Curso: QUÍMICA Semana 01 Tema: MATERIA Y ENERGIA MATERIA: Es toda realidad objetiva que tiene masa, ocupa un lugar en el espacio e impresiona a nuestros sentidos. Por ejemplo, el agua, el aire, las frutas, la tinta, madera, etc. PROPIEDADES DE LA MATERIA: a. Por su Naturaleza: Son aquellas que nos proporcionan información de la forma como una sustancia se comporta o distingue de las demás, pero que no nos sirven para identificar qué clase de materia es. Pueden ser: 1. Generales: Comunes a todo tipo de materia, estas son: extensión, inercia, indestructibilidad, divisibilidad, dilatación, porosidad (discontinuidad), impenetrabilidad, ponderabilidad (peso), atracción, color, olor, sabor. 2. Específicas: Comunes a determinado conjunto de sustancia, tenemos: para sólidos (dureza, maleabilidad, ductibilidad, tenacidad, elasticidad) y para fluidos (gases y líquidos) estas son: (tensión superficial, viscosidad, compresibilidad, expansibilidad). b. Propiedades Particulares: Aquellas que dependen de cada tipo de sustancia y que sirven para diferenciarlas unas de otras, estas son: 1. Físicas: Aquellas que pueden medirse sin alterar la estructura o composición de la materia, tenemos: temperatura, punto fusión, punto ebullición, densidad, color, índice de refracción, solubilidad, etc 2. Químicas: Son aquellas que describen el comportamiento de una sustancia en las reacciones químicas. Así tenemos: que a la intemperie el Hierro se oxida, mientras el oro no; el oxígeno es comburente, el nitrógeno no, etc. dentro de este grupo tenemos: corrosión, acidez, inflamabilidad, combustibilidad, electronegatividad, poder reductor, etc. c. Por la cantidad de masa: 1. Extensivas: Aquellas que dependen de la cantidad de masa. Tenemos: volumen, inercia, impenetrabilidad, tenacidad, calor ganado o perdido, etc. 2. Intensivas: Aquellas que no dependen de la cantidad de masa. Tenemos: temperatura, densidad, color, acidez, dureza, etc. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA: En el universo la materia se encuentra en cuatro estados. Los que pueden interactuar entre ellos. Sus principales características son: Sólido: Las fuerzas de cohesión son mayores que las de repulsión, tienen forma y volumen definido. Ejemplo: madera, hielo, ladrillo, alambre, etc. Líquido: Las fuerzas de cohesión y repulsión son parecidas, tienen volumen definido y toman la forma del recipiente que los contiene. Ejemplo: agua, aceite, alcohol, etc. Gaseoso: Las fuerzas de repulsión son mayores que las de cohesión, no tienen forma ni volumen definido, ocupando todo el volumen del recipiente que los contiene. Ejemplo: aire, propano, oxígeno, etc. Plasmático: Se halla a elevadas temperaturas (mayores a 10 millones de grados Kelvin); es el más abundante del universo, se encuentra en las estrellas como el sol, núcleo de los cometas, etc. Los cambios de estado que sufre la materia y el correspondiente nombre de cada uno son: DOCENTE Ing. Carlos Salazar 1
Proceso exotérmico con Desprendimiento de calor Sublimación Sólido concebible de un material. Por lo tanto son partículas, las moléculas, los átomos, los protones, neutrones, electrones, fotones, etc. Solidificación Fusión Líquido Licuación o Vaporización Condensación Gaseoso Ionización Plasmático Deposición Proceso endotérmico con Absorción de calor La materia se puede dividir en: Materia Cuerpo Partícula Molécula Átomo Partículas Sub atómicas Hasta el grado de molécula la materia conserva sus propiedades características y se puede llegar a ella mediante medios mecánicos y físicos. Para obtener átomos tenemos que usar medios químicos. CAMBIOS DE LA MATERIA: a. Físicos: Son aquellos que ocurren sin que se produzca alteración en la composición química de la materia. Se cambia la forma, el tamaño, el estado de agregación, el estado de movimiento. Ejemplo: cambios de estado, doblar un alambre, disolver azúcar en agua, etc. b. Químicos: Son aquellos en los que se altera la composición química de la materia. Ejemplo: oxidación de un clavo, digestión de los alimentos, fermentaciones, fotosíntesis, quemar un papel, etc. c. Nucleares: Aquellos en los cuales se modifica la constitución del núcleo de los átomos. En ellos hay un gran desprendimiento de energía y pérdida lenta de masa. Ejemplo: fusión y fisión nuclear. ALOTROPIA: Propiedad de ciertos elementos de hallarse en un mismo estado físico en 2 ó más formas distintas. Ejemplo: O 2 O 3 (Oxígeno Ozono); S 4 S 8 (Azufre rombico y monoclínico); P 4 P 12 (Fósforo blanco y rojo) GRADO DE DIVISIÓN DE LA MATERIA: El concepto de partícula es amplio y lo usamos mucho en química, abarca desde una pequeña porción de materia hasta la más ínfima porción SISTEMA: Es una porción limitada de materia que tiene fronteras y que se aísla para su estudio. Pueden ser: a. Abiertos: Cuando hay transferencia de masa y energía entre el sistema y el medio ambiente. En estos hay que limitar el sistema a lo que tenemos en estudio. b. Cerrados: Cuando no hay transferencia de masa pero si de energía con el medio ambiente. c. Aislados: Cuando no hay transferencia de masa y energía con el medio ambiente. Los sistemas se clasifican en: a. Homogéneos: Aquellos en donde todos los puntos de su masa presentan las mismas propiedades físicas y químicas. Ejemplo: solución de NaCl, agua pura, aire, etc. b. Heterogéneos: Aquellos que están formados por dos ó más fases que pueden estar en un mismo o diversos estados de agregación. Ejemplo: agua con aceite, granito con arena, etc. FASE: Es cada una de las partes homogéneas que forman un sistema material. Por el número de fases los sistemas pueden ser: monofásicos, difásicos, trifásicos, etc. COMPONENTE: Es cada una de las sustancias (simples o compuestas) que están presentes en un sistema. DOCENTE Ing. Carlos Salazar 2
Ejemplos: 1. En un vaso a medio llenar se tiene agua y aceite cuántas fases y componentes hay? Aceite Se tiene: H2O 2 fases y 2 componentes 2. En un recipiente cerrado se tiene agua, alcohol, hielo y aceite hasta sus ¾ partes, cuántas fases y componentes hay? Vapores de agua, alcohol y aceite Aceite Hielo Agua y alcohol SUSTANCIAS PURAS: Toda sustancia homogénea con características físicas y químicas propias. Pueden ser: a. Elementos: Sustancias simples formadas por un solo tipo de átomos no pueden ser separados en otras más simples. Estos son los 109 elementos químicos oficialmente reconocidos. A las moléculas formadas por átomos iguales como el H2, O2, N2, P4, etc se les llama sustancias elementales. b. Compuestos: Sustancias formadas por átomos de elementos diferentes, se pueden separar por procesos químicos. Se les representa mediante fórmulas. Ejemplo: agua (H2O); alcohol etílico (C2H5OH), ácido sulfúrico (H2SO4); etc. Se tiene: 4 fases y 3 componentes MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS: CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA: 1. Filtración: Nos permite separa sólidos insolubles de un líquido. Ejemplo: arena de agua. 2. Decantación: Nos permite separa líquidos inmiscibles como agua con aceite o sólidos muy finos de líquidos aprovechando su diferencia de densidad como en el agua turbia; a esta también se le llama sedimentación. MEZCLA: Sistema formado por dos ó más sustancias en cantidades variables, donde cada componente conserva sus propiedades. No tienen fórmula y pueden ser: a. Homogéneas: Cuando las sustancias que la constituyen forman una sola fase. Ejemplo: agua azucarada, bronce, gasolina, vinagre, oro de 18 kilates, etc. b. Heterogéneas: Aquellos sistemas que presentan dos ó más fases. Ejemplo: agua-hielo, aceite-agua, arenacemento, etc. pueden ser: Agregados: como ensalada de frutas Suspensiones: como néctar de frutas Coloides: como la mayonesa. 3. Cristalización: Nos permite separa un sólido soluble de un líquido como la sal del agua, se puede acelerar calentando la solución o colocándola en un depósito de gran área. 4. Destilación: Se utiliza para separar líquidos miscibles, aprovechando su diferente temperatura de ebullición. Pueden ser: simple (separación de 2 líquidos, como agua y alcohol etílico) y fraccionada (separación de tres o más componentes, como el petróleo). 5. Tamizado: Técnica que nos permite separar sólidos de diferente diámetro, como el usado en las canteras para separar piedras grandes, piedra mediana, confitillo, arena gruesa y arena fina. 6. Centrifugación: Se utiliza para separar sólidos suspendidos en un líquido mediante la aplicación de una fuerza centrífuga. DOCENTE Ing. Carlos Salazar 3
7. Licuación: Técnica usada para separar mezclas gaseosas, como nitrógeno del oxígeno. ENERGÍA: Es la capacidad que tiene la materia para efectuar trabajo o transferir calor. LEY DE CONSERVACIÓN MATERIA - ENERGÍA: Fue enunciada por Albert Einstein, dice: la materia y la energía no se crean ni se destruyen, sólo se transforman. Dicha interconversión se expresa mediante la ecuación: E = mv 2 Dónde: E = Energía, en joule m = Masa, en kilogramos v = velocidad de la luz = 3 x 10 8 m/s Ejemplo: Cuál es la cantidad de energía, en joule, que se obtiene al desintegrase 2 gramos de Hidrógeno. Cuando un cuerpo está en movimiento, está sujeto a los dos tipos de energía; luego, su energía total estará dada por la expresión: E = Ec + Ep Otras formas de energía son: radiante, nuclear, química, luminosa, eléctrica, eolica, sonora, hidráulica, etc. CALOR: Es una forma de energía, se mide frecuentemente en calorías. En el S.I la unidad de medida es el joule. 1 joule = 1kg x CALOR ESPECÍFICO (c.e): Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de sustancia en un grado centígrado (o grado Kelvin) sin cambio de fase. c.e = Q m t 2 m 2 s = 10 7 ergios E = (2g x 1 ) (3 x 10 8 Kg 1000g m s ) 2 = 6 x 10 15 Joule El c.e de una sustancia difiere del estado (sólido, líquido o gaseoso) en que se encuentre. Ejercicio: Qué masa en gramos de una sustancia radiactiva se desintegra cuando se libero 9 x 1010 joule. CLASES DE ENERGÍA: 1. Cinética: Es aquella que posee la materia debido a su estado de movimiento. Se expresa mediante: Dónde: m = Masa del cuerpo v = Velocidad del cuerpo 2. Potencial: Es aquella que posee la materia por la posición (altura) en la que se encuentra. Se calcula mediante: E = mgh Dónde: g: Aceleración de la gravedad h: altura Ejemplo: c.e; H2O (Hielo) = 2,09; J/g C H2O ( Liquida) = 4,18 J/g C CAPACIDAD CALORÍFICA (C): Es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una masa de sustancia en 1 C. Esto es: C = m.ce Conocido el calor específico de una sustancia, se puede determinar la energía liberada o absorbida, aplicando: Q = C x T = m. c.e. T Además, en todo sistema en el que se tiene varios objetos, cuando se llega al equilibrio térmico se cumple: Q Ganado = Q perdido E = Ec + Ep DOCENTE Ing. Carlos Salazar 4
CUESTIONARIO 1. Marque verdadero o falso según corresponda: I. La materia se clasifica en mezclas y sustancias. II. La sustancia se caracteriza por tener características definidas. III. La mezcla homogénea se puede separar por decantación. IV. Una mezcla heterogénea se separa por métodos físicos a) VVFV b) VVVV c) FFFF d) FFVV e) VFVF 2. Con respecto a las sustancias marque verdadero o falso según corresponda I. Todos los compuestos son iónicos II. Algunos compuestos están formados por moléculas III. Los elementos están formados por un solo tipo de átomos a) FVV b) FFF c) VFV d) VFF e) FFV 3. Seleccione mezclas homogéneas: I) Gasolina II) acero III) arena IV) jugo de frutas a) I, IV b) I,III c) II,III d) III,IV e) I,II 4. La alternativa que contiene una sustancia elemental y una mezcla, respectivamente es: a) Ozono aire b) alcohol éter c) gasolina diamante d) cuarzo azufre e) vino fósforo 5. La propiedad de la materia que indica la presencia de espacios vacíos en ella se denomina y es una propiedad a) Extensión particular b) discontinuidad - particular c) discontinuidad general d) divisibilidad general e) indestructibilidad general 6. La es la capacidad que tienen algunos sólidos de ser transformados en hilos y es una propiedad a) Ductibilidad general b) ductibilidad particular c) maleabilidad particular d) elasticidad general e) elasticidad general 7. La materia se caracteriza por presentar fuerzas de cohesión de igual magnitud que las fuerzas de repulsión, y presenta fluidez. a) Sólida b) líquida c) gaseosa d) plasmática e) amorfa 8. El término licuación se emplea cuando un... pasa al estado... a) sólido líquido b) gas líquido c) vapor líquido d) líquido gas e) líquido vapor 9. Cuál de los siguientes cambios es químico? a) Fusión de un metal DOCENTE Ing. Carlos Salazar 5
b) combustión de leña e) desintegración del uranio c) sublimación de la naftalina d) evaporación del agua 10. En el párrafo: El azufre es un sólido amarillo pálido, que tiene dos formas alotrópicas, se quema en el aire para formar SO2. Al calentarse a 180 C toma coloración marrón. Funde a 113 C y no es soluble en el agua. Cuántas propiedades son físicas y cuántas químicas. a) 0, 6 b) 4, 2 c) 5, 1 d) 2, 4 e) 3, 3 11. Si un profesor de química le solicita separar el aceite y azúcar de una mezcla de aceite y azúcar disuelto en agua; qué métodos de separación utilizaría? a) decantación y destilación b) destilación y filtración b) cristalización y filtración d) filtración y centrifugación e) decantación y cristalización 12. Una solución acuosa de sacarosa con aceite en un vaso de precipitado a medio llenar formar un sistema de... fases y... componentes a) 3, 3 b) 2, 3 c) 2, 2 d) 3, 2 e) 3, 4 13. Etanol, cloroformo, agua y 2 cubitos de hielo se mezclan en un sistema cerrado y aislado, entonces el número de fases y componentes es: a) 4, 4 b) 5, 4 c) 3, 4 d) 4, 3 e) 3,3 14. Cuál será la energía en Joule liberada cuando se descomponen 5 mg de material radiactivo? a) 4,5x10 11 b) 5,0x10-10 c) 4,5x10 17 d) 1,5x10 14 e) 1,5x10 10 15. Calcular la masa en mg desintegrada en un proceso nuclear, si se liberaron 9x1012 J. a) 1x10 11 b) 1x10 9 c) 1x10 10 d) 1x10 2 e) 1x10 3 16. Calcule el calor específico en J/g C del oro si para variar la temperatura en 100 C de una muestra de 10g de este metal se necesitaron 129J. a) 1,20x10-2 b) 2,09x10-1 c) 1,29x10-1 d) 7,75x10-1 e) 7,75x10 0 17. Calcular la capacidad calorífica en kj/ C de 50 g de agua si el ce agua = 1cal g -1 C -1 a) 5,00x10-3 b) 5,00x10-2 c) 2,09x10-1 d) 5,00x10 3 e) 2,09x10-2 18. Calcular el calor en kj absorbido cuando un recipiente de 100g de vidrio pírex se calentó desde 25 C hasta 95 C. ( ce vidrio pírex = 0.8Jg-1 C-1) DOCENTE Ing. Carlos Salazar 6
a) 7,2x10 1 b) 5,06x10-1 c) 5,6x10 0 d) 3,6x10 1 e) 7,7x10 8 19. Una plancha de hierro (ce= 0,106 cal/g C) de 100g se calentó desde 20 C hasta 120 C. Calcule el calor ganado en calorías. a) 1,42x10 4 b) 1,10x10 4 c) 1,06x10 3 d) 1,76x10 3 e) 1,62x10 4 20. A un termo que contenía 50mL de agua a 80 C se agregaron 30mL de agua a 8 C rápidamente se cerró herméticamente. Cuál será la temperatura de equilibrio en C de la mezcla? a) 53 b) 25 c) 66 d) 78 e) 58 21. Cuando doblo una barra de vidrio, esta llega a romperse, Por qué? a) Es transparente b) Es Frágil c) Es barata d) Es insignificante e) Solo se usa para las ventanas 22. Evalué lo que corresponde a la alotropía e indique (V) o falso (F) Es propiedad de algunos compuestos químicos Es propiedad de cada elemento químico Los alótropos poseen propiedades diferentes a pesar de contener átomos del mismo elemento. H y H2 son alótropos del H a) FFVF b) FVVF c) FVVV d) VVFF e) FFVV 23. Cuál es el máximo responsable de todos los procesos de oxidación y corrosión que se dan en los materiales expuestos a su acción? a) Nitrógeno b) Oxígeno c) Carbono d) Hidrógeno e) aire 24. La atracción de molécula - molécula se llama: a) gravedad b) gravitación c) cohesión d) afinidad e) adhesión 25. El cobre se transforma en hilos por la: a) masa b) ductilidad c) volumen d) maleabilidad e) elasticidad 26. Mide la cantidad de materia: a) Volumen b) Masa c) Extensión d) Peso e) Todas 27. Una Jarra vacía pesa 25 g, si se llena totalmente de agua pesará 125 g. Si en vez de agua se llena totalmente con aceite pesaría 105 g. Calcular la densidad del aceite a) 0.8 g/cm 3 b) 1.8 g/cm 3 c) 0.08 g/cm 3 DOCENTE Ing. Carlos Salazar 7
d) 0.18 g/cm 3 e) 0.018 g/cm 3 28. No es evidencia de un cambio químico a) Cambio de color b) Formación de un precipitado c) Evaporación de una sustancia líquida d) Desprendimiento de un gas e) Desprendimiento de calor 29. Indique la relación incorrecta. a) mayonesa: mezcla heterogénea b) vinagre: mezcla homogénea c) salmuera: mezcla homogénea d) jugo de fresas: mezcla homogénea e) mermelada: mezcla heterogénea 30. Señale la sustancia compuesta ternaria de mayor atomicidad. a) SCl 2 b) Fe 3O 4 c) C 2H 5OH d) H 2CO 3 e) CH 3CH 3 EVALUACIÓN 1. Indique la relación correcta entre el proceso realizado y el tipo de partícula obtenido, que verifican la discontinuidad de la materia: 1. Molienda ( ) Moléculas o Iones 2. Disolución ( ) Electrones, protones y neutrones 3. Electrolisis ( ) partículas 4. Reacción nuclear ( ) Átomos a) 1,2,3,4 b) 3,1,2,4 c) 4,2,1,2 d) 2, 4, 1,3 e) 2, 1, 3,4 2. Indique la secuencia correcta: ( ) Todo compuesto químico es una sustancia. ( ) Toda sustancia es un compuestos químico. ( ) El agua de mar es una mezcla. ( ) Las aguas duras son sustancias químicas. a) VFVF b) VFFF c) VVFF d) VVVF e) FFVV 3. El número de proposiciones correctas es: I. El estado de agregación de un cuerpo depende de las condiciones de presión y temperatura. II. Los estados fundamentales de la materia son sólido, líquido, gaseoso y coloidal. III. Existen sistemas heterogéneos donde hay una sola sustancia. IV. El volumen y la masa son propiedades físicas. V. El aire es una sustancia compuesta. a) 5 b) 3 c) 1 d) 2 e) 4 4. Indicar la secuencia correcta: Las prop. Físicas se pueden medir sin modificar la identidad de la sustancia. Las prop. Físicas pueden ser extensivas e intensivas. La inflamabilidad es una propiedad química. a) VVF b) FVV c) VFV d) VFF e) VVV DOCENTE Ing. Carlos Salazar 8
5. Cierto investigador, después de sintetizar y analizar un nuevo compuesto químico encontró que: su densidad es 1,75 g/ml; posee gran conductividad eléctrica, es muy soluble en agua, tiene gran resistencia a la oxidación ambiental, es blando y de color azul. En el orden dado identifíquelas como físicas (F) o químicas (Q): a) FFFQFF b) FQFQFF c) FQFQFQ d) FQQQFF e) FQFQQF 6. Cuando Se mezcla KI(ac) con Pb(NO3)2(ac) ocurre un cambio químico; formándose una nueva sustancia, el precipitado de PbI2. Esta sustancia es un sólido, de color amarillo a la temperatura de 25 C, tiene una masa de 2,5g y su densidad aproximada es 1,8g/cm3. El orden de propiedades extensivas e intensivas del PbI2 respectivamente son: a) I,E,I,I b) I,I,E,I c) I,E,E,I d) E,I,E,I e) I,I,E,E 7. Se mezclan con agitación en recipiente cerrado a 0 C y presión atmosférica las siguientes sustancias puras: hielo, agua y azúcar; luego se calienta hasta 25 C manteniendo la agitación. Que proposiciones son correctas: I. La mezcla inicial antes de agitar tiene 4 fases. II. La mezcla luego de agitarse a 0 C tiene 2 fases. III. La mezcla luego de agitarse a 25 C tiene 2 fases. 8. Por destilación de una solución se obtiene un líquido que destila a temperatura constante (80 C). En el fondo del recipiente queda un residuo sólido amarillento que se disuelve en agua, respecto a esto podemos afirmar que son ciertos: 1. Es un fenómeno físico 2. Es un fenómeno químico 3. La solubilidad es una prop. Física 4. El líquido es una sust. Pura. a) 1,2 y 3 b) 1y 4 c) 2,3 y 4 d) 1,2y 4 e) 1,3 y 4 9. Suponiendo que la 1ra bomba atómica contenía 12kg de material fisionable y durante la explosión se liberó 1,08x1013 KJ, cuál es el porcentaje de material fisionable que se convirtió en energía? a) 1% b) 5% c) 10% d) 20% e) 50% 10. Para operar una máquina térmica se requieren 9,0x1010J. Cuántas de estas máquinas se podrán operar con la energía obtenida de la transformación del 10% de una muestra de 1g de U 235? a) 1 b) 10 c) 25 d) 100 e) 75 a) I b) I y II c) I y III d) II y III e) III DOCENTE Ing. Carlos Salazar 9
DOCENTE Ing. Carlos Salazar 10