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Apuntes de Química sobre el Método Científico, Descripción e importancia de la química, Concepto y definición de química, Aplicaciones de la química, Materia y energía, Concepto de materia y energía.
Tipo: Apuntes
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Tema 1 Método Científico
El método científico es la principal herramienta que usa el ser humano para desarrollar las ciencias. En particular la química fundamenta todos conocimientos en este.
Aunque no existe propiamente una persona a la que se considere inventora del método científico, el gran sabio italiano Galileo Galilei es llamado el padre del método científico moderno.
De acuerdo a la ciencia o al investigador que lo utilice, el método tendrá un número variable de pasos, sin embargo los pasos básicos de los cuales consta son:
a) Planteamiento de problema: En este paso se elige el tema de estudio
b).− Hipótesis: Son una serie de suposiciones que son las probables respuestas al problema.
c) Observación: Aquí se emplean los cinco sentidos para analizar el problema.
d) Experimentación: Se llevan acabo experimentos de acuerdo en lo planteado en la hipótesis.
e) Ley: Una vez que se han obtenido resultados satisfactorio se puede plantear una ley que muestre la conclusión a la que se ha llegado.
Tema 2 Descripción e importancia de la química
La química es una ciencia que se basa en la observación de los fenómenos que se producen sobre la materia que existe en el universo.
La química se ha desarrollado debido a la necesidad de descubrir como están formados los objetos y la manera en que su estructura determina las propiedades que presentan
2.1 Concepto y definición de química.
La química se define como la ciencia que estudia a la materia y sus transformaciones.
2.2 Interdisciplinariedad de la química.
La química es una de las tres ciencias básicas que existen, por lo tanto necesita de estas para su desarrollo.
Dichas ciencias y una disciplina auxilian a la química:
A sus vez la química auxilia a otras ciencias como son:
Medicina
Farmacología
Botánica
Biología
2.3 Aplicaciones de la química.
Los químicos exploran la naturaleza y experimentan con sustancias para desarrollar y mejorar teorías concernientes a la estructura y comportamiento de la materia, por lo tanto los campos de aplicación son innumerables y el ser humano se beneficia día con día de las transformaciones químicas hechas por acción de la química.
Algunos de los campos de aplicación de la química son:
Agricultura
Fármacos
Cosméticos
Plásticos
Tema 3 Materia y energía
Materia y energía son los dos pilares en los que descansa el universo. Materia es la sustancia, lo palpable; energía es el motor de dicha sustancia.
3.1 Concepto de materia y energía
Materia. Las personas, las rocas, los animales, los árboles son lo que llamamos materia. Por definición, materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio.
Energía. El concepto de energía es bastante nuevo en el mundo de la ciencia, debido a su intangibilidad e invisibilidad es un término bastante difícil de comprender.
3.3 Ley de la conservación de la materia y energía.
La materia y la energía ni se crean, ni se destruyen, sólo se transforman.
En otras palabras, desde que se creo el universo la cantidad de materia y energía ha sido la misma.
3.4 Estados de agregación de la materia.
La materia puede presentarse en diferentes formas, de acuerdo al grado de unión que exista entre las moléculas que la componen.
Sólido: Tiene forma definida, no se deforma con facilidad, sus moléculas están muy integradas, por ejemplo piedra, oro, mármol.
Líquido: Toma la forma del recipiente que lo contiene, se deforma con facilidad, sus moléculas están poco integradas, es incompresible, como ejemplos tenemos agua, mercurio, gasolina.
Gas: Ocupa todo el recipiente que lo contiene, es amorfo, sus moléculas no están integradas, es compresible, como ejemplos tenemos aire, helio, neón.
3.5 Transformaciones de fase.
La materia puede transformarse de un estado de agregación a otro mediante fenómenos físicos llamados transformaciones de fase
Tema 4 Cambios en la materia.
La naturaleza esta en constante transformación, de hecho cambia segundo a segundo. A la serie de eventos que provocan que la naturaleza se transforme les llamamos fenómenos.
4.1 Fenómenos Físicos, Químicos y Nucleares.
Fenómeno Físico. Ocurre cuando la materia se transforma pero no se altera la unión que existe entre los átomos que la forman sin formar nuevas sustancias, por ejemplo la evaporación del agua, disolver sal en azúcar, tritrurar un grano de azúcar.
Fenómeno Químico. Ocurre cuando la materia se transforma alterando la unión entre los átomos que la forman, dando origen a sustancias nuevas, por ejemplo la oxidación, la combustión, la fermentación.
Fenómenos nucleares. Ocurre cuando los cambios se dan en la estructura interna de los átomos, dando lugar al origen de elementos nuevos, básicamente ocurren dos tipos de fenómenos nucleares:
Fisión nuclear. Ocurre cuando un átomo pesado se fragmenta dando origen a elementos más ligeros y se desprende energía además de partículas radioactivas.
Fusión nuclear. Ocurre cuando dos o más átomos ligeros se unen para formar un elemento más pesado y se desprende energía y partículas radioactivas.
Tema 5 Tipos básicos de materia
Muchas sustancias aparentemente puras no lo son. De lejos, una losa de concreto parece un material de uniforme de color gris; pero si la observamos de cerca veremos que está formada de diferentes partes (grava, cemento, arena, etc)
Se ha encontrado que toda la materia está formada por aproximadamente un centenar de sustancias puras que no pueden separarse en otras más simples, a estas sustancias se les llama elementos , definición propuesta en 1661 por Robert Boyle en 1661. Cuando se combinan elementos para constituir una sustancia completamente nueva se forman los llamados compuestos , a su vez la combinación de compuestos nos da las llamadas mezclas. En la tabla siguiente se observan las principales características de los elementos, los compuestos y las mezclas.
5.1 Conceptos de elemento, compuesto y mezcla
Elementos Compuestos Mezclas
Sustancias formadas por moléculas o conjuntos de átomos iguales
Sustancias formadas por moléculas en las cuales aparecen átomos de diferentes elementos
Sustancias formadas por la congregación de otras diferentes que no pierden sus propiedades al formarlo, elementos con elementos, elementos con compuestos, etc.
Las propiedades de los elementos dependen de las de sus moléculas. Cuando estos se rompen estas los átomos libres tienen propiedades distintas de las del elemento
Los compuestos tienen propiedades diferentes de las de los elementos que los formaron. Un compuesto se forma a partir de sus elementos por medio de un fenómeno químico que se llama síntesis
Al formarse una mezcla no se efectúa un fenómeno químico
De un elemento no es posible extraer otra sustancia diferente ni por procedimientos físicos ni químicos
De un compuesto es posible extraer otras sustancias diferentes por medio de un fenómeno químico llamado análisis
Los componentes de una mezcla pueden separarse aprovechando sus propiedades físicas. Al hacer esta separación no se presenta algún fenómeno químico
Oro, plata, oxígeno, calcio, etc.
Sal, oxido de hierro,
ácido sulfúrico
Leche, sangre, concreto
Tema 1 Átomo
Tema 2 modelo atómico de Bohr (Teoría atómica).
La palabra átomo, que significa indivisible, tuvo su origen en la cultura griega y surgió como respuesta a la pregunta que había intrigado a los filósofos por mucho tiempo, ¿De qué y de que modo está hecho el mundo?. Aristóteles sostenía que el universo estaba constituido de cuatro elementos vitales, tierra, aire, agua y fuego.
Sin embargo el gran pensador Demócrito aseguraba que todo lo que existe estaba integrado por pequeñísimas partículas compactas agrupadas como las celdillas de una colmena llamadas átomos, también supuso que los átomos de cada sustancia eran diferentes en tamaño y forma y que por ello conferían a las sustancias distintas propiedades.
En 1803 John Dalton se baso en las investigaciones de Lavoisier, Gay Lussac y Ritcher para proponer la primera teoría atómica, que dice:
El primer modelo atómico fue propuesto por Thomson en 1902, dicho modelo también conocido como el modelo del budín de pasas proponía que el átomo era una masa sólida positiva y que los electrones estaban insertados en el como las pasas del budín.
Dibuja el modelo del budín de pasas.
En 1913 Niels Bohr propuso que los electrones estaban separados de las partículas positivas y que el átomo semejaba un sistema solar donde las cargas negativas orbitaban alrededor del núcleo de carga positiva, el modelo atómico de Bohr quedó expuesto en sus postulados.
Postulados de Bohr:
1.− Los electrones giran alrededor del núcleo en orbitas fijas llamdos orbitales.
2.− Entre mayor sea el orbital mayor será el contenido de energía del electrón.
3.− Para que un electrón cambie de orbital necesita ganar o desprender energía.
4.− La energía ganada o perdida por el electrón es una cantidad fija llamada cuanto que significa salto.
2.1 Nivel electrónico.
El aspecto más importante que planteó Bohr en su modelo atómico es la forma en que se distribuyen los electrones de un átomo en los diferentes niveles llamados orbitales, o niveles electrónicos.
Cada nivel puede tener sólo un cierto número de electrones de acuerdo a la forma siguiente:
Nivel Número de electrones 1 2 2 8 3 18
El modelo atómico de Bohr es útil para representar la distribución de los electrones de un átomo, a esta distribución se le llama distribución electrónica.
Ejercicio realizar las siguientes distribuciones electrónicas:
Nitrógeno
Cloro
Germanio
Bromo
Cesio
2.2 Electrones de valencia
Los electrones de valencia de un átomo son aquellos que se encuentran en el último nivel u orbital en la configuración electrónica de los elementos y son los responsables de la actividad química de los átomos.
Las valencias de un elemento son los electrones que un átomo puede perder, ganar o compartir.
Si la valencia es positiva entonces el átomo pierde electrones.
Si la valencia es negativa entonces el átomo gana electrones
2.3 Regla del octeto.
El comportamiento de los átomos es el de tender a lograr una configuración electrónica que presente 8 electrones en el último nivel, ya sea ganado, perdiendo o compartiendo electrones.
Ejemplos
Cloro
Sodio
De hecho los átomos tienden a lograr una configuración electrónica igual a la de los gases inertes.
Ejemplos
Neón
Argón
Tema 3 Variaciones en las partículas subatómicas.
Tema 4 Mecánica cuántica.
4.1 Números cuánticos.
Aun cuando el modelo atómico de Bohr es útil para representar la configuración electrónica de los elementos, esta se complica cada vez más cuanto mayor es el número atómico del elemento.
Por otra parte, la investigación acerca de la naturaleza atómica ha demostrado que cada electrón tiene una serie de características irrepetibles en los demás electrones que componen el átomo, a esta serie de características se les denomina números cuánticos y son el resultado de años de investigación acerca de la naturaleza de los átomos y la forma de representarlos.
4.2 Configuración cuántica
Realiza las siguientes configuraciones cuánticas:
Cloro
Bromo
Cesio
Hierro
Argón
Trabajo para el primer parcial
Tema 5 Química nuclear
5.1 Concepto de radiación
5.2 Naturaleza de la radioactividad
5.3 Tipos de desintegración (natural y artificial)
5.4 Concepto de vida media
5.5 Masa crítica
5.6 Fusión nuclear
5.7 Fisión nuclear
5.8 Concepto de reacción encadena
5.9 Aplicaciones de la radiactividad.
Tema 1 Generalidades de la tabla periódica
En su trabajo como profesor de química, Dimitri Ivanovich Mendeleiev buscaba enseñar las propiedades de los elementos de una manera ordenada, sin que los alumnos tuvieran que memorizar cada una de ellas.
Para encontrar principios generales, escribía en tarjetas el símbolo y las propiedades de cada uno de los elementos y después jugaba a organizarlas según la masa atómica, empezando por el hidrógeno
Un día observo algo importante: las propiedades de los elementos se repetían debido al ordenamiento por el peso atómico, es la llamada ley periódica. Así de esta forma construyó la primer tabla periódica en 1869.
El merito que tuvo Mendeleiev , fue el de predecir la existencia de elementos que aun no se descubrían al momento de crear la tabla periódica; por ejemplo el dejó espacios para los elementos que el llamó ekaalumnio (galio, descubierto en 1874), ekaboro (escandio, descubierto en 1879) y el ekasilicio (germanio, descubierto en 1885)
Periodos. Los periodos son los renglones de la tabla periódica en los cuales los elementos se distribuyen de acuerdo al número atómico.
Familias. Las familias son las columnas de la tabla periódica, agrupan a elementos cuyas características químicas y fichas son similares.
Grupos. En la tabla periódica existen dos grupos; Grupo A abarca a aquellos elementos cuyo carácter metálico o no metálico está perfectamente definido; Grupo B comprende a aquellos elementos llamados de transición.
Símbolo, estado físico, número atómico, masa atómica y estado de oxidación realizar los ejercicios siguientes:
Tema 2 Relación entre el nivel energético (modelo de Bohr) y el periodo.
El modelo atómico ayudo a la construcción de la tabla periódica ya que cada nivel energético corresponde a un periodo.
Tema 3 Metales y no metales
Metales No metales
3.1 propiedades
físicas
Presentan brillo
metálico
Conductores del calor y la electricidad
Maleables
Dúctiles
Sólidos a excepción del mercurio
Opacos
No conducen el calor
No conducen la electricidad
Se encuentan en los tres estados de agregación de la materia
3.2 Propiedades
químicas
Son agentes
reductores
Son agentes oxidantes
Se reducen para formar anhidros
Ganan electrones
En la tabla periódica el radio atómico disminuye de izquierda a derecha en los periodos y aumentan de arriba hacia abajo en los grupos.
6.2 Electronegatividad
Es la tendencia que tiene un átomo por los electrones de otro átomo
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en los periodos.
La electronegatividad disminuye de arriba hacia abajo en los grupos
Los metales tienen electronegatividad baja.
Los no metales tienen electronegatividad alta.
6.3 Energía de ionización
La energía de ionización es la energía necesaria para que un átomo pierda un electrón y forme un ion positivo.
Aumenta de izquierda a derecha en los periodos
Disminuye de arriba hacia abajo en los periodos
6.4 Afinidad electrónica
La afinidad electrónica es la energía que se desprende cuando un átomo gana un electrón para transformarse en ion negativo.
Aumenta de izquierda a derecha en los periodos
Disminuye de arriba hacia abajo en los periodos
UNIDAD IV NOMENCLATURA INORGÁNICA.
Tema 1 Generalidades de la tabla periódica
En el principio de la historia de la química los científicos empleaban nombres arbitrarios para designar los compuestos químicos, creando confusión y entorpeciendo el avance de la química, debido alas dificultades que se presentaban en el intercambio de conocimientos.
Fue a finales del siglo XIX cuando se estableció lo que sería la I.U.P.A.C. (unión internacional de química pura y aplicada), la cual se encarga hasta la fecha de fijar las reglas que se emplean en la asignación de nombres a todas las sustancias químicas conocidas.
• Tipos de moléculas
• Existen diferentes tipos de moléculas de acuerdo al número de elementos químicos que la conforman.
• Binaria. Molécula que está compuesta por dos elementos diferentes, ejemplo H2O
• Terciaria. Molécula que está compuesta por tres elementos diferentes, ejemplo H2CO
• Cuaternaria. Molécula compuesta por cuatro elementos diferentes ejemplo NaHCO
Concepto de fórmula
Una fórmula química es la descripción, utilizando números y letras, de una sustancia química, señalando los elementos que la componen y la proporción que guardan entre ellos.
• Ejemplos
• Au(OH)
Hipoclorito de estaño I
• Hipoclorito estánico
• Ejercicios generales
• Nombrar los compuestos siguientes
• HgOH
• CO
• HCN
• KCl
• AuBO
• HBrO
• K2SO
• Co2O
• H3PO
• Co(ClO2)
• Ba(OH)
• Escribir la fórmula
• Hidróxido de magnesio
• Ácido carbónico
• Sulfito de litio
• Cloruro de plata
• Monóxido de nitrógeno
• Fosfato titanoso
• Bisulfito de litio
• Anhídrido carbónico
• Ácido bromhidrico
• Hidruro de sodio
• Ácido nitroso
• 2.6 Nombres comunes de algunas sustancias químicas
• En la vida diaria algunas sustancias químicas de gran uso han adquirido nombres comunas.
• H2O agua
NH3 amoniaco
CaSO4 yeso o sulfato de calcio
CaCO3 mármol o carbonato de calcio
Mg(OH)2 magnesia o hidróxido de calcio
CaO cal u óxido de calcio
Ca(OH)2 calidra o hidróxido de calcio
HCl ácido muriático o ácido clorhídrico
KOH potasa o hidróxido de calcio
NaOH sosa o hidróxido de sodio
H2O2 agua oxigenada o peroxido de hidrógeno
• 2.7 Ácidos y bases
• Las características principales de los ácidos y las bases son:
• Ácidos. Presentan sabor acido.
Son corrosivos
Cambian el papel tornasol rojo a azul
Liberan iones H+ en solución acuosa
• Bases. Presentan sabor amargo
Son caústicos
Cambian el papel tornasol azul a rojo
Liberan iones OH− en solución acuosa
• 2.8 pH
• El pH se define como el nivel de acidez que presenta una sustancia en solución.
La escala de pH va de cero a 14
••••••• UNIDAD V REACCIONES QUIMICAS
• Tema 1 Reacción química.
• 1.1 Concepto de reacción química
Una reacción química es el proceso mediante el cual, a partir de una o más sustancias (llamadas reactantes o reactivos), se originan otras (llamadas productos) diferentes a las iniciales.
Es el equivalente al peso atómico o molecular de cualquier sustancia; por ejemplo 1mol de azufre = 32gramos de azufre
1molde agua = 18gramos de agua
1.3 Número de Avogadro.
Es el número de átomos o moléculas uqe contiene un mol de cualquier sustancia y es equivalente a:
6.023 x 1023 átomos o moléculas
1.4 Cálculo del número de moles en elementos y compuestos.
Calcular cuantos gramos son:
a) 2.7 mol de Fe
b).0.57 mol de K2SO
c) 3.1 mol de Mg(OH)
d) 0.03 mol de Ba3(PO4)
Calcular cuantas moles son:
a) 35 gramos de K
b) 123 gramos de LiNO
c) 45.6 gramos de Na2SO
d) 34.6 gramos de Pb3(PO4)
Tema 2 Cálculo de reactivos y productos en reacciones químicas.
El balanceo de reacciones nos permite establecer las relaciones que existen entre reactivos y productos mediante el uso de los coeficientes estequiométricos.
Para resolver un problema estequiométrico se siguen los pasos siguientes a partir del problema:
Problema 1
Se tiene la reacción:
¿ Cuantos gramos de H2 son necsarios para prepara 23 gramos de agua?
Pasos a seguir.
1.− Blancear la reacción
2.− Encontrar los pesos moleculares de los compuestos involucrados
3.− Identificar el dato inicial y transformarlo a moles
4.− Establecer reglas de tres que nos lleven a la respuesta.
Problema 2
Se tiene la reacción:
Fe + O2 FeO