UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO

1. UNIVERSIDAD AUTONOMA SAN FRANCISCO MATERIA: SUSTANCIAS Y MEZCLAS LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

2. TEMA I- INTRODUCCION. CONCEPTO Y LEYES FUNDAMENTALES DE LA QUIMICA. • INTRODUCCION Y ANTECEDENTES HISTÓRICOS. Concepto de Ciencia. Objeto, importancia y clasificación de la Química. La materia. Clases de Materia - Sustancias puras: Elementos y compuestos.- Mezclas. Estados de agregación de la materia. Cambios de Estado. Transformaciones físicas y químicas. Aspectos energéticos de estas. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

3. RELACION DE LA QUIMICA CON OTRAS CIENCIAS

5. “LA QUÍMICA EN LA INGENIERÍA” La Ingeniería es considerada como el área del que hacer humano, encargada de “transformar” los descubrimientos científicos, en aparatos, instrumentos, dispositivos, etc. que puedan beneficiar a la sociedad; sin embargo, esto no implica necesariamente que no se den avances científicos a partir de las ingenierías. Adicionalmente a esto, actualmente se sabe que cualquier avance científico o tecnológico es de carácter multidisciplinario. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

6. Para empezar, tenemos que una de las principales áreas de desarrollo de la Ingeniería Civil es la industria de la construcción, donde es indispensable el empleo de cementos y concretos de diferentes tipos; por ejemplo, concretos de fraguado rápido, concretos que inhiben el crecimiento de bacterias, concretos impermeables, etc. Las diferencias en las características físicas y químicas de cada concreto dependen de su composición química; por lo que, resulta de singular importancia que los ingenieros civiles conozcan los conceptos de unidades de concentración, fuerzas intramoleculares, fuerzas intermoleculares y estructuras cristalinas, que les serán útiles para comprender y aprovechar al máximo las características de cada concreto Y EL INGENIERIO INDUSTRIAL…………? LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

7. El Ingeniero Industrial tiene entre sus funciones, integrar, diseñar, planear, mantener, dirigir y controlar los sistemas productivos en las diversas industrias, dentro de las cuales se encuentra la industria química; por ello, el ingeniero industrial debe poseer conocimientos de las principales operaciones de una industria, como son los procesos de obtención, separación, refinación y pruebas de calidad de un producto. Para una correcta interpretación de los datos recabados en tales procesos, el profesionista debe conocer algunos de los conceptos básicos de química; como por ejemplo, métodos de separación, unidades de concentración, tipos de reacción, valoraciones potenciométricas, entalpía de reacción, equilibrio químico y reacciones electroquímicas. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

8. ¿Cuanto gana un Ingeniero Industrial en Perú?  En esta carrera un sueldo mensual en promedio es de 3000 a 5000 Nuevos Soles. Si eres buen ingeniero con amplia experiencia y además tienes otras buenas cualidades, es posible que podrias estar entre 5000 y 8000 Soles. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

9. CONCEPTO DE QUÍMICAQuímica: Parte de la ciencia que se ocupa del estudio de la composición, estructura, propiedades y transformaciones de la materia, de la interpretación teórica de las mismas, de los cambios energéticos que tienen lugar en las citadas transformaciones y de los efectos producidos sobre ellas al añadir o extraer energía en cualquiera de sus formas. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

10. PROPIEDADES • Propiedades extensivas llamadas también generales, como su nombre lo indica, están basadas en función de la cantidad de materia a considerar, es decir, si nos proponemos a medir una canica de vidrio que tiene una masa de 30 gr, y la comparamos con un cayuco de vidrio también de forma esférica, este último tendrá una masa mucho mayor aunque se trate del mismo material. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

11. Propiedades intensivas o específicas:  son las características de la materia que son independientes de la cantidad a medir, no importa la cantidad pues estas propiedades siempre permanecen constantes, no son aditivas, en muchos casos son el resultado de dos propiedades extensivas, como es el caso de la densidad que es la relación que existe entre masa y volumen, algunas otras propiedades son: Punto de fusión, Punto de ebullición, Densidad,  Coeficiente de solubilidad, Indice de refracción entre otros LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

12. Definición de materia Materia, en ciencia, término general que se aplica a todo aquello que ocupa un espacio y posee los atributos de gravedad e inercia. La cantidad de materia de un cuerpo viene medido por su masa que vamos a diferenciar del peso Peso,medida de la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto. En las proximidades de la Tierra, y mientras no haya una causa que lo impida, todos los objetos caen animados de una aceleración, g, por lo que están sometidos a una fuerza constante, que es el peso. Los objetos diferentes son atraídos por fuerzas gravitatorias de magnitud distinta. La fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto de masa m se puede expresar matemáticamente por la expresión P = m · g La aceleración de la gravedad, g, es la misma para todas las masas situadas en un mismo punto, pero varía ligeramente de un lugar a otro de la superficie terrestre. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

13. ¿Qué es la antimateria? • Toda la materia está compuesta por electrones, cargados negativamente y protones cargados positivamente. Así se puede decir que la antimateria es lo mismo que la materia pero con cargas opuestas. Así, en un átomo de antimateria encontramos en lugar de protones (positivos), antiprotones (negativos) y, en lugar de electrones (negativos), antielectrones o positrones (positivos). La antimateria al entrar en contacto con la materia se produciría un efecto llamado de aniquilación, o lo que es lo mismo la transformación de la materia en energía LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

14. ¿Qué usos puede tener la antimateria? • La antimateria puede tener diferentes usos: •  -  El primero como combustible.     Para imaginaros lo potente que puede llegar a ser, con sólo 250 gramos de antimateria se     podría llegar a Marte en 1 día y a la Luna en 8 minutos. •  -  El segundo sería como para producir energía.    La antimateria es la fuente de energía más poderosa conocida por el hombre. Libera una    energía de una eficacia del cien por cien (la fisión nuclear posee una eficacia del uno y   medio por cien). La antimateria no genera contaminación ni radiación, y una gota podría    proporcionar energía eléctrica a toda Nueva York durante un día. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

15. CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS MATERIALES:Partes aisladas de la materia que a su vez se pueden comportar como: -Estables(con el tiempo no experimenta modificación)- Metaestables- Inestables (tienden a transformarse espontáneamente) CLASIFICACIÓN: • HOMOGENEOS: Presenta en todas sus partes las mismas propiedades intensivas SUSTANCIAS PURAS: ELEMENTOS Y COMPUESTOS DISOLUCIONESsonmezclas homogéneas de dos o más sustancias • HETEROGENEOS:Presentan propiedades intensivas que varían de unas zonas a otra. Cada conjunto de zonas con propiedades intensivas iguales recibe el nombre de fase. La superficie de separación entre ellas se llama interfase. Ej: el granito, mica, cuarzo… LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

16. HOMOGENEO HETEROGÉNEO FASE 2 FASE 1 UNA FASE INTERFASE LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

17. Sustancia pura, forma de materia HOMOGÉNEA de composición uniforme e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son idénticas, sea cual sea su procedencia. Las sustancias puras se identifican por sus propiedades características, es decir, poseen una densidad determinada y unos puntos de fusión y ebullición propios y fijos que no dependen de su historia previa o del método de preparación de las mismas. Por ejemplo, el agua pura, tanto si se destila del agua del mar, se toma de un manantial o se obtiene en una reacción química por unión del hidrógeno y el oxígeno, tiene una densidad de 1.000 kg/m3, su punto de fusión normal es 0 °C y su punto de ebullición normal es 100 °C. • Las sustancias puras a su vez las clasificamos en: elementos y compuestos LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

18. MENCIONA SI ES HOMEGENEO COMPUESTO DISOLUCION DISOLUCION LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

19. Elemento químico, sustancia formada por un solo tipo de átomos (unidades que forman la materia) que no puede ser descompuesta o dividida en sustancias más simples por medios químicos ordinarios. • Se conocen actualmente 112 tipos de átomos diferentes luego existirán 112 elementos químicos. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

20. Compuesto químico, sustancia formada por dos o más elementos que se combinan en proporción invariable y unidos firmemente mediante enlaces químicos. Se han identificado millones de compuestos químicos diferentes. En algunos casos podemos aislar una molécula de un compuesto. Una molécula es la entidad mas pequeña posible en la que se mantienen las mismas proporciones de los átomos constituyentes que en el compuesto químico. El agua, por ejemplo, está formada por tres átomos dos de hidrógeno unidos a un solo átomo de oxígeno. Hay otras moléculas mucho mas grandes por ejemplo la gammaglobulina, proteina de la sangre, formada por 19996 átomos sólo de cuatro tipos: carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

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22. Símbolos y fórmulas químicas. • los símbolos químicos • La mayoría de los símbolos químicos se derivan de las letras del nombre del elemento, principalmente en español, pero a veces en inglés, alemán, francés, latín o ruso. • Los símbolos de los elementos pueden ser utilizados como abreviaciones para nombrar al elemento, pero también se utilizan en fórmulas y ecuaciones para indicar una cantidad relativa fija del mismo. El símbolo suele representar un átomo del elemento. Sin embargo, los átomos tienen unas masas fijas, denominadas masas atómicas relativas, así que los símbolos representan a menudo una masa atómica del elemento o mol. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

23. FORMULAS QUÍMICAS LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

24. TIPOS DE FÓRMULAS • EMPÍRICAS.- Nos indica el nº relativo de átomos de cada elemento que entran en el mismo. • MOLECULARES.- Nos informa del nº exacto de átomos de cada especie que constituyen la molécula La mayoría de las sustancias son compuestos formados por combinaciones de átomos. La fórmula del dióxido de carbono es CO2; la del octano, C8H18; la del oxígeno, O2 y la de la cera de velas (parafina) CH2. En cada caso, los subíndices (dado por supuesto que significa 1 si no aparece ningún subíndice) muestran el número relativo de átomos de cada elemento en la sustancia. El CO2 tiene 1 C por cada 2 O, y el CH2 tiene 1 C por cada 2 H. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

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26. MEZCLAS MATERIA: ES TODO LO QUE TIENE MASA Y VOLUMEN. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

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28. CALCULO DE LA COMPOSICIÓN CENTESIMAL DE UNA SUSTANCIA Se determina a partir de su fórmula que como sabemos nos expresa su composición cualitativa y cuantitativa. Para determinar el porcentaje en peso en que interviene cada elemento en la constitución de la sustancia, el producto del número de átomos que aparece en la fórmula por su masa atómica se divide entre la masa atómica y se multiplica por 100. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

29. DEDUCCIÓN DE LA FÓRMULA EMPÍRICA Y MOLECULAR • Las etapas para la obtención de la fórmula empírica son: • Composición elemental (puede ser en %) se divide entre la masa atómica→ Obtenemos la relación en moles se divide entre el nº de moles mas pequeño→ Obtenemos la relación entre los átomos en números sencillos→Fórmula empírica masa molecular → Fórmula molecular LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

30. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO FISICO: CRISTALIZACIÓN. Es el procedimiento más adecuado para la purificación de sustancias sólidas. Se fundamenta en le hecho que la inmensa mayoría de las sustancia sólidas son más solubles en un disolvente caliente que en uno frío. El solido que se va a purificar se disuelve en el disolvente caliente, se filtra para eliminar impurezas y luego la mezcla se enfría para que se produzca la cristalización Tomado del libro texto Freddy Suárez. Editorial Romor LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

31. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO FISICO: CROMATOGRAFÍA. Este procedimiento consiste en la separación de componentes basándose en las diferencias de velocidades con las cuales éstas se movilizan por la superficie del papel de cromatografía o de filtro, cuando previamente se ha usado una mezcla de disolvente. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

32. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO MECÁNICO: FILTRACIÓN. Es uno de los procedimientos más empleados en los laboratorios y generalmente se aplica después de haber añadido un disolvente a la mezcla. Se basa en el tamaño de las partículas de la mezcla ya que al depositarlas sobre el papel de filtro, las más pequeñas pasan por los diminutos poros recogiéndose como filtrado, en tanto que los mayores, imposibilitadas de pasar, quedan sobre el papel de filtro constituyendo el residuo. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

33. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO MECÁNICO: TAMIZADO. Procedimiento que permite separar partículas sólidas de distintos tamaños, habiendo pasar la mezcla por un tamiz. Un tamiz no es más que una mala que deja entre sus hilos una “luz” constante y conocida. La operación de tamización se efectúa manual o mecánicamente. En realidad, procedimientos como éste tienen un valor relativo, pero determinado, dentro de sus límites de error más o menos grandes; es decir, nunca se consigue del todo una separación definitiva del material. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

34. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO MECÁNICO: IMANTACIÓN. Es un procedimiento de uso limitado, únicamente se aplica para separar un material magnético como el hierro cuando está mezclado con otro que no es magnético. Por ejemplo, para separar limaduras de hierro mezcladas con azufre o con arena. Basta con acercarle un imán y las limaduras de hierro serán atraídas por éste. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

35. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO MECÁNICO: DECANTACIÓN. Tiene su fundamento en la diferencia de densidad que hay en los componentes de una mezcla. Si tenemos una mezcla de sólido y un líquido, se deja en reposo y observamos que el sólido más denso o pesado se va al fondo del recipiente y así es más fácil para separas el líquido el cual se inclina el recipiente que contiene ambas materias y se deja pasar el liquido a otro recipiente. Ahora en el caso de líquidos inmiscibles , se coloca un embudo de decantación, se deja reposar y se observa que el liquido más denso queda en la parte inferior del embudo, para su extracción se abre la llave del embudo hasta la salida total del liquido LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

36. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO MECÁNICO: CENTRIFUGACIÓN. Es un procedimiento que se utiliza cuando se quieren acelerar la sedimentación. Se coloca la mezcla dentro de un a centrífuga, la cual tienen un movimiento de rotación constante y rápido, lográndose que las partículas de mayor densidad se vayan al fondo y las más livianas queden en la parte superior LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

37. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PRODECIMIENTO MECÁNICO: LEVIGACIÓN. Es el lavado de sólidos, con una corriente de agua. Los materiales más livianos son arrastrados una mayor distancia, de esta manera hay una separación de los componentes de acuerdo a lo pesado que sean. Esta técnica no es común en laboratorio pero es bastante frecuente en las industrias, ya sea para el lavado de arena o la obtención de oro. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

38. MEZCLAS TECNICAS DE SEPARACION DE MEZCLAS PROCEDIMIENTO QUIMICO: DIALISIS Es un proceso donde los iones y otras sustancias absorbidas pueden separarse de las partículas coloidales si se hace pasar el coloide a través de una membrana semipermeables de gran superficie, cuyos poros sean bastantes grandes para los iones, pero no las partículas coloidales, puedan atravesarlos. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

39. PROBLEMAS DE DETERMINACIÓN DE FORMULAS 1. La fórmula empírica de un compuesto orgánico es C2H4O. Si su masa molecular es 88: a) Determine su fórmula molecular. b) Calcule el número de átomos de hidrógeno que hay en 5 g de dicho compuesto LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

40. Problema 2 • Un litro de leche posee una masa de 1032 gramos, contiene 4% en volumen de nata (Densidad = 0,84 g/mL). ¿Cuál es la densidad de la leche descremada? LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

41. 3. Una muestra de un compuesto que pesa 83.5 g contiene 33.4 g de azufre. El resto es de oxígeno, ¿Cuál es la fórmula mínima?. LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

42. 3. La vitamina E tiene 11.21% en masa de hidrógeno. Si un mol de vitamina E contiene 3.01 x 10 25 átomos de hidrógeno;a) ¿Cuál es la masa molar de la vitamina E?b) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay por molécula de vitamina E? LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

43. El ácido úrico es un compuesto orgánico que cristaliza cuando su concentración en la sangre sobrepasa de cierto límite, causando una enfermedad llamada “Gota” que produce grandes sufrimientos para el paciente. El análisis realizado de una muestra de ácido úrico en el laboratorio produjo los siguientes resultados C: 35,71 H: 2,38 N:33,33 % el resto es oxígeno. Si el peso molecular es 168 uma. Determine el número de átomos-gramos de nitrógeno por cada mol de ácido úrico LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

44. Una sustancia dada muestra el siguiente análisis en peso: C = 57,2%, H = 4,79% y S = 38,01%. Si 5 gramos de este material producen en las propiedades molares el mismo efecto que moléculas, ¿cuál es la fórmula molecular de la sustancia? LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

45. Un litro de leche posee una masa de 1032 gramos, contiene 4% en volumen de nata (Densidad = 0,84 g/mL). ¿Cuál es la densidad de la leche descremada? LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

46. La alicina es el compuesto que proporciona el olor característico al ajo. Al realizar un análisis de este compuesto se encuentra que tiene la siguiente composición porcentual: C:44.4%, H:6.21%, S:39.5%, O:9.86%. También se encuentra que su masa molar es igual a 162 g/mol. Calcula la fórmula empírica y la fórmula molecular de este compuesto LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

47. Un bloque de mármol pesa 102 gramos. Se introduce despacio en una probeta graduada que contiene 56 centímetros cúbicos de agua; una vez sumergido se leen 94 centímetros cúbicos en el nivel del agua, ¿ Cuál es el volumen del mármol en centímetros cúbicos? ¿ cuál es su densidad LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA

48. MEZCLAS BIBLIOGRAFÍA CONSULTADA Presentación de Lisbeth Villarroel Garzaro Fernández, M. y López, D. (2006) QUIMICA EDUCACION BASICA NOVENO GRADO. Editorial Triángulo, S. R. L. Caracas, Venezuela. pp. 28-35 Requeijo, D. y Requeijo de A. (1998) LA QUIMICA A TU ALCANCE. Editorial Biósfera. Caracas, Venezuela. pp. 20-25 Rodríguez, M. (1994) QUIMICA 9. Editorial Salesiana S. A. Caracas, Venezuela. pp. 33-43 Suárez, F. (2002) QUIMICA. Editorial Romor. Caracas, Venezuela. pp. 17-23 Las imágenes fueron tomadas de http://images.google.co.ve/ LIC: JULIO PEREZ VALDIVIA