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Este método es más sencillo y económico que pedir al alumno que los imprima desde la página web, pero dado que a veces la primer clase resulta afectada por demoras en la impresión, cambios de comisión de alumnos y otros imprevistos, publicamos la 1er clase en la página web.

 

Quimica para Ingeniería en Sistemas. Facultad Regional La Plata. Universidad Tecnológica Nacional.

Apuntes de teoría.

Ing. Susana Juanto.

 

 

 

                      OBJETIVOS Y METODOS DE LA QUIMICA. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA.

 

 

                                                                    OBJETIVOS Y METODOS DE LA QUIMICA.

 

Para reflexionar: la Química forma parte de las Ciencias Naturales, cuyo objetivo último es mejorar las condiciones de vida, muchas veces a través de la predicción de determinados fenómenos (p.ej. conocer el pronóstico meteorológico para toda la semana).

Las predicciones se basan en modelos, los cuales se fundamentan en leyes y teorías desarrolladas a partir de datos experimentales.

 

 

 

Objetivos:

La Quimica es una ciencia que estudia la materia en sentido general, su estructura, sus propiedades, y las reacciones que transforman sustancias en otras.

 

Es una ciencia porque tiene un objeto de estudio (la materia), y un método (el método experimental).

 

La Química es una ciencia experimental, y en la adquisición de datos y su análisis interviene el Ingeniero en Sistemas.

 

Métodos:

El metodo empleado en Química consiste en:

1) Observación (de las propiedades de las sustancias, de sus transformaciones, de un fenómeno natural).

2) Experimentación (repetir en laboratorio bajo condiciones controladas los hechos que se observan en la naturaleza).

3) Hipótesis (intento de descripción del fenómeno, p.ej. una ecuación que relacione las variables).

4) Ley (tiene un carácter más general, incluye un gran número de hechos experimentales),

5) Teoría (hipótesis más desarrollada, incluye varias leyes) Una teoría es un principio unificador, y pueden descubrirse nuevas leyes posteriormente.

 

El camino de 2) a 3) lo recorre el método inductivo, y de 3) a 2) el método hipotético-deductivo.

 

A partir de las teorías se construyen los modelos predictivos.

                                                        =======================

 

A continuación se encuentran las definiciones de los términos más usuales en química.

 

Materia: es todo aquello que tiene peso y ocupa un lugar en el espacio.

Cuerpo: es una porción limitada de materia.

Sustancia: es la calidad de materia que constituye un cuerpo; de composición química definida.

 

 


  Cuerpo        

 Sustancia

 

 

 Un cuerpo se distingue de otro por su forma.

Una sustancia se distingue de otras por sus propiedades

 

Cuerpos iguales pueden estar formados por sustancias distintas.

La identidad de una sustancia es independiente de su estado físico.

 

Una misma sustancia puede formar distintos cuerpos según su estado físico.

Cuerpos distintos pueden estar formados por la misma sustancia

 

 

 

 

 

La materia puede ser dividida en porciones, que listadas en tamaño decreciente se denominan:

partículas: son porciones de materia obtenidas por medios mecánicos y/o físicos.

molécula: es la porción más pequeña de una sustancia que puede existir en estado libre conservando las propiedades de dicha sustancia.

átomo: es la menor porción de materia que constituye una molécula. Los átomos conservan su identidad cuando intervienen en las reacciones químicas.

 

                                                

 

Sistema: El objeto de estudio ( la porción del Universo que esta en estudio), se denomina sistema ( el resto del Universo es el medio).

Un sistema homogeneo tiene las mismas propiedades en toda su masa, al contrario de un sistema heterogeneo.

En un sistema heterogeneo se pueden distinguir fases.

 

Fase: es una parte homogenea de un sistema, separada de otras partes del sistema por superficies limites definidas.

Un sistema homogeneo esta formado por una sola fase, mientras que uno heterogeneo esta constituido por mas de una fase.

 

Los sistemas que se estudian en Quimica son: sustancias puras y mezclas.

 

 

 

 

                        SUSTANCIA PURA                                       MEZCLA

No se descompone por procedimientos                       Se separan en las

físicos y/o mecánicos.                                         Sustancias puras que

Composición definida.                                        Las componen, por proc.

Propiedades constantes,                                      físicos y/o mecánicos.

Para T y P dada.                                              Propiedades variables según la proporción de las

                                                                    Sustancias que la componen.

          

 

                               elementales (una sola clase de  atomos) 

 SUSTANCIAS PURAS

                             compuestos  (más de una  clase de  átomos)         

 

 

                    homogéneas (una sola fase)   

 MEZCLAS             

                  heterogéneas (más de una fase)

 

 

 

 

 

 

Clasificación de las sustancias

Las sustancias puras pueden dividirse en sustancias elementales y compuestos.

Una sustancia elemental, o simple, consta de átomos de una sola clase. Es decir, se compone de un elemento.

Un elemento es un tipo de materia cuyos átomos tienen el mismo numero atómico (el mismo numero de cargas positivas en el núcleo).

Un compuesto es una sustancia que consta de átomos de dos o mas clases diferentes, es decir, se compone de dos o más elementos.

Dado que las sustancias tienen composición química determinada, los elementos que forman el compuesto están presentes en una relación numérica constante.

 

Alotropia: Algunas sustancias elementales pueden presentar propiedades diferentes a pesar de estar formadas por el mismo elemento. P.ej. carbono amorfo, grafito y diamante son variedades alotropicas del C, en distintas formas cristalinas.

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Propiedades de las sustancias:

Las sustancias se identifican por sus propiedades.

Las propiedades son sus cualidades características, que las distinguen de las demás sustancias.

 

 

Propiedades físicas: solo involucran el comportamiento físico ( p.ej. densidad, punto de fusion, etc). Se pueden medir sin cambiar la identidad quimica de la sustancia. (se parte de una sustancia A, luego del proceso físico se obtiene A).       A--à A

 

Propiedades químicas: se refieren al comportamiento de las sustancias en las reacciones químicas.

Una reacción química es el proceso por el cual una sustancia se transforma en otra ( transformación de reactivos en productos).

(Se parte de una sustancia A, luego del proceso químico se obtiene B).       A---à  B

 

Las propiedades que no dependen de la cantidad de sustancia considerada se denominan intensivas (p.ej. temperatura de ebullición), y las que si dependen de la cantidad de materia considerada se denominan extensivas (p.ej. volumen).

 

Las propiedades de las sustancias se ponen de manifiesto en los fenómenos físicos y quimicos.

 

Fenómenos fisicos: tienen lugar cuando las modificaciones de las sustancias son transitorias, sin que se altere naturaleza interna (sin que varie su identidad química)(p.ej. pasaje de liquido a vapor).

Las propiedades de la sustancia antes y después del fenómeno físico son las mismas, dado que la sustancia es la misma.

 

Fenómenos químicos: tienen lugar cuando una sustancia se transforma en otra diferente. Las propiedades de la sustancia original (reactivos) son diferentes de las sustancias que se obtienen (productos) en una reacción química (p.ej.oxidaciones).

 

Las propiedades físicas se miden durante fenómenos físicos, utilizando métodos físicos.

Las propiedades químicas se miden durante fenómenos químicos, utilizando métodos químicos.

 

Reacciones químicas: una reacción química tiene lugar cuando una o mas sustancias (reactivos), sufren cambios para formar sustancias diferentes (productos). La descripción de las reacciones se hace mediante las ecuaciones químicas.

Las reacciones químicas se estudian con ayuda de los

 

Principios de la Química:

 

Principios gravimetricos:

 

a) Ley de conservación de la masa (Lavoisier): en toda reacción química la masa total del sistema permanece constante ( la materia no se crea ni se pierde, se transforma).

 

b) Ley de las proporciones definidas: todo compuesto químico esta formado por los mismos elementos en una proporcion constante de masas.

 

c) Postulados de Dalton:

La materia esta constituida por átomos. Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí en todas sus propiedades, y los átomos de elementos diferentes son distintos entre sí.

Cuando dos elementos se combinan lo hacen según un numero entero de átomos. Los átomos no pueden ser creados ni destruidos, solo se puede modificar su distribución (los átomos conservan su identidad en las reacciones químicas).

 

                C + O2 --à CO2

                     ●●       ●□●

 

(Dalton solo hablaba de átomos, no de moléculas. En realidad, actualmente para extender estos postulados a una forma mas general, se dice que la materia esta constituida por moléculas, las moléculas de una misma sustancia son iguales entre si,

y son distintas las de sustancias diferentes).

 

 

                    

  Principios volumetricos:

a)Gay Lussac: los volumenes de dos gases que se combinan (en las mismas condiciones de presion (P) y temperatura (T))estan siempre en una relacion sencilla.

 

b)Avogadro: volúmenes iguales de distintos gases, en las mismas condiciones de P y T, contienen el mismo numero de moléculas.

(Un mol de sustancia contiene el numero de Avogadro (NA ) de moléculas, 6,023 x 1023 moléculas).                                                                                                   

 

    

                                                     2 H2,   1 O2                                           4g H +  32 g O  

                                      

Conservación de la identidad de los átomos (DALTON)           Conservación de la     masa (LAVOISIER)

 
                       

 

 

 

                                                     2 H2O                                                        2 x 18 g H2O

 

 

 

como reactivos tenemos 2 moles de moléculas de H (que son 4 moles de átomos de H), y 1 mol de moléculas de O (que son 2 moles de átomos de O).36 g de reactivos en total.

Como productos, 2 moles de moléculas de agua, que contienen 4 moles de átomos de H y 2 moles de átomos de O.En total 36 g de productos.

                         2 H2 + O2  ---à  2 H2O        

                  4g H + 32 g O à  36 g H2O

ºººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººººº

 

 

 

Cuestionario de repaso:

1) Si observamos una muestra de agua liquida y una de hielo, ¿se trata de diferentes sustancias o de diferentes cuerpos? ¿Mediante que clase de fenómeno se pasa del estado liquido al sólido?

 

2) Una muestra de agua (H2O) pura, ¿ que clase de sistema es? ¿y si le agregamos sal (NaCl)?

 

3) ¿Es posible destruir átomos en una reacción química?

 

4) ¿Cuantas moléculas hay en un mol de oxigeno?

                                                           

Tareas relacionadas

 Realizar un mapa o red conceptual sobre clasificación de la materia, empleando los siguientes nodos: según la cantidad, moléculas, partículas, átomos, según la composición, elementos, sustancias puras,

compuestos, mezclas, homogéneas, heterogéneas.

 

EN CASA

La parafina (que se encuentra en las velas) tiene un punto de fusión cercano a los 55 ºC.

El “Baño María” puede realizarse con un envase de vidrio descartable (p.ej de yogur) sumergido en un recipiente (p.ej.una olla) con agua a ebullición.

Utilizando una porción de vela blanca, caliéntela a “Baño María”  y observe el pasaje de sólido a líquido.

Retírela del fuego, espere a que solidifique y vuelva a repetir la operación.

¿Se trata de un fenómeno físico o químico?

Tome una pequeña porción de parafina, e intente fundirla con el calor de su mano (temperatura corporal 36 ºC)¿es posible?

La temperatura de fusión, ¿es una propiedad extensiva o intensiva?

¿Cuántas fases hay en la parafina cuando está sólida, cuando está líquida y durante el cambio de estado?

 

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OTRAS ACTIVIDADES

 

CUESTIONARIO INTERACTIVO http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/qcasis/materia1.htm

 

Experiencia de laboratorio relacionada: http://www.frlp.utn.edu.ar/grupos/aepeq/casa1.html

 

Mapa conceptual Mapas conceptuales TP1  tp1

 

 

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QUIMICA PARA INGENIERIA EN SISTEMAS. Facultad Regional La Plata. Universidad Tecnológica Nacional.

Guía de Trabajos Prácticos.

Qco Iasi, Rodolfo.

Ing. Juanto, Susana

Ing. Pastorino, Silvia.

                      

 

                         TP nº 1. Principios de la Quimica

 

1)    Realice un mapa o una red conceptual sobre : clasificación de la materia.

(Para hacer mas sencilla la tarea, puede escribir los conceptos del tema mas significativos (nodos) en trozos de papel, y luego ensayar diferentes formas de relacionarlos, hasta encontrar la mas adecuada.

Si es un MAPA conceptual, los nodos van organizados de manera jerarquica, de lo mas general a lo mas particular.

Si es una RED conceptual,todos los nodos pueden relacionarse entre si.

Elegir un mapa o una red conceptual depende del enfoque que se de al tema.)

 

2)Marcar con Verdadero(V) o Falso(F) según corresponda.En caso de ser falso, exprese lo correcto

a)    sustancia oxígeno.

b)    El ozono es una sustancia simple.

c)    Los compuestos dan por descomposición, dos o más sustancias.

d)    Las moléculas de dos variedades alotrópicas son iguales.

e)    La atomicidad del agua es 2.

 

3)Diga si los siguientes enunciados se refieren a propiedades fisicas o quimicas:

a)el oxigeno es necesario para la combustion.

b)el plomo es mas denso que el aluminio.

c)Agregar sal al agua.

d)Durante la fotosintesis, las plantas consumen dioxido de carbono y producen almidon.

 

4)Clasifique como compuesto,elemento, mezcla homogenea o heterogenea:

a)agua destilada   . b)agua de mar    c)oxigeno   d)aire    e)granito.

 

 

5)Una los metodos fisicos mas comunes para separar mezclas con sus nombres:

(hacia falta aclarar que son metodos fisicos?)

 

filtracion                 separa en base a los distintos puntos de ebullicion

 

destilacion             separa liquidos de solidos, al retener estos en un filtro.

 

Lixiviacion            separa particulas solidas de diferentes tamaños, por arrastre con

                             Liquido.

 

Solubilizacion        Separa por fuerza centrifuga sustancias de diferentes densidades.

 

Centrifugacion     Cuando uno de los componentes se disuelve en un solvente y los          

                         Otros componentes, no.

 

 

6)Decir si los siguientes enunciados son verdaderos o falsos, si son falsos escribir el enunciado verdadero.

a)en las reacciones quimicas, la masa se conserva.

b)los atomos pueden ser destruidos en las reacciones quimicas.

c)La conservacion de la masa permite un control basico en cualquier planta quimica, verificar que masa de productos=masa de reactivos.

d)la menor porcion de una sustancia en estado libre es la molecula.

e)los atomos de un mismo elemento pueden ser diferentes entre sí.

 

7)Id 6)

a)No todos los elementos que se descubrieron estan en la Tabla Periodica.

b)la ley de las proporciones definidas dice que todo compuesto quimico  esta formado por los mismos elementos en una proporcion constante de masas.

c)Los atomos conservan su identidad en las reacciones quimicas.

d)El numero de Avogadro varia según el elemento de que se trate.

 

8) Una chapa de aluminio tiene las siguientes propiedades, indicar cuáles son intensivas y cuáles extensivas:

masa: 70g; calor específico: 0,970 Joules/gºC; punto de fusión: 660ºC; densidad: 2,71g/cm³; volumen: 20 cm²; forma óxidos en presencia de aire atmosférico; sólido a temperatura ambiente; posee brillo metálico.

 

9) Escriba cuatas fases y cuantos componentes (obtenibles pòr métodos físicos)hay en estos sistemas, y cómo los separaría

 

sistema

           fases

componentes

separación

Arena y sal común

 

 

 

Petróleo y agua de mar

 

 

 

Agua y arena

 

 

 

 

10) Un químico recibe tres muestras metálicas para determinar si correspondían al mismo material. Se sabe que es un solo componente.

Midió la masa y el volumen de cada muestra y obtuvo los siguientes datos

 

Muestra nro

Masa(g)

Volumen(cm3)

Densidad (  /   )

1

18,36

6,80

 

2

41,58

15,40

 

3

8,64

3,20

 

 

a)calcule la densidad de cada muestra.

b)la masa, el volumen y la densidad, son propiedades intensivas o extensivas?

c)Se puede concluir que se trata de la misma sustancia?

d) ¿Qué propiedades, intensivas o extensivas, caracterizan a una sustancia? ¿Cuáles son aditivas?

 

11)Describa brevemente los pasos del método experimental

 

 

RESPUESTAS A EJERCICIOS SELECCIONADOS

 

3) si es un proceso físico, la identidad de las sustancias no cambia en el proceso, al contrario de un proceso químico

 

a) químico (CO2 ≠  C y O2)

b)físico (sólo se mide densidad)

c) físico (se pueden separar las sustancias por un método físico, p.ej. destilación)

d) químico (reactivos ≠productos)

 

 

 

4) Una mezcla se separa por métodos físicos, mientras que un compuesto (sustancia pura) sólo se separa por métodos químicos.

Un elemento tiene todos sus átomos de la misma clase, además figura en la Tabla Periódica.

Una mezcla heterogénea tiene más de una fase.

 

a) compuesto (sust. Pura, no se descompone por métodos físicos)

b)mezcla

c)sustancia pura (elemento)

d)mezcla homogénea

e)mezcla heterogénea

 

 

10) El valor de la densidad es el mismo en las tres muestras.

Si tomo dos o tres muestras, la masa total es la suma de las masas individuales, igual que su volumen, son aditivas, ya que son propiedades extensivas.

 Pero el cociente entre ambas es constante, ya que la densidad es una propiedad intensiva.

Las propiedades intensivas caracterizan a una sustancia ( p.ej. densidad, composición, T cambios de estado, etc)