1.1. Química: La ciencia central. Universidad de Concepción Facultad de Ciencias Químicas. 1 Dr. Antonio Buljan Unidad

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1 1.1. Química: La ciencia central. Universidad de Concepción Facultad de Ciencias Químicas Que es la Química? Química General /012/017/125 Unidad I CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LA MATERIA Y MEDICIONES. Roald Hoffmann Premio Nobel de Química 1981 Estudio del Cambio Biología Ingenierías Geología Química La Ciencia Central Física Astronomía 1 Cs. Biomédicas 2 La química permite aprovechar las substancias que nos rodean. Algunos frutos de la Investigación en Química Ejemplo: Proceso Haber. N2(aire) + H2 amoniaco (NH3) NH3 + O2(aire) ácido nítrico (HNO3) (proceso Ostwald) Producto natural HNO3 + NH3 nitrato de amonio (NH4NO3) Salitre sintético H+ calor + + Felix Hoffmann Fritz Haber 3 4 Curiosamente, no todo el mundo lo pensaba así: Afortunadamente. William Thomson (Lord Kelvin) (1851) Auguste Comte, Cours de Philosophie Positive, Paris (1842) A menudo digo que, cuando una persona puede medir aquello de que está hablando, y expresarlo con números, tiene idea de ello; pero cuando no lo puede hacer, sus conocimientos no son del todo satisfactorios; puede ser que esté empezando a aprender, pero apenas así habrá avanzado hacia el conocimiento de la ciencia, cualquiera sea la materia de que se trate. Cualquier intento de usar métodos matemáticos en el estudio de las reacciones químicas debe ser considerado profundamente irracional y contrario al espíritu de la química. Si el análisis matemático adquiere un lugar importante en la química una aberración que es felizmente imposible produciría una rápida degeneración de esa ciencia. 5 6

2 Ejemplo de Aplicación del Método Científico: La corrosión del Hierro en las zonas costeras. Sistema: Un pilar de hierro de un muelle en la costa del oceano. Observaciones: El pilar de hierro se corroe muy rápido cuando está sumergido en el mar. Un pilar de hierro similar de un muelle en un lago se corroe más lento. Hipótesis: En el agua de mar hay una substancia que acelera la corrosión del hierro, posiblemente el cloruro del sodio. Confirmación de la Hipótesis: Se coloca un clavo de hierro en un vaso con agua dulce y otro clavo en un vaso con una disolución de cloruro de sodio (NaCl). Resultado: El clavo en la disolución de cloruro de sodio se corroe más rápido. Ley - Cuando el hierro se pone en presencia de humedad y NaCl, éste se corroe más rápido. Nombre Símbolo Nombre Símbolo Nombre Símbolo Aluminio Al Hierro Fe Plata Ag Bromo Br Silicio Si Azufre S Sodio Na Hidrógeno H Tungsteno W Cobre Cu Oxígeno O Oro Au Obs: Una letra: P, H, O, H, etc. Dos letras: Br, Fe, Au, Cu, etc. 7 8 Materia no Es uniforme en todas sus partes? si Mezcla Heterogénea. Sustancia Homogénea. no Tiene composición variable? si Sustancia pura. Mezcla homogénea. no Elemento. Puede descomponerse en substancias más simples? si Compuesto. 9 Sólido Líquido Gas Película: Estados de la Materia 10 Los tres estados de la materia en la naturaleza Ej.: masa = 150 masa = 150 g Sólido (hielo) Líquido (agua) Gas (vapor de agua) 11 La temperatura del agua es 25 La temperatura del agua es 25ºC 12

3 Unidades Fundamentales del Sistema Internacional (SI) Cantidad Física Nombre de la Unidad Símbolo Longitud metro m Masa kilogramo kg Tiempo segundo s Corriente eléctrica Ampere Temperatura Kelvin K Cantidad de sustancia Intensidad luminosa mol candela Fijadas en la Conferencia Internacional de Pesos y Medidas en Paris (1960) A mol cd Unidades derivadas del SI Cantidad Física Nombre de la Unidad Símbolo Unidades del SI Energía Joule J kg m 2 s 2 Fuerza Newton N kg m s 2 Potencia Watt W kg m 2 s 3 Carga eléctrica Coulomb C As Resistencia eléctrica Diferencia de potencial eléctrico Capacidad eléctrica Ohm Ω kg m 2 s 3 A 2 Volt V kg m 2 s 3 A 1 Faraday F A 2 s 4 kg 1 m 2 Frecuencia Hertz Hz s 1 Presión Pascal Pa kg m 1 s Si se tiene cantidades muy grandes o muy pequeñas, se utilizan potencias de 10 y prefijos apropiados para ahorrar espacio. Prefijos de uso común en el SI. Prefijo Abreviatura Significado Ejemplo Otras unidades comunes que no pertenecen al SI Cantidad física Nombre de la Unidad Símbol o equivalencia Longitud Ångstrom Å 1Å = m Momento dipolar Debye D 1 D = Cm Volumen Litro L 1 L = 10 3 m 3 Presión atmósfera atm 1 atm = Pa = 760 Torr Ejemplo: g = 10 3 g = 1 mg s = 10 6 s = 1 Ms 15 Mayor información: 16 kg patrón (OIPM-Sèvres (Paris)) 17 18

4 Materiales de vidrio más utilizados para medir volúmenes de líquidos Pipeta picnómetro Densímetro o hidrómetro Probeta graduada Jeringa Bureta Matraz volumétrico o de aforo Manejo de números y cifras significativas. Punto de Ebullición del agua Temperatura corporal humana Punto de Congelamiento del agua Notación de decimales: punto (.) ó coma (,)? Conferencia General de Pesos y Medidas (CGPM) establece (en 2003) lo siguiente: Se establece la coma o el punto para los decimales: Se utiliza la coma para separar la parte entera de la parte decimal en las expresiones numéricas escritas con cifras (ejemplo: 2,37). También se acepta el uso del punto, propio de países de habla inglesa y extendido en varios países hispanoamericanos (ejemplo 2.37) Escala Kelvin Escala Celsius Escala Fahrenheit Se prescindirá del punto para separar los millares, millones, etc, ya que de esta manera se facilita la lectura de estas expresiones. Cuando las expresiones constan de más de 5 cifras, se separan mediante espacios por grupos de tres. Ejemplos: ; En tanto, los números de cuatro cifras se escriben sin espacios de separación Ejemplo: La notación científica átomos (número de átomos de Cu que hay en 47.4 mg de Cu) g (masa de una molécula de colesterol) Carl Sagan Cosmos (1980) Película: El número googol y la idea de infinito

5 Notación científica o exponencial: N 10 n 1 N < 10 n es un entero positivo o negativo Cifras Significativas Número de dígitos de una medida calidad del instrumento de medición. CIFRAS SIGNIFICATIVAS: cifras o dígitos de una medida que se conocen con absoluta certidumbre más la primera cifra incierta = = Ejemplo: Regla corriente: Mínima medida: 0.1 cm = 1 mm Se pueden medir 2.40 cm, pero no cm Reglas para el Uso Correcto de las Cifras Significativas (C.S.) 1. Un cero ubicado entre dígitos finitos siempre es significativo g ml 4 c.s. 6 c.s. 3. Los ceros que siguen a la derecha de un dígito finito son significativos siempre que hayan sido leídos por el instrumento. 2. Los ceros a la izquierda de un dígito finito no son significativos L min 2 c.s ml 1.10 L g Los ceros que terminan la parte entera de un número son significativos solo si el análisis de cifras lo permite 2500 kg 4 c.s. Si el análisis de cifras indica reducir el número de c.s., se debe usar notación científica: kg 4 c.s kg kg 2 c.s. Obs: La potencia de 10 no es una c.s. 5. Redondeo de cifras Si la cifra que sigue a la que se quiere redondear es: (i) mayor o igual a 5 subir en una unidad (regla five-up). (ii) menor que 5 se deja inalterada. Ejemplos: Redondear a 2 cifras los siguientes números: (2 < 5 el 3 no cambia) (la cifra a cortar es 5, se sube 1 unidad) (la cifra a cortar es 5, se sube 1 unidad) (4 < 5 el 6 no cambia) (7 > 5 el 2 sube 1 unidad) 29 30

6 6. Sumas y Restas: El resultado debe tener el mismo número de decimales que la medición con el menor número de decimales decimales. 2 decimales (2 decimales) Multiplicación y División: El resultado debe tener el mismo número de c.s. que la cantidad que tiene el menor número de c.s. 678 } = = 9.4 { 9.2 { 2 c.s. 2 c.s. 8. Números exactos: Si una cantidad medida o calculada se multiplica o divide por un entero (que no ha sido medido) éste no se considera en el analisis de c.s { = = 114 { c.s = = Constantes universales: Para números tales como π, e, etc. utilizar todos los decimales de la calculadora. 10. Cálculos en cadena: π = ; e = La mayoría de los textos sugiere redondear al número correcto de cifras significativas en cada paso del cálculo. Sin embargo, puede haber ligeras diferencias dependiendo del procedimiento escogido (redondear paso a paso o redondeando al final) Por ejemplo: (8.15) = = (redondeando al final) (8.15) = = (redondeando en cada paso) Sin embargo, si el cálculo implica solo multiplicaciones y divisiones sucesiva, entonces es más conveniente redondear al final. No obstante, cuando los cálculos implican operaciones combinadas (sumas y restas), redondear paso a paso es imprescindible: Ejemplo: = (3 cs) (3 cs) (1 decimal ) FIN UNIDAD 1 Exactitud buena Precisión buena Exactitud pobre Precisión buena Exactitud pobre precisión pobre 35 36