracloruro de
carbono
CCl4
H O O H
H O H
C
Cl
Cl
Cl
Cl
Propano
C3H8C
H
H
H
C
H
H
C
H
H
H
FORMULA FÓRMULA ESTRUCTURAL MODELO DE BOLAS Y VARILLAS MODELO ESPACIAL
O HC
H
H
C
H
H
H
Etanol
C2H5OH
Peso atómico (PA)
Unidades de masa atómica _(uma)
La cual se define exactamente como 1/12 de la masa de un átomo de un
tipo particular de carbono, llamado carbono-12.
La Mol
Esta unidad se define como la cantidad de sustancia que contiene tantas
entidades (átomos, moléculas u otra partícula) como el numero de átomos
en 0.012 Kg de carbono-12 puro). Múltiples experimentos han ajustado
ese numero al valor actual de:
1 mol= 6.022045 1023 Particulas Número de Avogadro
6.022 1023
Es un numero fijo de “entidades” cuya identidad se debe especificar:
Pe. Mol de átomos, de moléculas (o de iones, electrones u otras particulas)
¡1 mol de huevos!
Nota: La masa en gramos de una mol de átomos de un elemento puro es
numéricamente igual al peso atómico en uma de dicho elemento.
6.022 1023 Huevos
Ej: 1 mol de He consta de 6.022 1023 átomos de helio
602.000.000.000.000.000.000.000
El hidrogeno, se encuentra en forma de moléculas diatomicas (de dos átomos); por
tanto, una mol de hidrógeno contiene 6.022 1023 moléculas de H2 y 2(6.022
1023) tomos de hidrógeno
Elemento metálico titanio (Ti)
Peso atómico = 47.90 uma 47.90 g 6.022 1023 átomos de Ti
El símbolo de un elemento puede:
a.- Identificar al elemento
b.-Representar un átomo del elemento
c.- Representar una mol de átomos del elemento
12 Huevos
1 docena de huevos
24 onzas de huevos
6.022 1023 atomos de Fe
1 mol de átomos de Fe
55.847 gramos de hierro
Limaduras de Hierro
EJEMPLO
¿ Cuantos moles de átomos contienen 245.2 g de níquel metálico)
nº moles de átomos Ni = 245.2 g Ni 1mol de átomos Ni = 4.178 mol de átomos Ni
58.69 g Ni
? nº de átomos Ni = 4.178 moles de atomos 6.022 1023 atomos Ni = 2.516 1024
1 mol átomos de Ni
EJEMPLO
¿ Cuantos átomos hay en 4.178 moles de átomos de niquel?
EJEMPLO
¿ Cual es la masa, en gramos, de un átomo de Ni
? Masa en g, de un átomo de Ni = 58.69 g Ni 1 mol de Ni
1 mol de Ni (6.022 1023 atomos de Ni)
= 9.746 10-23 g/atomo
Nota: Para convertir en moles (n) los gramos (m) de cualquier sustancia sólo hay
que dividir por la masa molecular (M) de dicha sustancia.
n = m/M
EJEMPLO
Calcule la masa, en gramos, de un átomo de níquel.
Pesos Fórmula, Pesos Moleculares y Moles
El peso molecular (PM) se emplea con el termino peso formula cuando se hace
referencia a las sustancias moleculares (no iónicas), es decir, sustancias que pueden
existir como moléculas discretas.
El peso fórmula (PF) de una sustancia es la suma de los pesos atómicos (PA) de los
elementos de la formula, multiplicados cada uno por el numero de veces en que esta
presente el elemento. Es la masa en unidades de masa atómica, uma, de una formula
unitaria.
Núm. De átomos de un tipo especifico masa de un átomo
1 Na = 1 23.00 uma = 23.00 uma de Na
1 H = 1 1.01 uma = 1.01 uma de H
1 O = 1 16.00 uma = 16.00 uma de O
EJEMPLO
Determinar el peso formula para el hidróxido de sodio (NaOH)
Peso fórmula de NaOH = 40.01 uma
Determinar el peso formula del carbonato de amonio (NH4)2CO3
Núm. de átomos de un tipo especifico masa de un átomo
2 N = 2 14.00674 uma = 28.01348 uma de N
8 H = 8 1.00794 uma = 8.06352 uma de H
1 C = 1 12.011 uma = 12.011 uma de C
3 O = 3 14.00674 uma = 15.9994 uma de O
Peso fórmula = 96.086 uma
¿Cuál es la masa en gramos de 10 mil millones de moléculas de SO2?
¿ Cuantos a) moles de O2 b) moléculas de O2 y c) átomos de O están contenidas en 40.0
gramos de oxígeno gaseoso a 25° C?
? n° de moles de O2=40.0 g O2 1 mol de O2 = 1.25 moles de O2
32. 0 g de O2
? Moléculas de O2 = 40.0 g de O2 6.02 1023 moléculas de O2= 7.52 1023 moléculas de O2
32.0 g de O2
? Átomos de O = 40.0 g de O2 6.02 1023 moléculas de O2 2 átomos de O = 1.50 1024 átomos de O
32.0 g de O2 1 molécula de O2
Solución
El cianuro de hidrógeno, HCN, es un líquido incoloro, volátil, el compuesto es
sumamente venenoso. ¿Cuántas moléculas hay en 56 mg de HCN, la dosis
tóxica promedio?.
0.056 g HCN x 1 mol HCN 6.022 10 23 moléculas= 1.25 x 1021 moléculas de HCN
27 g HCN 1 mol HCN
¿Cuántos gramos de metano, CH4 hay en 1.20 x 10-4 moléculas?
1.20 x 10-4 moléculas CH4 x 1 mol CH4 x 16 g = 3.19 x 10-27 g
6.022 x 10 23 moléculas 1mol CH4
¿Cuántos moles de sulfuro de sodio, Na2S corresponden a 2.709 x 1024
moléculas de sulfuro de sodio y cuántos moles de sodio?
2.709 x 1024 moléculas Na2S x 1 mol Na2S = 4.5 mol Na2S
6.02 x 1023 moléculas Na2S
4.5 mol Na2S x 2 mol Na = 9 mol Na
1 mol Na2S
Composición porcentual y formulas de compuestos
Si se conoce la formula de un compuesto, su composición química se puede
expresar como porcentaje de masa de cada elemento en el compuesto
EJEMPLO
Una molécula de CO2
% C= masa de C 100% ) = PA del C 100 % = 12.0 uma 100% = 27.3 %
masa de CO2 PM del CO2 44.0 uma
% O= masa de O 100% = 2 PA del O 100 % = 2 (16.0 uma) 100 % = 72.7 %
masa de CO2 PM del CO2 44.0 uma
EJEMPLO
Calcule la composición porcentual en masa del HNO3
DETERMINACION DE LAS FORMULAS MOLECULARES
El análisis de una muestra de un compuesto puro revela que contiene 50.1%
de azufre y 49.9% de oxígeno, en masa. ¿Cuál es la fórmula empírica?
DEDUCCION DE LAS FÓRMULAS A PARTIR DE LA COMPOSICIÓN
ELEMENTAL
ECUACIONES QUIMICAS Y
ESTEQUIOMETRIA DE LAS REACCIONES
ECUACIONES QUÍMICAS
1. Indican las sustancias que reaccionan o reactivos
2. Las sustancias que se forman o productos
3. Las cantidades relativas de las sustancias que participan en la
reacción.
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
reactantes productos
¿Qué indica esta ecuación
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
1 molécula 2 moléculas 1 molécula 2 moléculas
+
+
+
Representación de la reacción desde el punto de vista molecular
Al + HCl AlCl3 + H2
¿La ecuación cumple con la ley de conservación de la materia
2Al + 6 HCl 2AlCl3 + 3H2
C2H6O + O2 CO2 + 2 H2O
C2H6O + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O
¿ Cuántas moléculas de O2 son necesarias para reaccionar con 47 moléculas de
CH4?
1 molécula de CH4 y 2 moléculas de O2
2 moléculas de O2 1 molécula de CH4
? moléculas de O2 = 47 moléculas CH4 2 moléculas O2 = 94 moléculas O2
1 molécula CH4
CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O
6.02 1023 moléculas 2(6.02 1023) moléculas 6.02 1023 moléculas 2(6.02 1023 moléculas )
1 mol
16 g
16 g
2 mol
2 (32 g)
64 g
1 mol
44g
44 g
2 mol
2 (18g)
36 g
80 g de reactivos 80 g de productos
Cálculos que se realizan a partir de ecuaciones químicas
¿Que masa de oxigeno se requiere para que reaccionen
completamente 24 gramos de CH4 ?
CH4 + 2 O2CO2 + 2 H2O
La mayor parte de las reacciones de combustión se llevan a cabo con exceso de O2,es
decir, mas O2 del necesario para quemar la sustancia por completo. Calcule la masa en
gramos de CO2, que se produce al quemar 6.0 moles de CH4 en exceso de O2
¿Que masa de CH4 producen 3.01x1023 moléculas de H2O cuando se queman en
exceso de O2 ?
? g de CH4 = 3.01 1023 moléculas H2O 1 mol H2O 1 mol CH 16 g CH4 = 4.0 g CH4
6.02 1023 moléculas H2O 2 moles H2O 1 mol CH4
Ejemplo
Ejemplo
Resp. 96 g O2
Resp. 2.6*102 g CO2
EL CONCEPTO DEL REACTIVO LIMITANTE
¿ Que masa de CO2 se puede obtener a partir de la reacción de 8.0 g
de CH4 con 48 g de O2?
