Qu

Quí ímica

mica

AndrAndré és Cedillo, AT

s Cedillo, AT- -250250

cedillo@xanum

.uam.m

xcedillo@

xanum.uam

.mx

www.fqt.izt.uam

.mx

www.fqt.izt.uam

.mx/cedillo/cedillo

1.

1. M

ateria

Materia

y mediciones

y mediciones

� �1.1. La qu1.1. La quí ím

icamica

� �1.2. Propiedades de la m

ateria1.2. Propiedades de la m

ateria� �1.3. M

edici1.3. M

edició ón n

1.1. La qu

1.1. La quí ímica

mica

La quLa quí ím

ica estudia las propiedades de la mica estudia las propiedades de la

materia y sus transform

acionesmateria y sus transform

aciones

Materia es todo aquello que tiene m

asa y Materia es todo aquello que tiene m

asa y ocupa un volum

en en el espacioocupa un volum

en en el espacio

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

� �ClasificaciClasificació ón n– –Estado de agregaciEstado de agregació ón n � �Fases sFases só ólida,

lida, liquliquí ída da

o o gasesosagasesosa

– –Com

posiciCom

posició ón n� �Sustancia puraSustancia pura– –Com

posiciCom

posició ón y propiedades fijas, n y propiedades fijas, indep

indep. del origen. del origen

� �Mezcla

Mezcla– –Dos o m

Dos o m

á ás sustancias en proporcis sustancias en proporció ón variable

n variable

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …2 2

� �Sustancias purasSustancias puras– –Elem

entosElem

entos� �No pueden descom

ponerse en sustancias mNo pueden descom

ponerse en sustancias má ás sim

pless sim

ples

– –Com

puestosCom

puestos� �Sustancia form

ada por dos o mSustancia form

ada por dos o má ás elem

entoss elem

entos

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …3 3

� �Elem

entos (113)Elem

entos (113)– –Ordenados de acuerdo con sus propiedades en

Ordenados de acuerdo con sus propiedades en

la tabla perila tabla perió ódica

dica– –Cada elem

ento tiene un sCada elem

ento tiene un sí ímbolo asociado, de

mbolo asociado, de

una a tres letras, puede ser de origen griego o una a tres letras, puede ser de origen griego o latino.latino.

– –El oxEl oxí ígeno es el elem

ento mgeno es el elem

ento má ás abundante en la s abundante en la

Tierra (49%)

Tierra (49%)

Tabla peri

Tabla perió ó

dica

dica

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …4 4

� �Com

puestosCom

puestos– –Pueden existir varios com

puestos formados por

Pueden existir varios compuestos form

ados por los m

ismos elem

entos, cada uno con su propia los m

ismos elem

entos, cada uno con su propia com

posicicom

posició ón y propiedades distintas (Hn y propiedades distintas (H

2 2 O, H

O, H

2 2 O O2 2 ; ;

CHCH

4 4 , ,… …) )

– –Las propiedades de un com

puesto son diferentes Las propiedades de un com

puesto son diferentes a las de sus elem

entos (a las de sus elem

entos (NaCl

NaCl, H

, H2 2 O,

O, … …

) )

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …5 5

� �Mezcla

Mezcla– –Contiene dos o mContiene dos o m

á ás sustanciass sustancias

– –Cada sustancia m

antiene su identidadCada sustancia m

antiene su identidad– –Diferentes proporciones est

Diferentes proporciones está án perm

itidasn perm

itidas

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …6 6

� �ClasificaciClasificació ón de las m

ezclasn de las m

ezclas– –Hom

ogHom

ogé éneasneas

� �Mezcla uniform

e o disoluciMezcla uniform

e o disolució ón n� �Mism

a composici

Mism

a composició ón en todas partes

n en todas partes(aire, agua de m

ar, aleaciones, (aire, agua de m

ar, aleaciones, … …) )

– –Heterog

Heterogé éneas

neas� �Mezcla no uniform

eMezcla no uniform

e� �La com

posiciLa com

posició ón cambia de una parte a otra

n cambia de una parte a otra

(rocas, Fe/Au, agua + aceite, hum

o, (rocas, Fe/Au, agua +

aceite, humo, … …

) )

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …7 7

� �SeparaciSeparació ón de m

ezclasn de m

ezclas– –FiltraciFiltració ón (s

n (só ólido + l

lido + lí íquido)quido)

– –Destilaci

Destilació ón (vol

n (volá átil + no vol

til + no volá átil)

til)– –Crom

atografCrom

atografí ía (solutos en disolvente)a (solutos en disolvente)

– –… …

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …8 8

Cada sustancia tiene un conjunto de

Cada sustancia tiene un conjunto de

propiedades que la distinguen de otraspropiedades que la distinguen de otras

� �ClasificaciClasificació ón de las propiedades

n de las propiedades– –Dependencia de la cantidad de m

ateriaDependencia de la cantidad de m

ateria– –Tipo de propiedadesTipo de propiedades

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …9 9

� �PropiedadesPropiedades– –ExtensivasExtensivas� �Dependiente de la cantidad de m

ateria, en forma

Dependiente de la cantidad de m

ateria, en forma

proporcionalproporcional(m

asa, volumen, energ

(masa, volum

en, energí ía, a, … …

) )

– –IntensivasIntensivas� �Independientes de la cantidad de m

ateriaIndependientes de la cantidad de m

ateria� �Ú Útiles para identificar sustanciastiles para identificar sustancias

(densidad, concentraci(densidad, concentració ón,

n, … …) )

� �extensiva1/extensiva2=

intensivaextensiva1/extensiva2=

intensiva

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …10

10

� �Tipos de propiedadesTipos de propiedades– –Qu

Quí ím

icasmicas

� �Capacidad de reaccionar con otras sustanciasCapacidad de reaccionar con otras sustancias(m

etales reaccionan de forma distinta

(metales reaccionan de form

a distinta con agua, con agua,

á ácidos y bases, cidos y bases, … …

) )

– –F Fí ísicassicas� �Se observan cuando no hay cam

bio en la identidad de Se observan cuando no hay cam

bio en la identidad de una sustanciauna sustancia(densidad, punto de fusi(densidad, punto de fusió ón,

n, … …) )

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …11

11

� �Densidad: m

asa contenida en una Densidad: m

asa contenida en una unidad de volum

enunidad de volum

enV m

≡ρ

Ejemplo. U

na barra cilíndrica de cobre, 12.0 cmde largo y 1.24 cm

de diámetro, tiene una m

asa de 123 g. Calcule la densidad de este metal. D

ado que la densidad del cobre puro es 8.94 g mL-1, ¿qué

se puede concluir?

Recalcar el uso y la conversión de unidades.

1.2. Propiedades de la

1.2. Propiedades de la

materia

materia

… …12

12

� �M Mé étodo cienttodo cientí ífico

fico

•Experimentación y observaciones

•Buscar patrones, tendencias y leyes

•Formular hipótesis y verificarlas

•Obtener una teoría

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón n

� �Proceso de m

ediciProceso de m

edició ón nLa m

ediciLa m

edició ón de una propiedad tiene una n de una propiedad tiene una

magnitud num

magnitud num

é érica y puede tener unidades.rica y puede tener unidades.

En el contexto de la ciencia se usa el sistema

En el contexto de la ciencia se usa el sistema

m mé étrico o sistem

a internacional de unidades.trico o sistem

a internacional de unidades.

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

2 2

� �Sistem

a internacional de unidades (1960)Sistem

a internacional de unidades (1960)– –Unidades b

Unidades bá ásicas

sicas

cd cdcandelacandela

intensidad luminosa

intensidad luminosa

A Aam

peream

perecorriente elcorriente elé éctrica

ctrica

mol

mol

mol

mol

cantidad de sustanciacantidad de sustancia

K Kkelvinkelvin

temperatura

temperatura

s ssegundosegundo

tiempo

tiempo

m mmetro

metro

longitudlongitud

kg kgkilogram

okilogram

omasa

masa

s sí ímbolo

mbolo

unidadunidad

cantidad fcantidad fí ísica

sica

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

3 3

� �Sistem

a internacional de unidadesSistem

a internacional de unidades– –PrefijosPrefijos

10 10decadeca

D D10 10

2 2hectohecto

h h10 10

3 3kilokilo

k k10 10

6 6mega

mega

M M10 10

9 9gigagiga

G Gvalorvalor

nombre

nombre

s sí ímbolo

mbolo

10 10- -15 15

femto

femto

f f10 10

- -12 12picopico

p p10 10

- -9 9nanonano

n n10 10

- -6 6micro

micro

µ µ10 10

- -3 3mili

mili

m m10 10

- -2 2centicenti

c c10 10

- -1 1decideci

d dvalorvalor

nombre

nombre

s sí ímbolo

mbolo

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

4 4

� �Sistem

a de unidadesSistem

a de unidades– –Unidades derivadas

Unidades derivadas� �Volum

enVolum

en– –[longitud][longitud]

3 3o capacidad (litro: o capacidad (litro: L L) )

– –1 1 dm dm

3 3 = 1

= 1 L L ; 1

; 1 m m3 3= 10

= 10

3 3L L; 1 ; 1 cm cm

3 3= 1

= 1 m

LmL

� �Densidad

Densidad– –[m

asa]/[volumen] ; por ejem

plo, [m

asa]/[volumen] ; por ejem

plo, kg kgm m

- -3 3

19.319.3

7.97.9

2.162.16

1.591.59

~1

~1

~10

~10

- -1 1~10

~10

- -3 3ρ ρ/ / g g m

LmL- -1 1

orooro

hierrohierro

salsal

az azú úcarcar

l lí íquidosquidos

madera

madera

gasesgases

sistema

sistema

A 20 oC,

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

5 5

� �Sistem

a de unidadesSistem

a de unidades– –ConversiConversió ón de unidades

n de unidades� �Factor unitarioFactor unitarioLa equivalencia 1 La equivalencia 1 m m

3 3= 1000

= 1000 L L, genera 2 factores unitarios:

, genera 2 factores unitarios:

� �Otras relaciones

Otras relacionesEscalas de tem

peraturaEscalas de tem

peratura

31 1000m

L

L

m

10001

3

15.

273+

=C t

K To

Ejercicios. a) Obtenga la tem

peratura en escala Celsius que corresponde a 300 K. b) ¿

Cuál es la longitud de una barra de 3.50 pulgadas? (Use la

equivalencia 1 pulgada= 2.54 cm

.)

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

6 6

� �Incertidum

bre en la medici

Incertidumbre en la m

edició ón n– –N Nú úm

eros exactos, provienen de contar (entero) meros exactos, provienen de contar (entero)

o de una definicio de una definició ón (1

n (1 kg kg= 2.2046

= 2.2046 lb lb). ).

– –El proceso de m

ediciEl proceso de m

edició ón tiene una limitaci

n tiene una limitació ón por

n por la sensibilidad del equipo (incertidum

bre), la sensibilidad del equipo (incertidum

bre), ademadem

á ás de los posibles errores de medici

s de los posibles errores de medició ón. n.

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

7 7

� �PrecisiPrecisió ón y exactitud

n y exactitud– –PrecisiPrecisió ón: grado de cercan

n: grado de cercaní ía de las mediciones

a de las mediciones

individuales.individuales.

– –Exactitud: grado de cercanExactitud: grado de cercaní ía de las m

ediciones a de las m

ediciones con respecto al valor real.con respecto al valor real.

Se recomienda realizar varias repeticiones de las m

ediciones Se recom

ienda realizar varias repeticiones de las mediciones

de un experimento (estad

de un experimento (estadí ística).

stica).

Los errores del experimentador y del aparato puede ser

Los errores del experimentador y del aparato puede ser

sistemsistem

á áticos (el mejor de los casos).

ticos (el mejor de los casos).

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

8 8

� �Cifras significativasCifras significativas

Si al pesar un objeto en un balanza, con Si al pesar un objeto en un balanza, con sensibilidad de 0.0001 g, la m

asa debe sensibilidad de 0.0001 g, la m

asa debe reportarse com

o reportarse com

o m = 2.2405

m = 2.2405 ± ±

0.00005 0.00005 g g. .

Si se omite la incertidum

bre se estSi se om

ite la incertidumbre se está á

asumiendo

asumiendo

que el que el ú últim

o dltim

o dí ígito es correcto, es decir,gito es correcto, es decir,

m = 2.2405

m = 2.2405 g g, ,

equivale aequivale a2.24045

2.24045 g g≤ ≤m

m ≤ ≤

2.24054 2.24054 g g. .

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

9 9

� �Cifras significativasCifras significativas

Todos los dTodos los dí ígitos que provienen de una m

edicigitos que provienen de una m

edició ón son n son

significativos.significativos.El nEl nú úm

ero de dmero de dí ígitos de la m

edicigitos de la m

edició ón es el nn es el nú úm

ero de cifras mero de cifras

significativas.significativas.

Ejemplos

3.0000 3.0000 g g

5 53.0000 3.0000 g g

1.30 x 101.30 x 10

2 2g g

3 3130 130 g g

3 3 g g1 1

3 3 g g

1.3 x 101.3 x 10

2 2g g

2 20.13 0.13 kg kg

2.6 x 102.6 x 10

- -3 3g g

2 20.0026 0.0026 g g

2.2405 2.2405 g g

5 52.2405 2.2405 g g

2.2 2.2 g g

2 22.2 2.2 g g

notacinotació ón cient

n cientí íficafica

n nú úmero de cifras significativas

mero de cifras significativas

medici

medició ón n

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

10

10

� �C Cá álculos con nlculos con nú úm

eros con incertidumbre

meros con incertidum

bre– –La m

ediciLa m

edició ón mn m

á ás imprecisa lim

ita la certidumbre

s imprecisa lim

ita la certidumbre

de un cde un cá álculo.

lculo.– –La cantidad reportada debe tener certidum

bre en La cantidad reportada debe tener certidum

bre en todos los dtodos los dí ígitos.

gitos.

En multiplicaciones y divisiones, el n

En multiplicaciones y divisiones, el nú úm

ero de mero de

cifras del resultado es igual al cifras del resultado es igual al n nú úm

ero de cifras mero de cifras

significativassignificativas

del ndel nú úm

ero mmero m

á ás impreciso.

s impreciso.

A = 6.221

A = 6.221 cm cm

x 5.2 x 5.2 cm cm

(= 32.3492

(= 32.3492 cm cm

2 2)=

32 )=

32 cm cm2 2

Recordar: redondeo (prim

er dígito no significativo mayor o igual a 5 se aproxim

a al siguiente)

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

11

11

� �C Cá álculos con nlculos con nú úm

eros con incertidumbre

meros con incertidum

breEn sum

as y restas, el resultado no puede tener En sum

as y restas, el resultado no puede tener m má ás s decim

alesdecim

alesque el nque el nú úm

ero mmero m

á ás impreciso.

s impreciso.

20.420.4

3 cifras significativas3 cifras significativas

1 cifra decimal

1 cifra decimal

1.3221.322

4 cifras significativas4 cifras significativas

3 cifras decimales

3 cifras decimales

83.83.

2 cifras significativas2 cifras significativas

0 cifras decimales

0 cifras decimales

(104.722)(104.722)105.105.

3 cifras significativas3 cifras significativas

0 cifras decimales

0 cifras decimales

En una resta de dos nEn una resta de dos nú úm

eros muy cercanos se

meros m

uy cercanos se pueden perder m

uchas cifras significativas.pueden perder m

uchas cifras significativas.m m

1 1= 9.4414

= 9.4414 g g, m

, m2 2= 9.4571 g, =

>

= 9.4571 g, =

> V V

mez

mez=

= - -0.85 0.85 m

LmLmol

mol

- -1 1

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

12

12

� �Dimensiones

Dimensiones

– –Al hacer cAl hacer cá álculos, se com

binan las unidades de lculos, se com

binan las unidades de la variables.la variables.

– –Es necesario revisar que el resultado tiene las Es necesario revisar que el resultado tiene las dim

ensiones correctas.dim

ensiones correctas.

Ejercicio. La densidad del agua, a 289 K, es 0.998943 g mL-1. Calcule su

valor en kgm

-3.

Ejercicio. La densidad del oro es 19.3 g cm-3. a) Calcule la m

asa de un trozo de 5.0 m

L. b) Obtenga la m

asa de un bloque de 15 m3.

Trate de estimar los resultados y verifique la congruencia de la

magnitud obtenida.

1.3. M

edici

1.3. M

edició ón

n … …

13

13

� �Solubilidad: cantidad de soluto que se puede Solubilidad: cantidad de soluto que se puede disolver en una cantidad fija de disolvente.disolver en una cantidad fija de disolvente.

Ejemplo. La solubilidad de la azúcar de m

esa (sacarosa, C12 H

22 O11 )

es 487 gen 100 g

de agua, a 100 oC, y, a 20 oC, 204 gen 100 g

de agua. Calcule (a) la m

asa de agua necesaria para disolver 100 gde

azúcar a 100 oC; (b) la cantidad de azúcar en disolución al enfriar la m

ezcla anterior a 20 oC.

Recordar el concepto de disolución saturada.

Cap. 2