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2015 CICLO I LOJA-ECUADOR CARRERA DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA AMBIENTAL Y ORDENAMIENTO TERRITORIAL CURSO: QUÍMICA I UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA AREA DE LA ENERGÍA, LAS INDUSTRIAS Y LOS RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES CICLO I: LAS PROBLEMÁTICAS GLOBALES DE LAS CIENCIAS DE LA TIERRA Y LAS ALTERNATIVAS DE NIVELACIÓN EN EL CAMPO INGENIERIL

Química I - Diego Jara

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  • 2015

    CICLO I

    LOJA-ECUADOR

    CARRERA DE INGENIERA EN GEOLOGA AMBIENTAL Y

    ORDENAMIENTO TERRITORIAL

    CURSO: QUMICA I

    UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

    AREA DE LA ENERGA, LAS INDUSTRIAS Y LOS

    RECURSOS NATURALES NO RENOVABLES

    CICLO I:

    LAS PROBLEMTICAS GLOBALES DE LAS

    CIENCIAS DE LA TIERRA Y LAS

    ALTERNATIVAS DE NIVELACIN EN EL

    CAMPO INGENIERIL

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 2

    ASIGNATURA:

    QUMICA

    Contenido UNIDAD: QUMICA .................................................................................................................6

    1. GENERALIDADES. ..................................................................................................6

    1.1 DEFINICIN ETIMOLGICA. ............................................................................6

    1.1.1 CONCEPTO. ..........................................................................................................7

    1.2 CLASIFICACIN DE LA QUMICA. ..................................................................9

    1.2.2 QUMICA ORGNICA O DEL CARBONO:...............................................................9

    1.2.3 QUMICA INORGNICA O MINERAL: ....................................................................9

    1.2.4 QUMICA ANALTICA: ...............................................................................................9

    1.2.5 QUMICA FSICA. ............................................................................................9

    1.2.6 QUMICA INDUSTRIAL. ...............................................................................10

    1.2.7 BIOQUMICA. .................................................................................................11

    1.3 RELACIN DE LA QUMICA CON OTRAS CIENCIAS. .............................11

    1.4 RASGOS EVOLUTIVOS DE LA QUMICA ....................................................13

    1.5 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA QUMICA. ......................................20

    1.6 EL MTODO CIENTFICO EN LA QUMICA. ...............................................22

    1.6.1 OBSERVACIN DEL FENMENO. ...........................................................23

    1.6.2 REVISIN DE TRABAJOS PREVIOS. ......................................................23

    1.6.3 FORMULACIN DE HIPTESIS. ...............................................................24

    1.6.4 COMPROBACIN EXPERIMENTAL DE LA HIPTESIS. .....................24

    1.6.5 PLANTEAMIENTO Y DIVULGACIN DE LAS CONCLUSIONES. .......25

    1.6.6 ELABORACIN DE LEYES. ........................................................................25

    2. MATERIA Y ENERGA. .........................................................................................26

    2.1 LA MATERIA. DEFINICIN .............................................................................26

    2.2 PROPIEDADES DE LA MATERIA ..................................................................27

    2.2.1 PROPIEDADES EXTENSIVAS, GENERALES O ADITIVAS. ................27

    2.2.2 PROPIEDADES ESPECFICAS O INTENSIVAS. ....................................27

    2.2.2.1 Sistema Homogneo: ....................................................................................27

    2.2.2.2 Sistema Heterogneo: ...................................................................................27

    2.3 CONSTITUCIN DE LA MATERIA. ...............................................................28

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 3

    2.3.1 CUERPOS SIMPLES Y COMPUESTOS. MEZCLAS Y COMBINACIONES.........................................................................................................28

    2.3.2 ELEMENTO QUMICO. .................................................................................29

    2.3.3 COMPUESTO QUMICO. .............................................................................29

    2.3.4 MEZCLAS........................................................................................................30

    2.4 LA ENERGA. DEFINICIN .............................................................................32

    2.4.1 FORMAS DE ENERGA................................................................................33

    2.4.2 ENERGA POTENCIAL. ................................................................................33

    2.4.3 ENERGA CINTICA. ....................................................................................34

    2.4.4 ENERGA TRMICA. ....................................................................................35

    2.4.5 ENERGA QUMICA. .....................................................................................36

    2.4.6 ENERGA ATMICA. ....................................................................................37

    2.4.7 ENERGA SOLAR. .........................................................................................37

    2.4.8 ENERGA HIDRULICA. ..............................................................................37

    2.4.9 ENERGA ELICA. ........................................................................................37

    2.4.10 GENERACIN DE ENERGA A PARTIR DE BIOMASA. .......................38

    2.4.11 ENERGA GEOTRMICA. ...........................................................................38

    3. LOS SISTEMAS DE UNIDADES ........................................................................39

    3.1 MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS ......................................39

    4. NOMENCLATURA QUMICA ......................................................................................49

    4.1. NMERO DE OXIDACIN - VALENCIA. .........................................................49

    4.2. SISTEMAS DE NOMENCLATURA. ...................................................................52

    4.2.1. NOMENCLATURA DE LA IUPAC..................................................................52

    4.2.2. NOMENCLATURA STOCK. ............................................................................53

    4.2.3. NOMENCLATURA TRADICIONAL................................................................53

    4.3. COMPUESTOS BINARIOS. ................................................................................54

    4.3.1. CLASIFICACIN DE LOS COMPUESTOS BINARIOS. ........................55

    4.4. COMPUESTOS TERNARIOS. ............................................................................62

    4.4.1. FUNCIN HIDRXIDO, BASE O LCALIS.............................................62

    4.4.2. FUNCIN OXOCIDOS O CIDOS OXCIDOS. ..................................63

    4.4.3. CIDOS OXCIDOS DEL GRUPO I (F Cl Br I) Y EL NITRGENO (N): ..........................................................................................................63

    4.4.4. CIDOS OXCIDOS DEL GRUPO II (S Se Te). ..............................63

    4.4.5. CIDOS OXCIDOS DEL GRUPO IV DEL (C- Si Ge) .......................64

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 4

    4.4.6. CASOS ESPECIALES DE LOS CIDOS OXCIDOS (P As Sb). 65

    4.5. IONES: ANIONES Y CATIONES. .......................................................................67

    4.6. SALES. ....................................................................................................................69

    4.6.1. SALES HALGENAS. .................................................................................69

    4.6.2. SALES HALGENAS CIDAS ..................................................................71

    4.6.3. SALES HALGENAS BSICAS ...............................................................71

    4.6.4. SALES OXISALES. .......................................................................................72

    5. ESTEQUIOMETRIA ........................................................................................................77

    5.1. ASPECTO GENERALES: DEFINICIN............................................................77

    5.2. LA MOL O MOLCULA GRAMO NUMRO DE AVOGADRO. ................77

    5.3. FRMULA QUMICA ............................................................................................80

    5.4. PESO FORMULA O MASA FRMULA ..........................................................81

    5.5. COMPOSICIN ESTEQUIOMETRICA..............................................................82

    5.5.1. PORCENTAJE O COMPOSICIN PORCENTUAL. ...................................83

    5.5.2. Relacin Peso - Peso. .....................................................................................83

    5.5.3. Relacin Peso - Volumen. ..............................................................................84

    5.5.4. Relacin Volumen - Volumen. ......................................................................84

    5.6. ELEMENTOS EN TRAZAS ..................................................................................84

    Partes por milln (ppm).................................................................................85 5.6.1.

    5.6.2. Partes por billn (ppb) ...................................................................................85

    5.7. LEYES PONDERALES ........................................................................................86

    5.7.1. LEY DE LAVOISIER O DE LA CONSERVACIN DE LA MATERIA....86

    5.7.2. LEY DE PROUST O DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS. .................87

    5.7.3. LEY DE DALTON O DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES. ................88

    5.7.4. LEY DE LAS PROPORCIONES RECPROCAS O DE WENZEL Y RICHTER .............................................................................................................................88

    5.8. LEYES VOLUMTRICAS ....................................................................................89

    5.8.1. LEYES VOLUMTRICAS O DE GAY LUSSAC ..........................................89

    5.8.2. VOLUMEN MOLECULAR GRAMO. ..............................................................90

    5.9. LA HIPTESIS DE AVOGADRO. ..................................................................90

    5.10. COMPOSICIN EN PORCENTAJE DE LOS COMPUESTOS QUIMICOS .........................................................................................................................91

    5.11. DETERMINACIN DE LA FRMULA EMPIRICA Y MOLECULAR DE UN COMPUESTO .....................................................................................................95

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    5.12. DETERMINACIN DE LA FORMULA EMPIRICA A PARTIR DE UNA COMPOSICIN PORCENTUAL. ......................................................................96

    5.13. CALULOS ESTEQUIOMETRICOS SOBRE LA BASE DE LAS ECUACIONES QUIMICAS. ..........................................................................................98

    5.13.1. RELACIONES MOLARES A PARTIR DE ECUACIONES QUMICAS. ........................................................................................................................98

    5.13.2. CALCULOS DE MOL A MOL. .................................................................99

    5.14. EJERCICIOS DE APLICACIN. ..............................................................101

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 6

    ASIGNATURA: QUMICA

    1. GENERALIDADES.

    El hombre desde los albores de la humanidad hasta nuestros das,

    trata de conocer el origen de los fenmenos que transforman la naturaleza, y

    sobre todo sus repercusiones e impactos, debido a los cambios que en ella se

    han generado;y , en las formas de vida que han desarrollado en las

    sociedades; llegando ha establecer la relacin entre la sociedad-naturaleza y

    conocimiento, hacindo necesaria la bsqueda constante de hehos y

    explicaciones cientficas, a objeto de fundamentar y mejorar la existencia del

    ser humano. En este mbito, la ciencia en la actualidad se ha desarrollado a

    tal punto que la informacin que es posible de obtenerse, se vuelve imposible

    pensar que el ser humano pueda dominarla en su totalidad, de ah que se

    desarrollan los diferentes campos del saber; como el de las Ciencias

    Qumicas; y con ello surge la Qumica como la ciencia que estudia la

    materia, su estructura, propiedades y transformaciones; convirtindose en la

    ciencia que tiene su relevancia tanto cientfica como social, ya que al

    estudiar la naturaleza aplicando el Mtodo cientfico proporciona un

    conocimiento de la qumica, para transformarla, desarrollando la tecnologa

    acorde a su entorno y teniendo como objetivo principal el beneficio a

    sociedad para potenciar las operaciones y procesos garantizando la

    produccin de un bien tanto de servicio como de consumo dentro del

    desarrollo en sus diversas formas.

    1.1 DEFINICIN ETIMOLGICA.

    El origen de la qumica se pierde en el tiempo, por lo tanto no existe

    un criterio nico peor an definido sobre su significado, sin embargo es

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

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    necesario puntualizar algunos vocablos y su significacin en diferentes

    idiomas:

    CHEMIA, que es un vocablo griego que significa negro.

    CHEMAN, es una palabra hebrea que significa misterioso.

    KEMA, palabra rabe que significa oculto.

    La Qumica se ubica dentro el campo de las ciencias fsicas conjuntamente

    con la Astronoma, Geologa y la Fsica; constituyendo en un trmino que

    comprende las ramas de las ciencias que estudian la estructura del mundo

    fsico, las leyes que la gobiernas y, en general, la materia inorgnica.

    Finalmente podemos expresar que en el afn de relacionar lo factico con o

    formal se sintetiza lo enunciado por Albert Einstein la Qumica como ciencia:

    Es un intento de relacionar la caotica diversidad de nuestra experiencia

    sensorial con un sistema lgico y uniforme de pensamiento

    1.1.1 CONCEPTO.

    La Qumica es una ciencia que estudia la interaccin matera-energa, as

    como los cambios que se originan en la estructura interna de la materia

    acompaados de los cambios en la energa.

    Ciencia que se encarga del estudio de la composicin, estructura y

    propiedades de las sustancias, de sus interacciones y de los efectos

    producidos sobre ellas al aadir o extraer energa en cualquiera de sus

    formas.

    Ciencia exacta que estudia las transformaciones que ocurren en la materia.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

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    Ciencia que estudia la estructura de la materia, sus propiedades, las

    transformaciones o reacciones que pueden sufrir y que estn sujetas a leyes

    y principios, que producen absorcin o liberacin de energa.

    Es la ciencia natural, experimental por excelencia que estudia la

    constitucin de la materia, las interacciones de los tomos que permiten

    derivar en nuevos productos y los fenmenos que modifican la materia.

    En forma general, estudia la transformacin de la materia, ejemplo de esta

    concepcin tenemos: la transformacin de los alimentos en los organismos

    vivos, la transformacin del oxgeno en gas carbnico en la respiracin de los

    seres vivos, en la industria petroqumica en el estudio de los derivados del

    petrleo, en la industria del papel en la transformacin de la celulosa entre

    los diversos procesos y operaciones para lograr un producto o bien para el

    consumo.

    Por lo expuesto: La qumica es una ciencia dinmica que relaciona la

    estructura, el comportamiento de la materia, la relacin del contenido

    energtico que genera, la rapidez de transformacin como parte central. Su

    estudio como ciencia radica en el conocimiento sistematizado y por tanto

    constituye una rama del saber humano, en este contexto: La Qumica es la

    Ciencia que estudia la naturaleza de la materia, su estructura y los cambios

    en la composicin que se producen en una transformacin; Adems de las

    propiedades de los cuerpos simples y compuestos, los fenmenos de

    transformacin y de combinacin con el fin de establecer la teora y derivar

    las leyes que rigen el comportamiento de la materia. Se considera que la

    qumica es la ciencia que estudia e investiga el conocimiento de las

    sustancias que forman los seres, sus propiedades, los cambios que

    experimentan al actuar unas sustancias sobre otras, las leyes que rigen

    dichos cambios y las teoras que la explican.

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    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 9

    1.2 CLASIFICACIN DE LA QUMICA.

    Cualquier clasificacin de la Qumica, corre el riesgo de ser una

    simplificacin excesiva; sin embargo, con el propsito de tener una clara

    visin del accionar de la qumica, se la divide as:

    1.2.1 QUMICA GENERAL Y APLICADA.

    Estudia las propiedades qumicas comunes de todos los cuerpos y las leyes

    que rigen los fenmenos qumicos; la constitucin, la estructura y las

    propiedades.

    1.2.2 QUMICA ORGNICA O DEL CARBONO:

    Estudia las sustancias orgnicas que se encuentran en los seres vivos y

    los componentes naturales y artificiales del carbono.

    1.2.3 QUMICA INORGNICA O MINERAL:

    Estudia la estructura propiedades y aplicaciones de los elementos y

    compuestos del reino mineral o inanimado.

    1.2.4 QUMICA ANALTICA:

    Identifica los elementos que forman parte de un cuerpo por intermedio

    del anlisis cualitativo. Al igual que descubre la proporcin de elementos

    que se han combinado o mezclado por intermedio del anlisis cuantitativo.

    1.2.5 QUMICA FSICA.

    La fisicoqumica o qumica fsica es una rama de la qumica que

    estudia la materia empleando conceptos fsicos.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

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    Segn G. Lewis, "La fisicoqumica es cualquier cosa interesante", con lo cual

    probablemente se refera al hecho de que muchos fenmenos de la

    naturaleza con respecto a la materia son de principal inters en la fsico-

    qumica.

    La fsicoqumica representa una rama donde ocurre una combinacin de

    diversas ciencias, como la qumica, la fsica, termodinmica, electroqumica

    y la mecnica cuntica donde funciones matemtica pueden representar

    interpretaciones a nivel molecular y atmico estructural. Cambios en la

    temperatura, presin, volumen, calor, concentracin y trabajo en los

    sistemas ya sean lquidos, slidos y/o gaseosos y/o se encuentran tambin

    relacionados a estas interpretaciones de interacciones moleculares. W.

    Gibbs, junto con Lewis son los considerados padres de la Fsico-Qumica, en

    1876 publica su obra "On the Equilibrium of Heterogeneous Substances" en

    l introduce los trminos como energa libre, potencial qumico, regla de las

    fases, que aos ms tarde seran de principal inters de estudio en esta

    disciplina.

    1.2.6 QUMICA INDUSTRIAL.

    La Qumica Industrial es una parte de la qumica que cubre la

    necesidad en lo que se relaciona al desarrollo de nuevos productos y

    procesos, que sean competitivos tanto en la calidad como en el costo,

    respetando la primicia de crear al mismo tiempo tecnologas limpias que

    eviten o minimicen la contaminacin ambiental. En resumen, estudia los

    procedimientos industriales de obtencin de las sustancias sintetizadas en el

    laboratorio.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 11

    1.2.7 BIOQUMICA.

    La bioqumica es la ciencia que estudia los componentes qumicos de

    los seres vivos, especialmente las protenas, carbohidratos, lpidos, cidos

    nucledos, adems de otras pequeas molculas presentes en las clulas. La

    bioqumica se basa en el concepto de que todo ser vivo contiene carbono y en

    general las molculas biolgicas estn compuestas principalmente de

    carbono, hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, fsforo, y azufre. Es la ciencia que

    estudia la base de la vida: las molculas que componen las clulas y los

    tejidos, que catalizan las reacciones qumicas, de la digestin, la fotosntesis

    y la inmunidad, entre otras. En consecuencia, para tener un dominio del la

    bioqumica, de hecho se debe conocer las ciencias fsicas y qumicas.

    Esta clasificacin no es la nica, lo que se trata es de englobar las

    actividades donde se evidencia el accionar de la qumica.

    1.3 RELACIN DE LA QUMICA CON OTRAS CIENCIAS.

    La qumica es muy importante y ello se refleja por la relacin que tiene

    con las diversas ciencias del conocimiento, as:

    1.3.1 CON LAS CIENCIA NATURALES.

    La qumica se encuentra en el grupo de las Ciencias Naturales, por

    consiguiente est relacionada con todas las que se derivan de ella; as, con

    las CIENCIAS BIOLGICAS, guarda estrecha relacin al estudiar los

    fenmenos vitales, los cuales en esencia no son otra cosa que fenmenos

    qumicos; en este mbito existe una ciencia dedicada al estudio que

    experimenta la materia viva, esta es la BIOQUMICA.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

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    1.3.2 CON LA MEDICINA.

    La qumica ha permitido con sus avances identificar macromolculas

    como el ADN, as tambin en el desarrollo de productos de tipo farmacutico

    como son: antibiticos, sulfas, aspirina, quinina, agua oxigenada (H2O2),

    anestsicos.

    1.3.3 CON LAS CIENCIAS GEOLGICAS.

    El conocimiento de la qumica define el entendimiento de las

    estructuras minerales que conforman las rocas de la corteza terrestre. Define

    adems la utilidad y campo de accin industrial de los minerales, y en un

    tercer eje define el complemento de las reacciones qumicas en las

    afectaciones ambientales en: suelo, agua y aire.

    1.3.4 CON LA AGRICULTURA.

    El conocimiento de la qumica, ha permitido la obtencin de abonos

    qumicos como fertilizantes enriquecidos en Nitrgeno, Fsforo y

    microelementos que son requeridos para el crecimiento de las plantas;

    adems de insecticidas y fungicidas para control de plagas.

    La Qumica en conjunto con la Fsica guarda una estrecha relacin ya que

    sin el conocimiento de esta ltima no podra entenderse los procesos

    qumicos en la naturaleza y es evidente que no existe un lmite definido entre

    las dos ciencias.

    En forma general la qumica constituye un aporte sustantivo en el campo de

    la industria como en los casos de: fabricacin del cemento, materiales para

    la construccin como el hierro, acero y otras aleaciones metlicas,

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 13

    explotacin petrolera, vidrio, plsticos, resinas, tejidos, pinturas, explosivos,

    gas de alumbrado, jabn, cosmticos, perfumes, entre otros.

    1.4 RASGOS EVOLUTIVOS DE LA QUMICA

    El origen de la qumica, segn documentos histricos (papiros escritos

    en forma cabalstica 1), se remontan a la edad primitiva, especficamente a la

    poca paleoltica (aproximadamente hace 25000 aos) en la cual la Qumica

    se inicia como arte, y sus conocimientos aunque empricos, fomentaron

    evidentemente el progreso de la tcnica humana en funcin de su cultura.

    Con el descubrimiento de los metales se da un paso importante a la

    utilizacin del fuego y a la quema de la madera, y surgen los primeros

    procesos qumicos conocidos realizados por los artesanos en Mesopotamia,

    Egipto y China. Al principio, trabajaban con metales nativos como el oro

    (para la decoracin) y el cobre (en la defensa), sea en estado puro o en

    combinacin con otros elementos, rpidamente aprendieron a fundir menas

    (principalmente los xidos metlicos y los sulfuros) calentndolas con

    madera o carbn de lea para obtener los metales. El uso progresivo del

    cobre (Cu), de la plata (Ag), del Plomo (Pb) del bronce (aleacin) y hierro (Fe)2

    dio origen al desarrollo de la humanidad tanto en el arte de guerra como en

    los estndares de vida. Los arquelogos en base a los descubrimientos de

    residuos histricos de stos materiales establecen criterios importantes en

    torno a la evolucin del hombre. En estas culturas se inici tambin una

    tecnologa qumica primitiva (Qumica Paleoltica3), con la preparacin de

    pigmentos y esencias, las cuales fueron utilizadas fundamentalmente para

    tejidos y alfarera, ms tarde aprendieron a fabricar el vidrio, surge la

    utilizacin de la cal para la construccin y de las mezclas para embalsamar

    a sus muertos. La alfarera en la prehistoria alcanz un considerable

    1 Balta-Elias La Materia y la Energa, pgina 306

    2 Ibd. Pgina306.

    3 Ibd. Pgina305.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 14

    desarrollo, as aproximadamente hace unos 3600 aos en China, se fabric

    artculos de porcelana y se utiliz colorante para su decoracin. La mayora

    de estos artesanos trabajaron en monasterios y palacios haciendo artculos

    de lujo con fines exclusivamente religiosos, constituyendo el llamado Arte

    Sagrado 4

    Demcrito junto a Leucipo se los considera los creadores de la Escuela

    Atomista. Se admite, en la poca de 460-370 AC que la materia era eterna y

    que estaba formada por tomos de movimiento constante (tomos enteros

    invisibles, indestructibles, indivisibles y de diferente tamao).

    EMPEDCLES, (griego, 400 aos a. de C.), sostuvo que la materia estaba

    formada por cuatro elementos fundamentales: aire, agua, fuego y tierra.

    ARISTTELES, (griego, 384-322 aos a. de C.), dedujo cuatro esencias en la

    naturaleza: lo fro, lo caliente, lo hmedo y lo seco. Realiza la primera

    tentativa de usar el mtodo experimental; al tratar de pesar un odre lleno de

    aire, en una balanza rstica, como no observo variacin alguna en la

    balanza, dedujo que el aire no posea peso.

    En los primeros siglos de nuestra era se consideraba a la qumica ya no

    solamente como Arte sino como Ciencia, se formulan leyes y postulados que

    sientan las bases para futuros descubrimientos.

    La alquimia nace en el antiguo Egipto, y empieza a florecer en Alejandra, en

    el periodo helenstico; segn los escritos de algunos de los primeros filsofos

    griegos contienen las primeras teoras qumicas. Al respecto, Zsimo de

    Tebas (alrededor del 250-300 a. de C.), descubri que el cido sulfrico era

    un disolvente de metales y liber oxgeno del xido rojo de mercurio. El

    4 Ibd. Pgina 306

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 15

    concepto fundamental de la alquimia proceda de la doctrina aristotlica de

    que todas las cosas tienden a alcanzar la perfeccin, puesto que otros

    metales eran considerados menos perfectos que el oro, era razonable

    suponer que la naturaleza formaba oro a partir de esos metales en el interior

    de la Tierra, y con habilidad y la diligencia suficientes, un artesano podra

    reproducir este proceso en el taller; al principio, los esfuerzos hacia este

    objetivo eran empricos y prcticos, prctica que fue decayendo a causa de

    los repetidos fracasos de sus mtodos principalmente porque los charlatanes

    que se aprovecharon de la codicia de los poderosos acabaron por

    desacreditarla, sin que podamos precisar lo que la qumica actual debe

    agradecer a cada uno de ellos.

    Es por ello, que muchos qumicos sealan que en el transcurso de los

    cuatro siglos se trato de encontrar una solucin a dos asuntos importantes,

    la piedra filosofal y el elixir de la larga vida, que se constituyeron en la

    panacea universal 5

    LA PIEDRA FILOSOFAL, un mineral u objeto que al contacto con cualquier

    metal lo converta en oro, era como una piedra mgica; y, el ELIXIR DE LA

    LARGA VIDA, que deba tener la propiedad de que las personas que tomaban

    este lquido no envejecan y podan prolongar la vida indefinidamente.

    Ni el elixir de larga vida, ni la piedra filosofal se descubrieron, pero tuvieron

    la virtud de incentivar en el hombre de la poca el afn de investigar, se

    descubrieron nuevas tcnicas qumicas, nuevos metales como el As, Bi, P,

    Sb y muchos de sus compuestos; sustancias orgnicas, jarabes, remedios.

    Posteriormente en la Yatroqumica Iatroqumica (siglo XIII hasta el

    siglo XVII), los estudios de los alquimistas se orientaron hacia la curacin de

    las enfermedades. Se destaca el suizo PARACELSO, que consideraba al

    hombre como una combinacin equilibrada de molculas qumicas y

    sostena que las enfermedades se desencadenaban cuando se perda este

    5 LNS: Coleccin Qumica I. Pgina 5

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 16

    equilibrio qumico y que, por lo mismo slo podan curarse con sustancias

    qumicas; como resultado se descubre algunas medicinas.

    En el siglo XVI, se descubre cmo crear el vaco, algo que Aristteles haba

    declarado imposible, esto atrajo la atencin sobre la antigua teora de

    Demcrito, que haba supuesto que los tomos se movan en el vaco. El

    filsofo y matemtico francs Ren Descartes y sus seguidores desarrollaron

    una visin mecnica de la materia en la que el tamao, la forma y el

    movimiento de las partculas diminutas explicaban todos los fenmenos

    observados. La mayora de los Iatroqumicos y filsofos naturales de la poca

    suponan que los gases no tenan propiedades qumicas, de aqu que su

    atencin se centrara en su comportamiento fsico.

    Con el Renacimiento la qumica entra en un franco proceso de transicin,

    durante el cual desaparecen las ideas preponderantes de la Edad Media. La

    sensibilidad intelectual mejora gracias a la influencia de los avances y

    descubrimientos de la poca. La Filosofa, la Matemticas y la Fsica

    alcanzan un grado de desarrollo elevado; el mtodo experimental,

    preconizado por Francisco Bacn (1561-1641), Galileo Galilei (1564-1641) y

    Gassend (1592-1655), se va imponiendo contra el escolasticismo y las

    teoras aristotlicas; el estudio de la atmsfera iniciado por Torricelli y

    continuado por Pascal abri nuevos horizontes a los investigadores; las ideas

    de Newton y de Leibnizt revelaron muchos misterios que envolvan los

    fenmenos ms visibles. Finalmente la constitucin de las sociedades

    cientficas crea un ambiente propicio para discutir y conocer los adelantos

    cientficos. Desde este momento la Ciencia deja de ser un tesoro secreto para

    convertirse en un bien colectivo, enriquecindose cada uno con el trabajo de

    todos.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 17

    Uno de los primeros qumicos que inaugura esta poca es el belga Van

    Helmont (1577-1644) se lo considera como el precursor del Mtodo

    experimental qumico; en este mismo mbito surge Robert Boyle (1627-

    1691) con el descubrimiento de la ley que lleva su nombre relativa a los

    gases y por consiguiente la aparicin de la teora cintico-molecular. La obra

    de Boyle tiene el mrito de establecer limpiamente los problemas qumicos y

    de dar comienzo a la poca de las teoras qumicas que explican sus

    fenmenos, con ello la poca de la qumica neumtica, con una

    generalizacin de la relacin inversa entre la presin y el volumen de los

    gases.

    En la segunda mitad del siglo VII, el mdico, economista y qumico alemn

    Johann Joachim Becher construy un sistema qumico en torno a su

    principio, anot que cuando la materia orgnica arda, pareca que un

    material voltil sala de la sustancia. Su discpulo Georg Ernst Stahl, hizo

    de ste el punto central de una teora que sobrevivi en los crculos qumicos

    durante casi un siglo, supuso que cuando algo arda, su parte combustible

    era expulsada al aire. A esta parte la llam flogisto, de la palabra griega

    flogistos, inflamable. La oxidacin de los metales era anloga a la

    combustin y, por tanto, supona prdida de flogisto, las plantas absorban

    el flogisto del aire, por lo que eran ricas en l, al calentar las escorias (u

    xidos) de los metales con carbn de lea, se les restitua el flogisto, as

    dedujo que la escoria era un elemento y el metal un compuesto. Esta teora

    es casi exactamente la contraria al concepto moderno de oxidacin-

    reduccin, pero implica la transformacin cclica de una sustancia (aunque

    fuera en sentido inverso), y poda explicar algunos de los fenmenos

    observados. Sin embargo, recientes estudios de la literatura qumica de la

    poca muestran que la explicacin del flogisto no tuvo mucha influencia

    entre los qumicos hasta que fue recuperada por el qumico Antoine Laurent

    de Lavoisier, en el ltimo cuarto del siglo XVIII, esta teora fue errnea pero

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 18

    contribuyo a que tratando de descubrirla, los investigadores descubrieran

    nuevas sustancias qumicas:

    Macquer, descubri el cido arsnico (H3AsO4).

    Scheele, descubri el amoniaco (NH3) y el cido sulfrico (H2SO4).

    Priestly, estudio la respiracin de los animales y las plantas, y

    descubri l nitrgeno (N2), el oxgeno (O2) y el anhdrido carbnico (CO2).

    Cavendish, descubri el hidrgeno (H2).

    En lo que se refiere al perodo de la Teora Atmico Molecular, sobresalen los

    estudios que realiza: Lavoisier, quien tiene el mrito de introducir las

    medidas y la balanza para explicar mejor las reacciones qumicas, y

    demuestra que la materia tiene peso y que es indestructible, estableciendo

    as su Ley de la Conservacin de la Materia. Con una serie de experimentos

    brillantes comprob que el aire contiene un 20% de oxgeno y que la

    combustin es debida a la combinacin de una sustancia combustible con

    oxgeno. Al quemar carbono se produce aire fijo (dixido de carbono),

    consecuentemente, el flogisto no existe. La teora del flogisto fue sustituida

    rpidamente por la visin de que el oxgeno del aire, se combina con los

    elementos componentes de la sustancia combustible, formando los xidos de

    dichos elementos. Lavoisier utiliz la balanza de laboratorio para darle apoyo

    cuantitativo a su trabajo (leyes ponderales), defini los elementos como

    sustancias que no pueden ser descompuestas por medios qumicos,

    preparando el camino para la aceptacin de la Ley de Conservacin de la

    Masa, sustituy el sistema antiguo de nombres qumicos (basado en el uso

    alqumico) por la Nomenclatura Qumica Racional utilizada en la actualidad;

    y, ayud a fundar el primer peridico qumico. Despus de morir en la

    guillotina en 1794, sus colegas continuaron su trabajo estableciendo la

    Qumica Moderna.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 19

    El qumico sueco Jns Jakob, barn de Berzelius propuso representar los

    smbolos de los tomos de los elementos por la letra o par de letras inciales

    de sus nombres. Proust, en 1896 comprueba que en toda combinacin los

    componentes intervienen en determinada relacin. Dalton estableci la

    teora atmica, que luego ayudara enormemente para una fcil comprensin

    de las reacciones qumicas.

    Finalmente surge la era de la radiactividad y de la fsica atmica cuando a

    mediados del siglo XIX Clausius, modifica la teora atmica de Dalton al

    descubrir fracciones de molculas o iones dotados de carga elctrica; luego

    en 1898, los esposos CURIE, al efectuar estudios en el elemento radio

    descubrieron que los tomos podan desintegrarse en partculas ms

    pequeas de electrones y protones. Los electrones son considerados ahora

    como partculas vibrantes en el tomo y causantes de las vibraciones del

    ter, siendo estos fenmenos la base de los conceptos de electricidad y luz.

    Concomitante a ello, la qumica inorgnica tambin necesitaba organizarse,

    seguan descubrindose nuevos elementos, pero no se haba sistematizado

    ningn mtodo de clasificacin que pudiera poner orden en sus reacciones.

    El sistema peridico, formulado a raz de que el qumico ruso Dmitri

    Ivnovich Mendeliev en 1869 y el qumico alemn Julius Lothar Meyer en

    1870 elaboraran independientemente la ley peridica, elimin esta confusin

    e indic dnde se encontraran los nuevos elementos y qu propiedades

    tendran. A partir de entonces sabios como Kelvin, Bohr, Rutherford, Planck,

    Pauli, entre otros, se han consagrado a conocer ms a fondo la estructura

    del tomo y de la materia.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 20

    El descubrimiento de la radiactividad se debe al fsico francs Henri

    Becquerel, al comprobar casualmente en 1896 cmo quedaba impresa una

    placa fotogrfica en la que se haban colocado cristales de uranio U y potasio

    K, aun sin la intervencin de la luz solar. La radiactividad supone que las

    sustancias llamadas radiactivas emiten espontneamente radiaciones

    capaces de atravesar la materia, que impresionan placas fotogrficas o

    producen ionizacin o fluorescencia.

    Otro avance importante de la qumica en el siglo XX fue la creacin de la

    Bioqumica; empezando con el anlisis de los fluidos corporales, pero pronto

    se desarrollaron mtodos para determinar la naturaleza y funcin de los

    componentes celulares ms complejos; posteriormente hacia la mitad del

    siglo, los bioqumicos haban iniciado el estudio y la clasificacin del cdigo

    gentico y explicado la funcin de los genes, base de la vida; el campo haba

    crecido tanto que su estudio culmin estableciendo las bases de una nueva

    ciencia, la Biologa Molecular.

    Parafraseando, lo expresado en el acpite anterior podemos concluir con la

    siguiente frase:

    La qumica antigua era un arte que trataba de crear; luego se convirti en

    ciencia que intentaba explicar los fenmenos. La Qumica Moderna se ocupa

    de ambas cosas: explica los fenmenos, los predice, los controla y luego busca

    crear nuevos hechos.

    1.5 IMPORTANCIA DEL ESTUDIO DE LA QUMICA.

    Desde los primeros tiempos, el hombre primitivo se sinti

    impresionado ante la magnificencia de la naturaleza y de los fenmenos que

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 21

    en ella se producen, sin embargo tratar de enumerarlos resulta difcil por

    ello es necesario limitarnos a describir la importancia de la qumica para el

    ser humano. Todo lo que le rodea al hombre est implcitamente aplicada a

    esta ciencia, constituyndose en su principal protagonista y el pensamiento

    humano se encamina hacia la apropiacin de la realidad (realidad que puede

    ser conocida e intervenida por el ser humano, en la medida que ste la

    transforme en una realidad para s.); por tanto, su estudio es importante

    para lograr una mayor comprensin acerca de la naturaleza as como de las

    fuerzas que la amenazan.

    El hombre percibe los objetos que le rodea y que estn a su alcance

    mediante los sentidos (vista, odo, gusto, olfato y tacto), consecuentemente

    tenemos conciencia y percibimos lo que constituye la naturaleza del

    Universo (materia).

    El desarrollo de la qumica a lo largo de la historia se ha basado en la

    observacin de los procesos, as como en las transformaciones que

    experimentan las substancias al variar su composicin, se constituyen en el

    fundamento para resolver los problemas en sus diferentes dimensiones, a tal

    punto que en la vida cotidiana el hombre se encuentra con diversidad de

    procesos qumicos.

    Se puede afirmar que el hombre ha convivido con la Qumica sin advertir su

    presencia, slo es cuestin de mirar con atencin las cosas que nos rodean,

    as a la qumica le interesa los materiales que constituyen las cosas: la

    celulosa en vez de los rboles, el nquel y no la moneda, el oro y no el anillo,

    el hierro y no el pupitre, la slice presente en el vidrio y no la ventana, la

    glucosa y no la manzana, la fructuosa y no la fruta, dndonos una visin

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 22

    general de la importancia que tienen las Ciencias Qumicas con el entorno

    sobre el cual actuamos.

    Para concluir la qumica se reviste de importancia por su relacin con todas

    las Ciencias (lgicas y fcticas o experimentales) lo cual ha permitido el

    desarrollo en lo cientfico, tecnolgico, econmico e industrial.

    1.6 EL MTODO CIENTFICO EN LA QUMICA.

    La Qumica al ser una ciencia que estudia la materia y los distintos

    estados de agregacin, propiedades, composicin y transformaciones;

    requiere considerar el desarrollo del conocimiento cientfico, lo que amerita

    especificar un mtodo especfico como el Cientfico, el mismo que se

    constituye en un proceso metdico secuencial y ordenado para reconocer los

    diversos aspectos del mundo en que se vive. As al ser el mtodo cientfico

    un riguroso procedimiento intelectual, permitir su apropiado empleo, al

    examinar los objetos y los hechos, al acumular la informacin,

    necesariamente requiere: seleccionar, organizar, comparar y relacionar los

    datos obtenidos con una doble finalidad como describir la naturaleza para

    luego interpretarla.

    La simple enumeracin de fenmenos observados, no es suficiente para el

    cientfico cuya mxima aspiracin es explicar las causas y los mecanismos

    que producen dichos fenmenos. Cuando la qumica investiga la realidad, en

    procura de nuevos conocimientos se comporta como una ciencia pura. Si la

    qumica persigue fines utilitarios, aprovechando los conocimientos para

    beneficio de la humanidad se convierte en ciencia aplicada. Sin embargo no

    existe una metodologa nica para desarrollar un proceso cientfico; al

    respecto cada rea del conocimiento tiene sus propios mtodos, sus propias

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 23

    estrategias y enfrenta los problemas de su rea desde distintos ngulos; pero

    todas se rigen por principios comunes. En el caso de las ciencias

    experimentales como la Qumica, la fsica y la biologa, casi siempre utilizan

    un mtodo comn en el cual se pueden diferenciar las etapas sucesivas del

    mtodo cientfico, as tenemos:

    1.6.1 OBSERVACIN DEL FENMENO.

    La observacin es la base del trabajo cientfico, constituye el primer

    paso del mtodo cientfico; la misma que tiene lugar cuando se hace un

    registro sistemtico, vlido y confiable de comportamientos, o conducta

    manifiesta, y puede utilizarse como instrumento de medicin en muy

    diversas circunstancias a propsito de algn evento o caracterstica del

    mundo de la realidad, esta observacin puede inducir una pregunta sobre

    este evento o caracterstica. Observamos para entender por qu o cmo

    ocurren los fenmenos. Nos ayudamos de nuestros sentidos y de diversos

    instrumentos de medida para observar y luego de haber realizado

    anotaciones y mediciones por repetidas veces, podemos plantear preguntas

    concretas. Algunos investigadores sealan que es importante que las

    observaciones que se hagan puedan ser reproducidas y confirmadas por

    otras personas. Una vez que se ha definido el fenmeno que se quiere

    estudiar, en primer lugar se debe observar su aparicin, las circunstancias

    en las que se producen y sus caractersticas. En el caso de la observacin de

    la naturaleza, nos provoca curiosidad, nos hace preguntarnos cmo sta

    funciona y nos motiva a investigar; en todo trabajo investigativo la

    observacin se la aplica durante todo el proceso de investigacin.

    1.6.2 REVISIN DE TRABAJOS PREVIOS.

    Este segundo paso consiste en detectar, obtener y consultar la

    bibliografa y otros materiales que pueden ser tiles para los propsitos de

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 24

    los estudios, as como en extraer y recopilar la informacin relevante y

    necesaria que atae a nuestra temtica o simplemente consultar las diversas

    fuentes para informarse acerca de lo que se conoce hasta el momento sobre

    el tema que se va a tratar. Por esta razn se dice que la ciencia es

    acumulativa, pues los nuevos conocimientos se construyen sobre los

    anteriores y de esta manera se va ampliando.

    1.6.3 FORMULACIN DE HIPTESIS.

    El paso siguiente es proponer respuestas a las preguntas que nos

    habamos formulado con anterioridad se trata de explicar y predecir en lo

    posible los hechos o fenmenos si se comprueban. Varios investigadores

    coinciden en describir a las hiptesis como explicaciones o interpretaciones

    anticipadas a un problema, proceso o ley, pero sin una evidencia

    experimental que la apoye. Estas suposiciones son provisionales y pueden

    ser falsas o verdaderas, por lo cual constituyen un puente entre la teora y la

    investigacin. La construccin de las hiptesis se apoya en un sistema de

    conocimientos organizados formando un contexto terico comprobado

    mediante la verificacin emprica.

    1.6.4 COMPROBACIN EXPERIMENTAL DE LA HIPTESIS.

    A continuacin se intenta probar si la hiptesis planteada logra

    explicar satisfactoriamente el fenmeno en cuestin. Para ello se disea un

    experimento, durante el cual se realizan nuevas observaciones, pero bajo

    condiciones controladas. La verificacin emprica consiste en explicar y

    predecir en lo posible los hechos o fenmenos si se comprueba la relacin

    enunciada.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 25

    1.6.5 PLANTEAMIENTO Y DIVULGACIN DE LAS

    CONCLUSIONES.

    Las observaciones y datos obtenidos en el experimento constituyen

    resultados concretos que deben ser analizados con el fin de determinar si

    corroboran o no la hiptesis; y, plantear luego las conclusiones. En caso

    afirmativo, la hiptesis generar una teora cientfica, es decir una

    explicacin que da razn de lo observado. De lo contrario se procede a

    replantearla y a disear nuevos experimentos. Las conclusiones deben ser

    comunicadas al resto de la comunidad cientfica, con el fin de generar

    discusiones y permitir que sean utilizadas como punto de partida para otros

    descubrimientos o como fundamento para aplicaciones tecnolgicas.

    1.6.6 ELABORACIN DE LEYES.

    Despus de una serie de experimentos, es posible evidenciar

    regularidades y relaciones entre diferentes sucesos que se enuncian de

    manera concisa y matemtica en forma de Leyes Cientficas. A diferencia de

    una teora, una ley es descriptiva, no explicativa y se aplica a un conjunto

    bien definido de fenmenos, por lo que no puede tomarse como una verdad

    absoluta.

    Lo que hace vlida una Teora Cientfica es que explique todos los

    hechos conocidos hasta el momento y que puede analizarse para predecir

    resultados de nuevas observaciones. Siempre que las predicciones estn de

    acuerdo con los experimentos, confirmando la teora.

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    2. MATERIA Y ENERGA.

    2.1 LA MATERIA. DEFINICIN

    El Universo est constituido por materia; y, se sintetiza como todo

    aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio y forma la totalidad

    de las cosas. Rubn (1974) seala que, la heterogeneidad del universo se

    debe a la materia, lo que conduce a la idea de espacio-tiempo; concluye

    indicando que todos los sucesos y acontecimientos que observamos en la

    naturaleza y en el universo estn relacionados con la materia.

    Consecuentemente la materia se define como todo aquello que conforma el

    mundo fsico, que pueden percibir nuestros sentidos; y, dotada de Cantidad

    (masa) y Extensin (espacio), puede presentarse en uno de los estados de

    Agregacin (slido lquido, gaseoso y plasma). En el siguiente esquema se

    describe las formas desde el punto de vista qumico de la materia.

    Sobre lo expuesto, los elementos y compuestos que la estructuran pueden

    ser: materia orgnica, materia inorgnica y materia viva.

    La materia orgnica estudiada por la Qumica Orgnica. En la cual

    las molculas orgnicas que la constituyen son derivados del carbono;

    elemento que puede combinarse consigo mismo en una infinidad de veces, y

    dar lugar a molculas grandes y complejas.

    La materia inorgnica estudiada por la Qumica Inorgnica. Est

    formada por molculas ms simples y constituida por todos los elementos

    qumicos.

    La materia viva es aquella que forma parte de los seres vivos. Puede

    ser orgnica (protenas, lpidos, azcares, aminocidos, enzimas y vitaminas

    entre otras); y, tambin puede ser inorgnica (agua, sales minerales). De ah

    que la materia viviente se define como un sistema psico-qumico sumamente

    complejo, termodinmicamente activo, capaz de poder captar energa de su

    entorno y transformarla en su propio beneficio.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 27

    2.2 PROPIEDADES DE LA MATERIA

    Referirse a las propiedades de la materia conlleva a explicitar las

    caractersticas o cualidades que nos permiten describir a los cuerpos,

    mismas que se resumen en dos grupos:

    2.2.1 PROPIEDADES EXTENSIVAS, GENERALES O ADITIVAS.

    Son comunes a los cuerpos y no permiten diferenciar individualmente;

    dependen de la cantidad de materia, as por ejemplo: masa, peso, inercia,

    volumen, discontinuidad, extensin, longitud, divisibilidad,

    impermeabilidad; por si solas no son de gran utilidad para su identificacin.

    2.2.2 PROPIEDADES ESPECFICAS O INTENSIVAS.

    Su valor es definido por lo cual permite, diferenciar los cuerpos, color,

    olor el sabor, dureza, densidad, peso especfico, temperatura, punto de

    fusin, punto de ebullicin, maleabilidad, dustibilidad, poder oxidante,

    poder reductor, acidez, ndice de refraccin, solubilidad, presin de vapor,

    resistencia elctrica, conduccin de calor, longitud de onda, resonancia

    magntica y nuclear (determinacin de espectros).

    La caracterstica que origina la transformacin de una sustancia en

    otra, cambindole su naturaleza se denominan Propiedades Qumicas, la

    misma que de acuerdo a su composicin se dividen en:

    2.2.2.1 Sistema Homogneo:

    Cuando est constituida de una sola fase, se caracteriza por poseer las

    mismas propiedades a lo largo de toda su composicin. Ejemplo: Elementos

    como el Hierro (Fe) o Compuestos como el Cloruro de Sodio (NaCl) una

    solucin de azcar en agua.

    2.2.2.2 Sistema Heterogneo:

    Cuando est formada por dos o ms fases o cuando los componentes

    de un cuerpo pueden diferenciarse a simple vista sin necesidad de recurrir a

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 28

    mtodos de anlisis qumicos. Ejemplo Mezclas como el Azufre ms el Hierro

    (S+Fe) donde es posible separar sus componentes por procedimientos fsicos

    o qumicos, gelatina agua, etc.

    2.3 CONSTITUCIN DE LA MATERIA.

    La materia est formada por pequesimas porciones denominadas

    tomos. Esta idea fue introducida por el sabio griego Demcrito6, y

    defendida por Dalton a principios del siglo XlX, fue muy discutida en esta

    poca, pero confirmada posteriormente.

    Segn Dalton7, los tomos son como pequeos bloques o ladrillos con

    los que se construyen todas las clases de materia. Indica adems, que esas

    piezas elementales son indivisibles, pero poco despus se confirm que s se

    podan dividir en fragmentos ms pequeos, cuando Thompson8 descubri el

    electrn se confirm que los tomos no son indivisibles y se reafirmo que los

    tomos son elctricamente neutros, cada uno tendra la carga positiva

    necesaria para equilibrar la negativa de los electrones.

    2.3.1 CUERPOS SIMPLES Y COMPUESTOS. MEZCLAS Y

    COMBINACIONES

    Al estudiar la materia, resulta importante hacer referencia a lo que se

    entiende por sustancia y cuerpo. La primera define las diferentes clases de

    materias que existen en la naturaleza y la segunda a todos los seres y cosas

    que existen en ella.

    Al respecto, si se examinan los cuerpos que nos rodean y lo que

    perciben nuestros sentidos, nos vemos impulsados a preguntar: de qu

    estn formados los cuerpos? Ese algo, es la sustancia que constituyen los

    cuerpos, es lo que llamamos materia y est compuesta de partculas muy

    pequeas llamadas tomos, ya sea en forma de sustancias puras o de

    6 Demcrito de Abdera vivi entre los aos 460 al 370 a. C., siendo contemporneo a Scrates.

    7 Dalton, John (1766-1844), qumico y fsico britnico.

    8 En 1904 Thompson recibi el premio Nobel de Fsica por este descubrimiento. Modelo del tomo de

    Thompson.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 29

    mezclas. Mondragn. (2002) indica que la materia puede presentarse como

    una sustancia pura o como una mezcla. Una sustancia pura es aquella

    compuesta por un solo tipo de materia, presenta una composicin fija y se

    puede caracterizar por una serie de propiedades especficas. Las sustancias

    puras no pueden separarse en sus componentes por mtodos fsicos

    Segn la composicin qumica, las sustancias puras se clasifican en:

    sustancias, cuerpos simples o elementos qumicos y sustancias compuestas

    o compuestos qumicos.

    2.3.2 ELEMENTO QUMICO.

    Se define como la forma bsica de la materia, es una substancia pura

    que no puede descomponerse en otras ms sencillas, pero puede combinarse

    con otros elementos para formar compuestos, se los representa mediante

    smbolos y se clasifican en dos grupos: los metales y No-metales9.

    2.3.3 COMPUESTO QUMICO.

    Es una sustancia pura formada por la combinacin qumica de dos o

    ms elementos en proporciones definidas, homognea, esto es formando una

    sola fase. Se los representa por medio de frmulas. Una frmula qumica

    constituye la representacin en forma abreviada de la composicin de un

    compuesto, contiene los smbolos de los tomos presentes en la molcula,

    presenta una serie de subndices que indican el nmero exacto de tomos de

    cada elemento. Permite identificar a un elemento o compuesto. Una frmula

    cumple en primer lugar con la indicacin de los elementos presentes en la

    molcula, segundo aclara el nmero de tomos y tercero especifica los

    coeficientes y subndices. Los coeficientes afectan a todos los elementos de la

    molcula y los subndices afectan solamente al tomo que le acompaan. En

    resumen, es Un mensaje en clave!

    9 No metales denominados anteriormente metaloides

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 30

    Los compuestos qumicos, se pueden descomponer por medio de

    procedimientos qumicos con la participacin de variaciones de condiciones

    fsicas, se clasifica en dos grandes grupos: a) los compuestos orgnicos y, b)

    los compuestos inorgnicos.

    2.3.4 MEZCLAS.

    La materia puede estar formada por molculas diferentes y en ese caso

    se llama una MEZCLA o por molculas que son todas iguales que es lo que

    llamaramos un COMPUESTO QUMICO, o una SUSTANCIA

    QUMICAMENTE PURA.

    Un ejemplo que puede aclarar conceptos, es el caso del aire. Est

    formado, en su mayor proporcin, por molculas de nitrgeno y de oxgeno,

    esto significa que el oxgeno y el nitrgeno son dos sustancias

    completamente independientes, entre las cuales no existe ninguna unin.

    Los enlaces qumicos son en este caso de tomos de oxgeno con otros

    tomos de oxgeno, los de los tomos de nitrgeno son con otros tomos de

    nitrgeno, por eso el aire es una mezcla. Se reconoce, que en el aire hay ms

    sustancias, pero por asuntos de explicacin, se hace referencia a los dos

    componentes ms importantes y en mayor proporcin.

    Como se puede apreciar en el ejemplo, los componentes que lo

    constituyen estn conformando entre s uniones de tipo fsico, cuya

    composicin qumica no cambia, en consecuencia se puede mediante un

    proceso eminentemente fsico separarlos. Se aprecia adems, que la

    estructura de cada sustancia no cambia; por lo tanto, cada elemento que la

    integra se conserva inalterable en todas y cada una de sus propiedades

    fsicas y qumicas; sobre esta base las mezclas no tienen propiedades

    especficas bien definidas por ello dependen de su composicin

    (concentracin), que puede ser variable segn la proporcin en la que

    intervengan los distintos constituyentes que la conforman. De esta manera,

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 31

    no hay proporciones fijas o rgidas en torno a su constitucin, se pueden

    separar por procedimientos fsicos.

    SISTEMAS HOMOGNEOS.

    Se definen a aquellos que mantienen un aspecto uniforme a lo largo de

    toda su composicin, el caso de una solucin la cual esta constituida por un

    soluto y un solvente, esto es poseen una sola fase, por esta razn, no se

    distingue visualmente sus componentes, se las conoce como soluciones o

    disoluciones.

    SISTEMAS HETEROGNEOS

    Son aquellos que estn constituidos por una fase discontinua y una fase

    continua, la primera denominada dispersa y la segunda dispersante. Las

    partculas (macromolculas o molculas) suspendidas que caracterizan a un

    sistema heterogneo presentan el fenmeno de Tyndall y movimiento

    browniano, a estos sistemas se los denomina suspensiones o coloides.

    SISTEMAS COLOIDALES.

    Son sistemas heterogneos en los que se aprecia con mayor claridad la

    separacin de las fases, generalmente estn formadas por una fase dispersa

    slida insoluble en la fase dispersante lquida, por lo cual tiene un aspecto

    opaco y, si se dejan en reposo, las partculas de la fase dispersa se

    sedimentan.

    El sistema coloidal se caracteriza por estar constituido por partculas

    suspendidas en una fase continua, estas partculas no pueden atravesar

    una membrana semi-permeable de un osmmetro.

    La definicin clsica de coloide, tambin llamada dispersin coloidal, se

    basa en el tamao de las partculas que lo forman. Poseen un tamao

    pequeo, tanto que no pueden verse con los mejores microscopios pticos,

    aunque son mayores que las molculas ordinarias. Las partculas que

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 32

    forman los sistemas coloidales tienen un tamao comprendido entre 50 y

    2.000 .

    En la actualidad se sabe que cualquier sustancia, puede alcanzar el estado

    coloidal, ya que la fase dispersante como la fase dispersiva, pueden ser un

    gas, un lquido o un slido, excepto que ambos no pueden estar en estado

    gaseoso, son posibles ocho sistemas coloidales:

    Medio de dispersin

    Fase dispersa Nombre Ejemplos

    Gas

    Lquido Slido

    Aerosol lquido Aerosol slido

    Niebla, nubes, Polvo, humo.

    Lquido

    Gas Lquido Slido

    Espuma Emulsin Sol

    Espumas (de jabn, cerveza, etc.), nata batida. Leche, mayonesa. Pinturas, tinta china, goma arbiga, jaleas

    Slido

    Gas Lquido Slido

    Espuma slida Emulsin slida Sol slido

    Piedra pmez. Mantequilla, queso. Algunas aleaciones, piedras preciosas coloreadas

    2.4 LA ENERGA. DEFINICIN

    La Energa es la capacidad que tiene un cuerpo o un sistema fsico

    para realizar un trabajo. La materia posee energa como resultado de su

    movimiento o de su posicin en relacin con las fuerzas que actan sobre

    ella; cuando se manifiesta en forma de movimiento se conoce como energa

    cintica, mientras que la relacionada con la posicin es la energa potencial.

    Un pndulo que oscila tiene una energa potencial mxima en los extremos

    de su recorrido; y, en todas las posiciones intermedias tiene energa cintica

    y potencial en proporciones diversas. Un cuerpo posee energa cuando es

    capaz de efectuar un trabajo. La materia y la energa son simplemente dos

    manifestaciones de un todo que constituye el universo entero.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 33

    En 1906 Albert Einstein10 con su TEORA DE LA RELATIVIDAD,

    demostr que la energa puede transformarse en materia o viceversa,

    representada en la expresin matemtica: la energa (E) es igual a la masa

    (m) del cuerpo multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz

    (c=300000 km/s)

    2.4.1 FORMAS DE ENERGA.

    La energa se manifiesta en varias formas: de calor (energa trmica), de

    movimiento (energa cintica), de posicin (energa potencial), de posicin y

    movimiento (energa mecnica), por variacin de temperatura (energa

    trmica o calrica), por reacciones qumicas que desprenden calor (energa

    qumica), por atraccin y repulsin de campos magnticos (energa elctrica),

    energa liberada por los tomos (energa radiante o atmica); todas las

    formas de energa pueden convertirse en otras formas mediante procesos

    adecuados. Las siguientes son las manifestaciones de energa ms

    importantes dentro del grupo de las formas de energa:

    Energa Potencial.

    Energa Cintica.

    Energa Trmica.

    Energa Qumica.

    Energa Atmica.

    2.4.2 ENERGA POTENCIAL.

    Es aquella energa que est en reposo o en estado latente, proviene de un

    cambio de configuracin de un sistema y se constituye en la energa

    almacenada; Se define como la energa que posee un sistema debido a su

    posicin o a su composicin qumica. La gasolina y el azcar de mesa poseen

    10

    Albert Einstein, fsico de origen alemn, premio Nobel de Fsica, Teora de la Relatividad.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 34

    energa potencial debido a su composicin qumica. Un automvil

    estacionado en una colina tiene energa potencial debido a su posicin. En la

    mayor parte de las reacciones qumicas, la energa potencial de las

    sustancias que intervienen disminuyen. En otras palabras, los compuestos

    de alta energa se convierten por lo general en compuestos de baja energa,

    debido a que todo sistema tiende a su estado termodinmicamente ms

    estable que constituye el de ms baja energa.

    La cantidad de energa potencial que posee un sistema es igual al

    trabajo realizado sobre el mismo para situarlo en cierta configuracin. La

    energa potencial tambin puede transformarse en otras formas de energa,

    al respecto, cuando se suelta una pelota situada a una cierta altura, la

    energa potencial se transforma en energa cintica.

    La energa potencial se manifiesta de diferentes formas; los objetos

    elctricamente cargados tienen energa potencial como resultado de su

    posicin en un campo elctrico. Un explosivo tiene energa potencial

    qumica que se transforma en calor, luz y energa cintica al ser detonado.

    Los ncleos de los tomos tienen una energa potencial que se transforma en

    otras formas de energa en las centrales nucleares.

    2.4.3 ENERGA CINTICA.

    Es la que posee un cuerpo por su estado de movimiento. Por ejemplo la

    energa almacenada en una represa de agua cuando se produce la abertura

    de una compuerta dando como resultado arrastre de todo lo que encuentra a

    su paso observndose en todo caso que a existido esta transformacin de

    una energa eminentemente potencial a una cintica.

    Las relaciones entre energa cintica, energa potencial, y entre los conceptos

    de fuerza, distancia, aceleracin, pueden ilustrarse mediante el siguiente

    ejemplo: Cuando un objeto se levanta desde su estado de reposo y se aplica

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 35

    una fuerza vertical positiva gana en energa tanto cintica como potencial, la

    primera que hace referencia al movimiento que requiere tener ese cuerpo

    para llegar a su estado de posicin final 2 que puede encontrarse a una

    altura final (h1), al llegar a esta altura toda la energa adquirida por el cuerpo

    se transforma en energa potencial, tal como se demuestra en el siguiente

    grfico.

    La energa cintica viene expresada mediante la siguiente ecuacin11:

    2.4.4 ENERGA TRMICA.

    Es una forma de energa producida mediante la combustin de

    materiales en mquinas trmicas, como la hulla, el petrleo, el gas natural.

    La energa trmica puede transformarse en otras formas tiles de energa,

    por ejemplo, la energa elctrica generada por una central termoelctrica, la

    energa cintica de una turbina producida por el vapor de agua en una

    caldera, al hervir agua esta se evapora y puede usarse para mover l embolo

    de algunas mquinas.

    Cuando se hace referencia a la energa trmica como calrica, se la

    puntualiza como la energa que se trasmite entre dos cuerpos que se

    encuentran a diferente temperatura; cuando dos cuerpos se ponen en

    contacto trmico, fluye energa desde el de mayor temperatura al de menor

    temperatura, hasta el equilibrio. La energa calrica es utilizada para generar

    movimiento de diversas mquinas; recibe el nombre de calor. Su unidad

    trmica es el Joule12 (J), su unidad histrica es la calora13, en el campo

    biolgico la Kilocalora (1000 caloras) Calora grande (C).

    11

    12

    Un joule es igual 0,23901 caloras. 13

    Una calora es igual a 4,184 Joules.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 36

    2.4.5 ENERGA QUMICA.

    La humanidad ha utilizado desde su existencia reacciones qumicas

    para producir energa, como ser la combustin de madera o carbn, hasta

    mecanismo ms sofisticado, como los que se producen en los motores

    modernos (aviones o naves espaciales, etc.); van acompaadas de un

    desprendimiento, o absorcin de energa.

    Es interesante analizar el resultado del alimento que ingerimos. En

    nuestro cuerpo es la produccin de energa para realizar diferentes

    actividades diarias o un trabajo determinado. Las clulas requieren energa

    para llevar a cabo la mayora de los procesos biolgicos. La energa de los

    seres vivos es aquella que se encuentra concentrada en las uniones qumicas

    de los alimentos que toma y de los compuestos que ellos mismos sintetizan

    en sus procesos metablicos. Todas las clulas transforman energa, las

    clulas vegetales utilizan la luz solar para obtener carbohidratos (azcares y

    almidn) a partir de principios qumicos inorgnicos simples. En este

    proceso, (fotosntesis), la energa solar se convierte en energa qumica de

    reserva. Si los carbohidratos de estas plantas son ingeridos por un animal,

    se produce su ruptura y su energa qumica se transforma en movimiento

    (energa cintica), calor corporal o enlaces qumicos nuevos.

    En toda esta serie de transformaciones, existe una prdida de energa

    hacia el medio ambiente, generalmente en forma de energa trmica (calor).

    Esta energa no puede generar trabajo til debido a que se ha liberado. La

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 37

    Segunda Ley de la Termodinmica14 establece que, con el tiempo, cualquier

    sistema tiende a un desorden mayor; es decir, incrementa su entropa15.

    2.4.6 ENERGA ATMICA.

    Es la que se obtiene a partir de la fisin y fusin nuclear de un tomo.

    Al estallar un tomo se producen nuevas sustancias que bombardean

    nuevos tomos hasta agotar su existencia.

    2.4.7 ENERGA SOLAR.

    Fundamentada en la radiacin proveniente del sol que permite

    mediante procesos/sistemas transformarla en energa elctrica u otras

    formas de energa.

    2.4.8 ENERGA HIDRULICA.

    Se utiliza principalmente para producir energa elctrica, que consiste

    en el uso de grandes almacenamientos de agua o movimientos naturales de

    la misma que aplicados a una turbina permite transformar esa energa

    potencial o cintica en elctrica. Una aplicacin de sta es la producida por

    las mareas.

    2.4.9 ENERGA ELICA.

    Es la utilizacin de los cambios de direccin de grandes masas de aire

    que aplicados sobre aspas generan movimiento y a su vez este produce

    energa, para que esto ocurra la velocidad del viento tiene que ser entre 5 y

    25m/s.

    14 Segn Claussius, la Segunda Ley de la Termodinmica afirme que Es imposible que en un proceso cclico transferir calor desde un lugar frio a un lugar caliente, sin que se produzcan cambios energticos en otros cuerpos. Kelvin Es imposible extraer calor mediante un proceso cclico de un reservorio y convertirlo completamente en trabajo, sin transferir en la misma operacin calor de un lugar frio a un lugar

    caliente. En consecuencia es imposible que exista una maquina perpetuo mvil de segunda clase. 15 Entropa, medida del estado de orden y desorden de un sistema.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 38

    2.4.10 GENERACIN DE ENERGA A PARTIR DE BIOMASA.

    Es el resultado de un proceso de descomposicin complejo en el que

    intervienen reacciones de tipo qumica-biolgica sobre material orgnico,

    este proceso da como resultado la formacin de productos qumicos los

    cuales pueden ser utilizados con finalidades de generacin de energa. Es

    necesario puntualizar que si bien es cierto es una forma de reducir

    problemas de contaminacin de productos denominados residuos, tambin

    constituyen un sistema que aporta considerable cantidad de gases que son

    causantes del calentamiento global como ser la formacin de metano,

    anhdrido carbnico, entre otros.

    2.4.11 ENERGA GEOTRMICA.

    Consiste en aprovechar la energa trmica del interior de la Tierra. El

    interior de la Tierra es caliente como consecuencia de la fusin de las rocas.

    Se han encontrado rocas a ms de 200C. El agua caliente tambin sale al

    exterior por grietas de las rocas.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 39

    3. LOS SISTEMAS DE UNIDADES

    La importancia de la medicin radica dentro del campo de la fsica cuando se

    intenta describir la naturaleza de una forma objetiva por medio de las

    mediciones; y, dentro del campo de la qumica su importancia radica en

    comprender los aspectos energticos de los sistemas qumicos a escalas

    macroscpicas, moleculares y atmicas sobre la base de su composicin y

    estructura. De all, que gran parte de nuestro conocimiento descansa sobre

    una base de medicin ingeniosa, de su clculo sencillo para su

    cuantificacin valorativa dentro del campo de la estequiometra y bajo la

    denominacin de concentracin16.

    Para ello es necesario puntualizar dos tminos el primero medir como un

    procedimiento mediante el cual se puede conocer la magnitud de un objeto

    comparndolo con otro de la misma especie que le sirve de base o patrn. Y

    el segundo magnitud que constituye en toda propiedad de los cuerpos en

    que se puede medir. (Longitud, temperatura, velocidad, densidad, masa,

    peso, aceleracin, superficie, volumen entre otras).

    Bajo estas conceptulaizaciones podemos sealar que a partir del ao 1960,

    se creo y se estableci un solo sistema de unidades para ser utilizado por

    todos los pases denominado Sistema Internacional de Unidades (SI)

    (M.K.S.). Sin embargo, existen otros sistemas y subsistemas que hasta

    nuestros das se utilizan otros sietemas como el caso del sistema cegesimal

    (C.G.S.); el sistema ingls y los sistemas tcnicos, gravitacionales o de

    ingeniera (peso).

    3.1 MAGNITUDES FUNDAMENTALES Y DERIVADAS

    3.1.1 LAS MAGNITUDES FUNDAMENTALES:

    16

    Concentracin es la medida de la cantidad de soluto por unidad de cantidad de disolvente o solucin y puede

    ser expresada de diferentes formas, en funcin de la unidad y unidades empleadas.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 40

    Sirven de base para obtener las dems magnitudes y que forman parte

    del Sistema Internacional tenemos:

    Magnitud Unidad Smbolo

    Longitud metro m

    Masa kilogramo kg

    Tiempo segundo s

    Intensidad de corriente elctrica

    ampere A

    Temperatura termodinmica kelvin K

    Intensidad luminosa candela cd

    Cantidad de materia mol mol

    Para un ngulo plano (2 dimensiones); y, un ngulo slido (3 dimensiones)

    Dentro de las principales unidades que intervienen en los diversos sistemas

    tenemos:

    Longitud: magnitud fundamental para medir distancias o dimensiones en el

    espacio y se constituye en la distancia entre dos puntos. Su unidad SI es el

    metro. En qumica se utilizan comnmente varios submltiplos del metro,

    como son el centmetro (cm), el milmetro (mm) y el micrmetro (um)

    Masa: magnitud fundamental que se utiliza para describir cantidades de

    materia; se constituye la cantidad de masa que contiene un cuerpo. Su

    unidad SI es de kilogramos (kg). En qumica se utiliza preferiblemente el

    gramo (gr) en vez de kilogramos, ya que este representa una masa muy

    grande en comparacion con las cantidades que se miden normalmente en el

    laboratorio. Otra unidad de masa bastante empleada en qumica es la

    unidad de masa atmica (uma) que sirve para denotar el peso de las

    partculas extremadamente pequeas (tomos, molculas, partculas,

    compuestos).

    Tiempo: es el flujo hacia delante de los eventos, es la cuarta dimensin

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 41

    3.1.2 LAS MAGNITUDES DERIVADAS:

    Se obtienen cuando se multiplican o dividen dos o ms magnitudes

    fundamentales asi tenemos entre las rincipales:

    Magnitud Unidad Abreviatura Expresin SI

    Superficie metro cuadrado m2 m2

    Volumen metro cbico m3 m3

    Velocidad metro por segundo m/s m/s

    Fuerza newton N Kgm/s2

    Energa, trabajo julio J Kgm2/s2

    Densidad kilogramo/metro cbico Kg/m3 Kg/m3

    Cuando no referimos a los Sistemas Absolutos estamos haciendo nfasis en

    aquellos sistemas en los cuales se usan como unidades fundamentales la

    longitud, la masa y el tiempo, entre ello tenemos:

    Sistema Internacional

    Sistema c.g.s.

    Sistema Ingles

    Los cuales se resumen en el siguiente cuadro:

    Magnitud SI c.g.s. Ingls

    Longitud metro (m) centmetro (cm) pie (ft)

    Masa kilogramo (kg) gramo (g) libra (lb)

    Tiempo segundo (s) segundo (s) segundo (s)

    rea o Superficie m2 cm

    2 pie

    2

    Volumen m3 cm

    3 pie

    3

    Velocidad m/s cm/s pie/s

    Aceleracin m/s2 cm/s

    2 pie/s

    2

    Fuerza kgm/s2 = newton gcm/s

    2 = dina librapie/s

    2 = poundal

    Trabajo y Energia Nm= joule dinacm = ergio poundalpie

    Presion N/m2 = pascal dina/cm

    2 = baria poundal/pie

    2

    Potencia Joule/s=watt ergio/s poundalpie/s

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 42

    En muchos casos, la magnitud que pretendemos medir es tan grande o tan

    pequea, que la unidad basica o derivada respectivamente no es la

    apropiada. As cuando el metro como unidad no es adecuado para expresar

    distancias tan grandes como la que existen entre los planetas, ni tampoco

    para indicar dimensiones de objetos tan pequeos como las bacterias o los

    atomos.

    El SI resuelve este problema mediante el empleo de factores de

    multiplicacin o multiplicadores decimales y de prefijo, para obtener

    mltiplos y submltiplos de las unidades bsicas.

    MLTIPLOS DEL SI SUBMLTIPLOS DEL SI

    Prefijo Smbolo Factor Prefijo Smbolo Factor

    YOTTA Y 1024 deci d 10-1

    ZETTA Z 1021 centi c 10-2

    EXA E 1018 mili m 10-3

    PENTA P 1015 micro u 10-6

    TERA T 1012 nano n 10-9

    GIGA G 109 pico p 10-12

    MEGA M 106 femto f 10-15

    KILO K 103 atto a 10-18

    HECTO H 102 zepto y 10-21

    DECA D 101 yocto z 10-24

    A la hora de expresar grande o pequeas medidas por medio de los prefijo y

    multiplicadores decimales se debe tener presente el factor de conversin que

    resulta de la razn obtenida entre dos cantidades equivalentes expresada en

    unidades diferentes, que se obtienen siempre a partir de una relacin

    validada entre dichas unidades.

    Para encontrar el valor numrico, en el campo de las ciencias exactas se

    utiliza el factor de conversin que resulta ser aquella relacin entre los

    sistemas de unidades que vincula la unidad entre el sistema actual y la

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 43

    unidad en el sistema nuevo, adicionalmente estos trminos se utiliza en

    campos especficos de las ciencias, como el caso de la qumica bajo la

    denominacin de factor qumico que en este caso relaciona la substancia

    buscada y la substancia dada o en estequiometria con la denominacin de

    factor molar, mismo que relaciona el nmero de moles de substancia

    deseada y el nmero de moles de substancia de partida, constituyndose por

    tanto la base en las determinaciones gravimetricas y volumetricas.

    El factor de conversin tambin se suele expresarse mediante la siguiente

    ecuacin: Cantidad deseada= cantidad dada * factor de conversin

    Aplicando tenemos, por ejemplo, si una persona tiene una altura de 187cm

    cual es su altura expresada en metros?

    La distancia del sol a la tierra es de 150 millones de Kilmetros. Exprese

    esta distancia en cm?

    Un cuerpo es sometido a un proceso de transformacin cuya masa es 3,2 gr. Exprese esta masa su equivalencia tanto en micro gramos como en kilogramos?

    Unidad Actual

    Sistema Factor de Conversin Unidad Nuevo

    Sistema

    Fc =

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 44

    Determinar la equivalencia de 0,132 nanogramos (ngr), expresados en micro

    gramos ( , miligramos y en picogramos ( respectivamente

    3.1.3 OTRAS MAGNITUDES UTILIZADAS EN QUMICA

    3.1.3.1 VOLUMEN

    Es el espacio ocupado por un cuerpo y como tal tiene una

    amplia aplicacion en qumica. La unidad SI del volumen es el metro cubico

    m3.

    En el sistema mtrico un litro (lit) equivale a un decmetro cubico (dm3) y

    un mililitro (mL) equivale a un centmetro cbico (cm3) y son la unidades

    mas utilizadas en el campo de la qumica.

    3.1.3.2 PESO

    El peso es otra unidad definida como la atraccin que ejerce la tierra

    sobre la masa de un cuerpo y se representa por la siguiente formula:

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 45

    La fuerza gravitacional depender del sistema de unidadesque se utiliza:

    Magnitud SI c.g.s. Ingls

    Gravedad

    Gravedad Absoluta

    Masa a Peso

    Peso a Masa

    La relacin entre el peso y la masa podemos expresar que las unidades que

    se expresan dentro de la gravedad absoluta tenemos:

    (kg; g; y, lib) se refiere a la expresin de la masa

    (kgf; gf; y, libf) se refiere a la expresin de la fuerza o peso

    3.1.3.3 DENSIDAD:

    Es un concepto que es utilizado en el campo de la qumica para definir la

    relacin existente entre la cantidad de masa de un cuerpo por unidad de

    volumen, descrita en la siguiente expresin matemtica:

    La unidad del SI para la densidad es kg/m3. Si embargo se utiliza en

    qumica gr/ml. Sin dejar de lado las unidades afines tanto para la masa

    como para el volumen.

    3.1.3.4 PESO ESPECFICO

    El peso especfico de una sustancia es la relacin entre el peso conocido de

    la sustancia y la unidad de volumen que ocupa.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 46

    De las unidades

    Magnitud SI c.g.s. Ingls Tcnico

    Peso Especfico

    Un (kilopondio) o un kilogramo-fuerza representan el peso de una masa

    de un kilogramo en la superficie terrestre y equivale 9,81 Newton (9,80665

    Newton); entonces tenemos que

    RELACIN ENTRE EL PESO ESPECFICO Y LA DENSIDAD.

    El peso especfico y la densidad son evidentemente magnitudes distintas si

    comparamos a travs de las definiciones, pero entre ellas hay una ntima

    relacin. Si el peso de un cuerpo es igual a su masa por la aceleracin de la

    gravedad:

    Relacionando la densidad con el eso especfico tenemos:

    De ello tenemos que: el peso especfico de una sustancia es igual a su

    densidad por la aceleracin de la gravedad.

    PESO ESPECFICO ABSOLUTO Y RELATIVO

    El peso especfico puede ser absoluto o relativo. El peso especfico Absoluto

    es la relacin entre el peso y la unidad de volumen de un cuerpo homogneo.

    El peso especfico relativo es la relacin entre el peso de un cuerpo y el peso

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 47

    de igual volumen de una sustancia tomada como referencia; para los slidos

    y lquidos se toma como referencia el agua destilada a 4C, su valor es

    adimensional

    En el casode la mecnica de los suelos el peso especfico relativo o

    gravedad especfica de un suelo se toma como el valor promedio para los

    granos del suelo. Este valor es necesario para calcular la relacin de vacios

    de un suelo, se utiliza tambin en el anlisis de hidrmetro17 y es til para

    predecir el peso unitario de un suelo. Generalmente se utiliza para clasificar

    los minerales del suelo. La gravedad especfica de cualquier sustancia se

    define como el peso unitario del material en cuestin dividido por el peso

    unitario del agua destilada a 4 C

    3.1.3.5 VELOCIDAD DE REACCIN:

    Cantidad de partculas formadas o desaparecidas por unidad de tiempo, las

    unidades utilizadas son moles formados/segundos. (mol/s)

    3.1.3.6 TEMPERATURA Y CALOR

    El calor corresponde a la medida de la energa que se transfiere de un

    cuerpo a otro debido a la diferencia de temperatura existente entre ellos. La

    unidad que se utiliza comnmente para medir el calor es la calora (cal), que

    se define como la cantidad de calor requeridad para elevar la temperatura de

    1gramo de agua a un 1 grado centgrado. Frecuentemente se emplea un

    mltiplo dela calora denominado kilocaloria o calora grande que equivale a

    1000 caloras.

    Para la valoracin cuantitativa de la Temperatura se utiliza las Escalas

    Absolutas y Relativas. Las primeras integradas por grados Kelvin y Rankine

    y las segundas por los grados Centgrados y los Farenheit, las cuales se

    representan mediante las expresiones que a continuacin se describen..

    17

    Instrumento desarrollado para el uso de medir la densidad relativa o gravedad especfica de varios lquidos.

    Mide la densidad en relacin a su radio, somparado contra la densidad del agua. La densidad relativa del agua es

    una constante de 1,0 y para obtener una lectura precisa, debe haber partes iguales de agua y de otro lquido a

    medir.

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 48

    K C F R

    ESCALAS DE TEMPERATURA

    Punto de ebullicin del agua

    Punto de fusin del hielo

    Cero absoluto00

    0 32

    0

    273 492

    460

    - 460- 273

    100 212 672373

    100

    C

    =100

    15,273K =

    180

    32F =

    180

    492R

    5

    C

    =5

    15,273K =

    9

    32F =

    9

    492R

  • ASIGNATURA: QUMICA I CICLO I

    Ing. Diego Eduardo Jara Delgado MgSc Pgina 49

    4. NOMENCLATURA QUMICA

    4.1. NMERO DE OXIDACIN - VALENCIA18.

    El nmero de oxidacin es un nmero entero que representa el nmero de

    electrones que un tomo pone en juego cuando forma un compuesto

    determinado. El nmero de oxidacin es positivo si el tomo pierde electrones, o los

    comparte con un tomo que tenga tendencia a captarlos. Y ser negativo cuando el

    tomo gane electrones, o los comparta con un tomo que tenga tendencia a

    cederlos.

    El nmero de oxidacin se escribe en nmeros romanos (caso nomenclatura de

    Stock): I+, II+, III+, IV+, I-, II-, III-, IV- Pero tambin se utiliza caracteres arbigos

    para referirnos a ellos: 1+, 2+, 3+, 4+, 1-, 2-, 3-, 4- , lo que nos facilitar los

    clculos al tratarlos como nmeros enteros.

    En los iones monoatmicos la carga elctrica coincide con el nmero de oxidacin.

    Cuando nos referimos al nmero de oxidacin el signo + o - lo escribiremos a la

    derecha del nmero. Por otra parte la carga de los iones, o nmero de carga, se

    debe escribir con el signo a la derecha del dgito: Ca2+ in calcio (2+), CO32- in

    carbonato (2-).

    Frecuentemente nos preguntamos Ser tan complicado saber cul es el nmero de

    oxidacin que le corresponde a cada tomo? Pues no, basta con conocer el nmero

    de oxidacin de los elementos que tienen un nico nmero de oxidacin, que son

    pocos, y es fcil deducirlo a partir de las configuraciones electrnicas. Los nmeros

    de oxida