10. Fundamentos de la química

1. 10. Fundamentos de la química

2. 1. La química • CIENCIA QUE ESTUDIA LA MATERIA EN RELACIÓN A SU COMPOSICIÓN, PROPIEDADES Y TRANSFORMACIONES QUE EXPERIMENTA • ¿QUÉ ES MATERIA? Todo aquello que • Tiene masa • Ocupa un espacio • PROPIEDADES DE LA MATERIA • GENERALES: No aportan información acerca de la sustancia que la compone • ESPECÍFICAS: Aportan información acerca de la sustancia que la compone

3. 1. La química • PROPIEDADES DE LA MATERIA • GENERALES: No aportan información acerca de la sustancia que la compone • MASA: CANTIDAD DE MATERIA QUE CONTIENE UN CUERPO • EN EL S.I. SE MIDE EN KILOGRAMOS (kg) • VOLUMEN: ES EL ESPACIO QUE OCUPA UN CUERPO • EN EL S.I. SE MIDE EN METROS CÚBICOS (m3) • ESPECÍFICAS: Aportan información acerca de la sustancia que la compone • DENSIDAD: ES LA MEDIDA DE LA MASA DE UNA SUSTANCIA EN RELACIÓN AL VOLUMEN QUE OCUPA • EN EL S.I. SE MIDE EN KILOGRAMOS POR METRO CÚBICO (kg/m3)

4. 1. La química • LOS ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA: • SÓLIDO: El volumen es constante y no se pueden comprimir. Aumentan su volumen cuando se calientan (dilatan) • LÍQUIDO: Su volumen es prácticamente constante (son poco compresibles) pero su forma es variable (se adaptan a la forma del recipiente). Aumentan su volumen cuando se calientan • GAS: Tienden a ocupar todo el espacio que los contiene. Se pueden comprimir fácilmente y aumentan mucho su volumen cuando se calientan.

5. 1. La química

6. 1. La química : sustancias puras y mezclas • MEZCLAS: Formadas por 2 o más sustancias, no son uniformes en su composición química y/o su estado físico • SE CLASIFICAN EN: • HOMOGÉNEAS: NO SE DISTINGUEN LOS COMPONENTES QUE LA FORMAN  DISOLUCIONES

7. 1. La química : sustancias puras y mezclas • HETEROGÉNEAS: SE PUEDEN DISTINGUIR LOS COMPONENTES QUE LA FORMAN  MEZCLAS • SE PUEDEN SEPARAR EN SUS COMPONENTES MEDIANTE PROCEDIMIENTOS FÍSICOS, APROVECHANDO LAS PROPIEDADES DE CADA SUSTANCIA

8. 1. La química : sustancias puras y mezclas • SUSTANCIAS PURAS: Es cada tipo de materia, que se distingue por tener unas propiedades características • SE CLASIFICAN EN: • COMPUESTOS: SEPARABLES POR PROCESOS QUÍMICOS (Descomposición térmica, electrolisis salina, …) • ELEMENTOS: NO SE PUEDEN DESCOMPONER POR NINGÚN MÉTODO

9. 1. La química : sustancias puras y mezclas

10. 1. La química

11. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • DECANTACIÓN Y FLOTACIÓN • FILTRACIÓN • VAPORIZACIÓN • DESTILACIÓN • SUBLIMACIÓN • EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES (DISOLUCIÓN SELECTIVA) • CROMATOGRAFÍA • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE COMPUESTOS: • DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA • ELECTROLISIS

12. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • DECANTACIÓN Y FLOTACIÓN • UTILIZA LA DIFERENTE DENSIDAD DE LOS COMPONENTES • ÚTIL PARA SEPARAR: • UN SÓLIDO EN SUSPENSIÓN EN UN LÍQUIDO • UNA MEZCLA DE LÍQUIDOS INMISCIBLES

13. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • FILTRACIÓN • SEPARA UN SÓLIDO EN SUSPENSIÓN EN UN LÍQUIDO UTILIZANDO UN FILTRO QUE RETIENE SÓLO EL SÓLIDO

14. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • VAPORIZACIÓN • SIRVE PARA SEPARAR UN SÓLIDO DISUELTO EN UN LÍQUIDO APROVECHANDO QUE EL LÍQUIDO ES MÁS VOLÁTIL QUE EL SÓLIDO

15. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • DESTILACIÓN • SIRVE PARA SEPARAR UN LÍQUIDO DE UNA MEZCLA APROVECHANDO LA DIFERENCIA ENTRE LOS PUNTOS DE EBULLICIÓN. LA DESTILACIÓN PUEDE SER: • SIMPLE: SE CALIENTA LA MEZCLA Y SE VAPORIZA EL LÍQUIDO. AL ENFRIARSE AL PONERSE EN CONTACTO CON EL REFRIGERANTE, EL LÍQUIDO VAPORIZADO CONDENSA EN EL MATRAZ DE DESTILADO • FRACCIONADA: SE UTILIZA CUANDO LOS PUNTOS DE EBULLICIÓN DE LAS SUSTANCIAS SON SIMILARES. SE UTILIZAN COLUMNAS DE FRACCIONAMIENTO DONDE EL VAPOR SE VA ENRIQUECIENDO EN EL COMPONENTE MÁS VOLÁTIL

16. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN

17. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • SUBLIMACIÓN • SIRVE PARA SEPARAR UN SÓLIDO DE UNA MEZCLA DE SÓLIDOS, APROVECHANDO QUE ESE PASA DIRECTAMENTE AL ESTADO GASEOSO CON RELATIVA FACILIDAD

18. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • EXTRACCIÓN CON DISOLVENTES • SEPARA UN COMPONENTE SÓLIDO O LÍQUIDO DE UNA MEZCLA, APROVECHANDO QUE ES SOLUBLE EN UN DISOLVENTE EN EL QUE EL RESTO DE LOS COMPONENTES NO SE PUEDEN DISOLVER

19. agua disolución de bromo en agua disolución de bromo en tetracloruro de carbono 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN se separan las dos disoluciones

20. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE MEZCLAS HOMOGÉNEAS Y HETEROGÉNEAS: • CROMATOGRAFÍA • SEPARA LOS COMPONENTES DE UNA MEZCLA DE GASES, LÍQUIDOS O SÓLIDOS DISUELTOS APROVECHANDO QUE CADA COMPONENTE TIENE DIFERENTE CAPACIDAD DE QUEDAR ADHERIDO A UN SOPORTE MATERIAL LLAMADO ADSORBENTE. • SE DEJA QUE LA MEZCLA SEA ARRASTRADA POR UN FLUIDO A TRAVÉS DE UN MATERIAL ADSORBENTE, DE FORMA QUE CADA COMPONENTE ES ARRASTRADO CON UNA VELOCIDAD DISTINTA, Y QUEDAN TODOS SEPARADOS

21. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • MÉTODOS DE SEPARACIÓN DE COMPUESTOS: • SÓLO ES POSIBLE A TRAVÉS DE REACCIONES QUÍMICAS: • DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA • ELECTROLISIS

22. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • DESCOMPOSICIÓN TÉRMICA • AL APLICAR CALOR A UN COMPUESTO, ESTE SE DESCOMPONE EN LAS SUSTANCIAS MÁS SIMPLES QUE LO COMPONEN • POR EJEMPLO, EL CLORATO DE POTASIO SE DESCOMPONE EN CLORURO DE POTASIO (SÓLIDO) Y OXÍGENO GASEOSO AL APLICARLE CALOR

23. 1. La química : MÉTODOS DE SEPARACIÓN • ELECTROLISIS • PROCESO DE DESCOMPOSICIÓN DE UNA SUSTANCIA POR MEDIO DE UNA CORRIENTE ELÉCTRICA • POR EJEMPLO, EL AGUA SE DESCOMPONE EN LOS ELEMENTOS QUE LA FORMAN (HIDRÓGENO Y OXÍGENO) AL HACER PASAR A TRAVÉS DE ELLA UNA CORRIENTE ELÉCTRICA

24. 2. LEYES PONDERALES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS • LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MASA O DE LAVOISIER • En toda reacción química, la masa de los productos formados es igual a la masa de los reactivos iniciales • aA + bB cC + dD (reactivos  productos) • LEY DE LAS PROPORCIONES DEFINIDAS O DE PROUST • Cuando dos o más elementos se combinan para formar un mismo compuesto, lo hacen siempre en una relación de masas constante • H2 + ½ 02 H20 • Cualquier muestra de un compuesto puro tiene idéntica composición centesimal = masa componente/masa muestra·100

25. 2. LEYES PONDERALES DE LAS REACCIONES QUÍMICAS • LEY DE LAS PROPORCIONES MÚLTIPLES O DE DALTON • Cuando dos elementos se combinan para formar más de un compuesto, las masas de un elemento que se combinan con una masa fija del otro guardan entre sí una relación de números enteros sencillos. • Ejemplo: • C + O2 CO2 • C + ½O2  CO • Si tomo 12 g de Carbono, en el caso del CO2 se combinan con 32 g de oxígeno y, en el caso del CO, con 16 g de oxígeno (guardan una relación cuyo valor es 2)

26. 3. Teoría atómica de dalton • Los elementos químicos están formados por pequeñas partículas indivisibles e indestructibles llamadas átomos • Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí (tamaño, masa y propiedades) • Los átomos de elementos diferentes son distintos entre sí • Cuando los átomos se combinan para dar lugar a un mismo compuesto, lo hacen según una relación numérica sencilla

27. 3. Teoría atómica de dalton • INTERPRETACIÓN DE LAS LEYES PONDERALES A PARTIR DE LA TEORÍA ATÓMICA DE DALTON: • Como los átomos son indivisibles e indestructibles, los átomos presentes en los productos son los mismos que los que formaban parte de los reactivos, pero organizados de otra forma  la masa total se conserva, por lo que se cumple la Ley de Lavoisier • Cuando se unen elementos para formar un compuesto, como se unen en una proporción fija y los átomos de cada elemento tienen una masa determinada, la proporción definida de átomos se traduce en una proporción determinada de masa  se cumplen las leyes de Proust y Dalton

28. 4. LEY DE LOS VOLÚMENES DE COMBINACIÓN • TAMBIÉN CONOCIDA COMO LEY DE GAY-LUSSAC: • Los volúmenes de los reactivos y productos gaseosos de una reacción química, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, guardan entre ellos una relación de números enteros sencillos • 1 vol de hidrógeno + 1 vol de cloro = 2 vol de cloruro de hidrógeno • 2 vol de hidrógeno + 1 vol de oxígeno = 2 vol de agua

29. 4. LEY DE LOS VOLÚMENES DE COMBINACIÓN • DALTON PENSABA QUE TODOS LOS ELEMENTOS ESTABAN CONSTITUIDOS POR ÁTOMOS INDIVIDUALES, Y LOS COMPUESTOS POR MOLÉCULAS • TAMBIÉN ADMITÍA QUE VOLÚMENES IGUALES DE GASES DISTINTOS, MEDIDOS EN INGUALES CONDICIONES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA, CONTENÍAN EL MISMO NÚMERO DE PARTÍCULAS, PERO SOSTENÍA TAMBIÉN EN ESTE CASO QUE ESAS PARTÍCULAS SERÍAN • ÁTOMOS EN EL CASO DE ELEMENTOS • MOLÉCULAS EN EL CASO DE COMPUESTOS

30. 5. HIPÓTESIS DE AVOGADRO • CUESTIONÓ LAS SUPOSICIONES TAN RESTRICTIVAS DE DALTON CON RESPECTO A LA COMPOSICIÓN DE LAS MOLÉCULAS • PROPUSO QUE EN LAS REACCIONES GASEOSAS INTERVIENEN MOLÉCULAS TANTO SI SE TRATA DE ELEMENTOS COMO DE COMPUESTOS, FORMULANDO SU HIPÓTESIS: • “VOLÚMENES IGUALES DE GASES DISTINTOS, MEDIDOS EN IGUALES CONDICIONES DE PRESIÓN Y TEMPERATURA, CONTIENEN EL MISMO NÚMERO DE MOLÉCULAS” • SUPONIENDO QUE LOS GASES CLORO E HIDRÓGENO ESTÁN FORMADOS POR MOLÉCULAS DIATÓMICAS, LA SÍNTESIS DE HCl RESULTA SENCILLA DE INTERPRETAR

31. 6. Átomos y elementos • PARTÍCULAS SUBATÓMICAS • PROTONES  carga positiva • ELECTRONES  carga negativa • NEUTRONES  neutros • MODELO NUCLEAR DEL ÁTOMO • NÚCLEO DONDE SE HALLAN LOS PROTONES Y NEUTRONES  Muy pequeño en comparación con la totalidad del átomo • CORTEZA DONDE SE ENCUENTRAN LOS ELECTRONES EN MOVIMIENTO • EN CADA ÁTOMO, EL NÚMERO DE PROTONES Y ELECTRONES ES EL MISMO  ÁTOMO ES ELÉCTRICAMENTE NEUTRO

32. 6. Átomos y elementos • ISÓTOPOS  ÁTOMOS DE UN MISMO ELEMENTO CON DISTINTO NÚMERO MÁSICO • Z = Número atómico = número de protones del átomo = número de electrones del átomo SÓLO SI ES ELÉCTRICAMENTE NEUTRO • A = Número másico = número de protones y neutrones del átomo • A = Z + n A Z • LA MAYOR PARTE DE LOS ELEMENTOS ESTÁN FORMADOS POR VARIOS ISÓTOPOS  Cada uno de ellos se encuentra en una abundancia natural que conocemos como “abundancia isotópica natural” X

33. 7. MASA ATÓMICA Y MOLECULAR. EL MOL • LA MASA ATÓMICA SE MIDE EN EL SISTEMA INTERNACIONAL EN UNIDADES DE MASA ATÓMICA: u • 1 u = 1,66·10 -27 kg • LA MASA ATÓMICA DE UN ELEMENTO SE CALCULA UTILIZANDO LA MEDIA PONDERADA DE LAS MASAS ISOTÓPICAS DE LOS DISTINTOS ISÓTOPOS DE ESE ELEMENTO:

34. 7. MASA ATÓMICA Y MOLECULAR. EL MOL • LA MASA MOLECULAR ES LA SUMA DE LAS MASAS ATÓMICAS DE LOS ELEMENTOS QUE COMPONEN EL COMPUESTO SEGÚN SU PROPORCIÓN EN QUE SE HALLAN EN EL MISMO • LOS ÁTOMOS DE ALGUNOS ELEMENTOS SE UNEN ENTRE SÍ PARA FORMAR MOLÉCULAS. EN ESTE CASO HABLAMOS DE MASA ATÓMICA O MOLECULAR

35. 7. MASA ATÓMICA Y MOLECULAR. EL MOL • MOL: CANTIDAD DE SUSTANCIA QUE CONTIENE 6,02·1023 PARTÍCULAS • ESTA CANTIDAD SE CONOCE COMO NÚMERO DE AVOGADRO Y SE REPRESENTA COMO NA • ASÍ: • 1 MOL DE ÁTOMOS DE ALUMINIO CONTIENE 6,02·1023 ÁTOMOS DE ALUMINIO • 1 MOL DE MOLÉCULAS DE AGUA CONTIENE 6,02·1023MOLÉCULAS DE AGUA

36. 8. MASA Y VOLUMEN MOLAR • EL USO DE LA CANTIDAD 6,02·1023 COMO UNIDAD SE DEBE A QUE LA MASA DE UN MOL DE ÁTOMOS O MOLÉCULAS DE UNA SUSTANCIA ES NÚMERICAMENTE IGUAL A SU MASA ATÓMICA O MOLECULAR

37. 8. MASA Y VOLUMEN MOLAR • EL VOLUMEN MOLAR DE UNA SUSTANCIA(VM) ES EL VOLUMEN QUE OCUPA UN MOL DE DICHA SUSTANCIA • ES MUY ÚTIL PARA DETERMINAR LOS MOLES DE SUSTANCIAS LÍQUIDAS Y GASEOSAS  Es más fácil medir el volumen que la masa cuando tenemos sustancias líquidas o gaseosas • En los sólidos y los líquidos, los cambios de presión y temperatura afectan poco a la densidad  se puede considerar aproximadamente constante • En los gases, los cambios de presión y temperatura afectan mucho a la densidad  cuando se da la densidad de un gas es imprescindible especificar condiciones de P y T