B. Q. F GABRIEL AGUILAR

CONTENIDO

(PARTE II)

MATERIA Y ENERGIA:

Clasificación, Propiedades, Cambios,

Leyes Básicas: Conservación de la materia,

Energía y conservación de la energía

Composiciones definidas

Proporciones múltiples.

Materia: es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, tiene una propiedad llamada masa, y posee inercia.

Masa: es una medida de la cantidad de materia.

Peso: es la acción de la fuerza de la gravedad.

Energía: capacidad de la materia para ejecutar un trabajo.

Estado sólido: un sólido es una sustancia formada por partículas que se encuentran muy unidas entre si por una fuerza llamada fuerza de cohesión. Muchos sólidos poseen forma tridimensional y volumen definidos (sólidos cristalinos)

Estado líquido: un líquido es una sustancia formada por moléculas, átomos o iones, que están en constante desplazamiento, y que se mueven unas sobre otras. No tienen forma propia, por ello toman la forma del recipiente que la contiene.

Mantienen un volumen casi constante.

Estado gaseoso: un gas es una sustancia formada por partículas que se encuentran muy separadas entre si, que se desplazan en varias direcciones y a gran velocidad para ocupar espacios disponibles. No tienen forma propia, se expanden fácilmente y pueden comprimirse.

Los cambios físicos son los que se presentan en la materia sin alterar su composición química; es decir, que no forman nuevas sustancias, tales como cambio de volumen, forma o estado de agregación.

Los cambios químicos son aquellos que presentan las sustancias cuando al reaccionar unas con otras, pierden sus características originales y dan lugar a sustancias nuevas con propiedades diferentes. También llamadas reacciones químicas.

Bajo ciertas condiciones las sustancias pueden pasar de un estado físico a otro y permanecer en el mientras esta se mantenga. Durante estos cambios hay participación de energía.

En los cambios de estado, de sólido a líquido y líquido a gas se requiere de calor. Mientras que en los cambios de gas a líquido y líquido a sólido se desprende calor.

Solidificación:

• cera líquida a vela.

• Agua a hielo mediante el descenso de la temperatura.

• Magma transformándose en rocas.

• Plástico al pasar de altas temperaturas a temperatura ambiente.

Fusión:

• El hielo por acción del calor pasa a líquido.

• Al someter el hierro a 2000 °c se funde.

• Someter al ácido benzoico a 130 °c se funde.

• Someter al hierro a 1600°c se funde.

• Derretirse un helado a temperatura ambiente.

Condensación o licuefacción:

• El vapor de agua (al entrar en contacto con vidrio) se condensa.

• El agua que se forma al cocer arroz en una olla.

• dióxido de carbono, bajo presión, se condensa, para almacenarlo como liquido en tanques especiales.

• hidrogeno, se condensa bajo presión, y se almacena como liquido.

Vaporización

• Calentar el agua a mas de 100°c.

• Calentar la acetona a mas de 56ºCentigrados.

• Vaporización de la gasolina a temperatura ambiente.

Sublimación:

• La sublimación del hielo seco que esta compuesto de CO2 .

• Sublimación de cristales de Yodo.

Sublimación inversa o deposición.

• Sublimación inversa del yodo.

MATERIA

SUSTANCIA PURA

COMPUESTO ELEMENTO

MEZCLA

HOMOGÉNEA HETEROGÉNEA

Sustancias puras: mantienen una composición y propiedades definidas.

Elemento: material constituido por un solo tipo de átomo, que no se puede separar por medios químicos ordinarios en dos o mas sustancias.

Compuesto: sustancia formada por dos o más elementos diferentes, que pueden separarse por medios químicos ordinarios en dos o más sustancias.

Mezcla: materiales combinados en los que forman una mezcla completamente uniforme.

Mezcla homogénea: combinación de sustancias que forman una mezcla completamente uniforme.

Mezcla heterogénea: una clase de mezcla que puede ser separada en sustancias mas sencillas por procesos físicos.

Elementos:

• El mercurio de un termómetro.

• La plata de un anillo.

• El ozono como gas oxidante

• El cobre de un alambre

• El calcio de los huesos

• El oro

• Argón

• Neón

Compuestos

• La celulosa

• La fructuosa del azúcar

• Hielo seco

• Ácido clorhídrico del jugo gástrico

• Ácido acético

• Metanol de una solución

• El cloruro de sodio de la sal

• La glucosa de un jarabe

Mezcla homogénea

• El vinagre

• El azúcar

• El alcohol antiséptico

• Remedio antiséptico de yodo

• Moneda de un centavo

• Bronce de medallas para las competencias

• Gasolina obtenida del petróleo

• El aceite de mesa

• Vodka

• Blanqueador de ropa

• Paracetamol en jarabe

Mezcla heterogénea

• Suspensión de ibuprofeno

• El tablero de una mesa

• Una prenda de vestir de varios colores

• Un jugo de naranja

• Una cadena bañada en oro

• Aguas residuales

• Una solución saturada de cloruro de sodio

• Mezcla de arena y agua

• Una ensalada de frutas

Muchas sustancias que utilizamos comúnmente son mezclas y muchas veces requerimos de algunas operaciones físicas para separar una sustancia de otra, entre ellas:

Filtración

Sedimentación

Decantación

centrifugación

Filtración: separar una suspensión en sustancias sólidas y en líquidos, utilizando para ello papel filtro con una porosidad determinada

Ejemplo: café filtrado en una cafetera.

Sedimentación y decantación: consiste en dejar una suspensión durante algún tiempo sin movimiento, separándose así el sólido insoluble en líquido. La separación del sobrenadante se denomina decantación.

Ejemplo: una suspensión de Ibuprofeno

La mezcla de aceite con agua

Destilación: las sustancias que componen mezclas son líquidas y miscibles se aplica calor para separarlas y favorecer el paso de la fase de vapor de una de las sustancias, mientras que la otra se mantiene líquida, mientras que la temperatura se mantenga constante.

• Ejemplo: destilación del alcohol. • Destilación de aceites esenciales.

Clasificar como elemento, compuesto, mezcla homogénea, mezcla heterogénea.

• Gasolina, acero, yeso, vinagre, sal de mesa, azúcar, bismuto, mercurio de un termómetro, torta, bronce de medallas, gas de cocina, leche, agua, neón de una lámpara, el oro de una pulsera, arena y agua, el plástico de una botella, una suspensión de Ibuprofeno, una solución sobresaturada de azúcar, un jugo de frutilla, una coca cola con el envase abierto, la gelatina, etanol de una bebida alcohólica, el cloruro de sodio de la sal, el carbón del acero, la cal.

Que proceso físico utilizarías para separar:

• Una solución de agua y sal.

• Una solución de agua y aceite.

• Una mezcla de piritas de hierro y agua.

• una solución de alcohol y agua.

• una mezcla de arena y piedra.

• una mezcla de gasolina y agua.

Toda sustancia posee características que la identifican y que no dependen de su masa.

Propiedades físicas: identifican una sustancia sin provocar transformación alguna.

Ejemplo: Color, sabor, olor, densidad, temperatura, solubilidad, lustre, punto de fusión, punto de ebullición, dureza, ductilidad, maleabilidad, elasticidad, viscosidad, conductividad, calor específico.

Se disuelve en el agua, volatilidad, suavidad, lubricidad.

La viscosidad en un líquido es una medida de resistencia al flujo y es una de las propiedades especiales de cada líquido.

La ductilidad es una propiedad que presentan algunos materiales, pueden deformarse sosteniblemente sin romperse.

El calor específico es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su temperatura en una unidad.

Propiedades químicas: se relacionan con el cambio de composición de las sustancias y cómo interactúa con otras sustancias.

Ejemplo: la corrosión de un clavo, la combustión de hidrocarburos, descomposición de sustancias por electricidad, el efecto tóxico, explosión, reacción con ácido, reacción con metales, reacción con no metales, reacción con agua, descomposición al calentarse, oxidación, inflamabilidad.

Arde en el aire

Hace explosión

se descompone al calentarse

Reacciona con el agua

Reacciona con ciertos ácidos

Reacciona con ciertos metales

Reacciona con ciertos no metales

Es tóxico

Propiedades Intensivas: son propiedades físicas que no dependen de la cantidad de materia, ejemplo: Maleabilidad, dureza, densidad, ductilidad, tenacidad.

Son aquellas características intrínsecas de las sustancias y cuyo valor no es aditivo y no depende de la cantidad que se disponga de esta, ej. Punto de fusión, calor, conductividad, densidad.

Propiedades extensivas: son aquellas que dependen de la cantidad de materia, ejemplo: la masa, volumen, longitud, inercia y porosidad.

son aquellas cuyo valor depende de la cantidad de sustancia que se disponga para analizarlos; son aditivos es decir que se pueden sumar. Ejemplo: área, masa, volumen y longitud.

El ácido benzoico en condiciones normales se trata de un sólido incoloro con un ligero olor característico. Es poco soluble en agua fría pero tiene buena solubilidad en agua caliente o disolventes orgánicos. Por encima de los 390 °C se descompone en dióxido de carbono y benceno en una reacción de descarboxilación. El calor de combustión del ácido benzoico es de -766 Kcal. En personas sensibles se pueden producir reacciones alérgicas. En combinación con ácido ascórbico, se puede formar benceno.

Es todo cambio que ocurre en los cuerpos de tal manera que afectan a la naturaleza interna de las sustancias, como consecuencia de ello aparecen nuevas sustancias, con propiedades diferentes a las sustancias iníciales, es decir ocurre una reacción química.

Ej. Combustión del propano en la cocina.

• REACCIONES EXOTÉRMICAS Son aquellas reacciones que liberan calor. • REACCIONES ENDOTÉRMICAS Son aquellas reacciones que absorben calor. • REACCIONES EXERGÓNICAS Indica que las reacciones pueden liberar

energía en formas distintas de calor. • REACCIONES ENDERGÓNICAS Son aquellas reacciones que absorben energía

u otras formas de energía.

El Aluminio es un metal blando, que reacciona con el aire para formar una capa de óxido que lo protege de la corrosión posterior, es dúctil, es maleable, con un punto de fusión de 660°C, es liviano, buen conductor de calor y electricidad, se obtiene de la bauxita fundida por medio de electrólisis, reacciona con ácido clorhídrico formando Hidrógeno y Cloro.

Determine el número de propiedades químicas que hay en los siguientes enunciados:

a) El Cloro se licúa bajo presión normal. b) El Hidrógeno arde en cloro. c) El Bromo es un líquido rojo oscuro. d) El Litio es un metal blando. e) El Hierro se corroe en una atmósfera

húmeda. f) El Litio tiene una densidad de 0.534 g/cc. g) El diamante arde en presencia de Oxígeno.

Determine el número de propiedades físicas y químicas que hay en el siguiente enunciado:

El zinc es un elemento conocido desde la edad media que se obtiene por tostación de la esfalerita (ZnS) en presencia de ácido sulfúrico. En pequeñas cantidades el zinc es importante para la vida de animales y plantas. Este elemento es de color blanco azulado y se funde fácilmente. En presencia de aire se forma carbonato básico de zinc que a su vez protege el metal cubierto por esa capa. En presencia de aire, el zinc se quema con una llama de color verde formando óxido de zinc. El zinc reacciona con ácidos y también lo hace lentamente en presencia de hidróxidos generando hidrógeno gaseoso, que es ampliamente utilizado para galvanizar hierro.

• Indique cuántos cambios físicos hay:

• Prender un encendedor de butano.

• La evaporación del agua cuando se congela.

• Evaporación rápida del alcohol.

• Enmohecimiento lento de un clavo de hierro.

• Corrosión de la plata.

• Sacar punta a un lápiz.

• Digestión de un caramelo

Magnitudes físicas: magnitud física es una propiedad a la que se le asigna un valor numérico como resultado de una comparación con un patrón (la unidad de medida)

• Magnitudes básicas o fundamentales: se pueden medir directamente como la masa, temperatura, longitud, tiempo, cantidad de sustancia, corriente eléctrica e intensidad lumínica.

Magnitudes derivadas: no se pueden medir directamente sino a través de la relación entre dos o mas magnitudes básicas

Medición de Volumen: propiedad general de los cuerpos que no distingue los tipos de materia, debido a que todos poseen volumen.

el volumen de un cuerpo sólido representa la extensión espacial en la que cabe la materia y que no puede ser ocupada por otro cuerpo, ya que estos son impenetrables.

Medición de Temperatura y calor: la temperatura determina la intensidad y la dirección del calor; de esta manera dos cuerpos que se encuentran juntos pero a diferentes temperaturas, el calor fluirá desde el cuerpo más caliente hacia el cuerpo más frío.

El calor representa una forma de energía y la medición de dicha energía implica temperatura.

Medición de Presión: el trabajo con gases exige el conocimiento y manejo de las unidades de temperatura y presión, puesto que la variación de una de ellas afecta el volumen.

S.I expresa la presión en Newton por metro cuadrado (N/m2), también llamado Pascal.

Pascal bar N/mm2 atm torr

1 Pa (N/m2)

1 10-5 10-6 0.987x10-5 0.0075

Conversiones de Unidades: la conversión de unidades es la transformación de una unidad a otra. Es muy útil aplicar los factores de conversión que son relaciones de equivalencia entre dos unidades de la misma magnitud y que están disponibles en las tablas de conversión.

ENERGÍA

PRESIÓN

VOLUMEN

En cualquier proceso químico las sumas de las masas de las sustancias que intervienen (reactivos) es idéntica a las masas de las sustancias que se originan como consecuencia de la reacción (productos).

“LA MATERIA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SÓLO SE TRANSFORMA”

Este principio fue establecido en la última mitad del siglo XVIII por el químico Francés Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794), con la finalidad de destruir la falsa hipótesis del flogisto (sustancia combustible).

La aplicación de la balanza y de la medición de masas permitió descubrir que en cualquier proceso químico la suma de los reactivos es igual a la suma de los productos.

Hidrógeno + Oxígeno Agua

2H2 + O2 2H2O

2g + 16g 18g

Hierro + oxígeno + agua óxido de hierro (herrumbre).

4Fe + 3O2 + 2H2O 2Fe2O3 H2O

224g + 96g + 36g 356g

El término energía tiene diferentes definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para transformar o poner en movimiento. Se define como la capacidad para realizar un trabajo. Podemos mencionar distintos tipos de energías:

Eléctrica Calórica Química Eólica. Potencial. Cinética. Mecánica.

La energía es una magnitud de tipo escalar. La unidad de medida de las energías sin

importar su tipo o naturaleza siempre es la misma: Joule (J)

En unidades elementales, un Joule, representado por J, equivale a:

ENERGÍA POTENCIAL

Es energía almacenada, que un objeto posee en virtud de su posición o composición química. La gasolina y la azúcar poseen energía potencial almacenada debido a su composición química. Un automóvil estacionado en una colina tiene energía potencial debido a su composición.

Energía potencial gravitatoria: (Epg): es la energía que posee un cuerpo debido a la posición que ocupa en un campo gravitatorio.

Esto se comprueba cuando un objeto cae al suelo, siendo capaz de mover o deformar objetos que se encuentren a su paso.

El movimiento o deformación será tanto mayor cuanto mayor sea al altura desde la cual cae el objeto. o mayor sea su masa

Epg= mgh Donde: Ep: Energía potencial en Joules (J) m: masa en kg g: aceleración de gravedad 9,8 m/s2

h: altura en m

Energía potencial elástica (Epx): es la energía que posee un cuerpo elástico (resorte) en virtud de su estado de tensión.

k es la constante elástica del

resorte. x es la deformación del

resorte.

Energía cinética (Ec)

Cuando un cuerpo está en movimiento posee energía cinética ya que al chocar contra otro puede moverlo y, por lo tanto, producir un trabajo. Matemáticamente se define como:

Donde: Ec: energía cinética en Joules (J) m: Masa en kg v: Rapidez en m/s

La energía en movimiento cuando un automóvil comienza a rodar por una pendiente, la energía potencial se transforma en energía cinética. En términos matemáticos la energía cinética de un objeto es igual a la mitad de la masa multiplicada por su velocidad al cuadrado.

Energía Hidráulica: se obtiene del aprovechamiento de la energía cinética y potencial de la corriente de agua.

Energía Nuclear: es aquella que es liberada como resultado de una reacción, fisión nuclear (división de núcleos pesados), fusión nuclear (combinación de núcleos livianos).

Energía Geotérmica: se obtiene por aprovechamiento del calor del interior de la tierra.

Energía eólica: se obtiene del viento por la utilización de la energía cinética generada por las corrientes de aire.

Energía Solar: se obtiene directamente del sol, cuya capacidad puede aprovecharse en forma directa o por acumulación en un dispositivo.

La materia puede convertirse de una forma a otra, pero la cantidad total de energía permanece constante.

“LA ENERGÍA NO SE CREA NI SE DESTRUYE, SOLO DE TRANSFORMA”

Para 1905, Eisten ya había elaborado su teoría de la relatividad. Al hacerlo, dedujo una relación entre la materia y la energía.

∆E= cambio de energía

∆ m=cambio de masa

c2= velocidad de la luz al cuadrado.

1g de materia -si se convierte totalmente en energía- contienen la energía suficiente para calentar una casa durante 1000 años (bomba atómica).

En reacciones químicas el cambio de energía es extremadamente pequeño en comparación con las reacciones nucleares.

Esta ley fue enunciada por Proust en 1801, y dice:

“Cuando dos o más elementos se unen para formar un compuesto determinado, lo hacen siempre en una relación de masa invariable, es decir en una proporción fija o definida”

10,00 g de cloruro 10,00 g de sodio 16,484 g de sal 3,516 g de ……………………………………………………………………….............sodio

Siempre reaccionan el cloro con el sodio en la proporción de 10 g de cloro con 6,484 g de sodio, generando 16.484g de sal.

Fue enunciada por Dalton en 1.803,

y dice:"Las cantidades (masa) de un mismo elemento que se combinan con una cantidad fija de otro para formar

compuestos distintos, están en una

relación de números enteros sencillos" (como 1:2; 3:1 ; 2:3 ; 4:3 , etc.)

16 g

oxígeno

63,54 g

de cobre

127,08 g de cobre

Se cumple que

63,54 g

127,08 g

Es 1: 2

Ejemplo: Un óxido de hierro (A) contiene 16 g de oxígeno por 55,6 g de hierro

Otro óxido de hierro (B) contiene 48 g de oxígeno por 112 g de hierro

¿Cumplen la ley de las proporciones definidas?

Compuesto A Compuesto B

No la cumplen. Están en distinta proporción. Son compuestos distintos.

¿Cumplen la ley de las proporciones múltiples?

Conocemos las masas de hierro, de cada compuesto, que se combinan con la misma de oxígeno, 1 g. A partir de ellas buscamos en que relación están:

Si se cumple la ley de las proporciones múltiples, las masas de hierro que se combinan con una misma cantidad de otro elemento están en la proporción 3 es a 2

OgFegOg

Feg/475,3

16

6,55

OgFegOg

Feg/33,2

48

112

23

5,133,2

475,3

FegFeg

Se analizaron 3 muestras de óxido de nitrógeno, del que se obtuvo el siguiente resultado de masas

Con atención a la Ley de la Composición definida y Ley de las Proporciones múltiples, identifique la afirmación correcta. a) Si a la muestra 2, le duplicamos la masa del nitrógeno; obtendremos relaciones iguales entre las muestras 2, y 3. b) Las muestras 1 y 3, son un ejemplo de la Ley de las Composiciones definidas. c) Todas las muestras cumplen con la Ley de las Proporciones múltiples. d) Todas las muestras cumplen con la Ley de las Composiciones Definidas.

Se analizó en el laboratorio tres muestras: A, B y C. Las mismas contenían sólo oxígeno y nitrógeno como muestra la siguiente tabla:

Señale la opción correcta:

a) La relación de masas entre las muestras A y B es 2/3

b) La relación de masas entre las muestras A y C es 2.

c) Las muestras A y C cumplen la ley de las proporciones múltiples.

e) Las muestras A y B pertenecen al mismo compuesto

d) En la muestra A se requieren 1,75 g de nitrógeno por cada gramo de oxígeno.

Se analizaron 3 muestras de óxido de plomo, del que se reportó el siguiente resultado de masas:

Con atención a la Ley de la Composición definida y Ley de las Proporciones múltiples, identifique la afirmación correcta: a)La muestra A, es de la misma naturaleza que la muestra B. b) Las muestras A y C, son un ejemplo de la Ley de las Proporciones múltiples. c) Si en la muestra B, le duplicamos la masa del plomo; obtendremos relaciones iguales entre las muestras A, B, y C. d) Las muestra B y C cumplen con la Ley de las composiciones definidas.

Calcular las relaciones de masas entre el oxígeno y el níquel que presentan las 4 muestras del cuadro; y luego, revise e identifique la afirmación correcta

a) Si en la muestra A, multiplicamos por 0,2 a la masa del oxígeno; tendremos relaciones iguales en muestras A y B. b) La muestra A, es de la misma naturaleza que la muestra D. c) Las muestras A y B, son ejemplo de la ley de las proporciones múltiples. d) Las muestra C y D son ejemplo tangibles de la ley de as composiciones definidas.

Una muestra de 1.205g de potasio reacciona con 6.815g de cloro, obteniéndose cloruro de potasio como único producto. Después de la relación quedan 3.3g de cloro sin reaccionar. ¿Qué masa de cloruro se formo?

Una muestra de 0.320g de magnesio reacciona con 0.9933g de cloro para formar 1.257g de cloruro de magnesio. En una segunda muestra se utilizan 0.474g de magnesio ¿Cuánto producto se forma?