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FUNDAMENTOS DE QUÍMICA
FISICA 1
Departamento de Química Inorgánica
Juan M. Gutiérrez-Zorrilla
eman ta zabal zazu
Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica, 2005
¿Qué es la QUÍMICA?
- Es la ciencia que estudia sistemáticamente la
composición, propiedades y actividad de
sustancias orgánicas e inorgánicas y varias
formas elementales de materia.
http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/intro/faq/what-is-chemistry.shtml
Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica, 2005
- Química es una ciencia
- Química es un estudio sistemático
- Química es el estudio de la composición y propiedades de la materia
- Química es el estudio de la reactividad de sustancias
- Química es el estudio de sustancias orgánicas e inorgánicas
- Química es el estudio de las conexiones entre el mundo real y el mundo molecular
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Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica, 2005
Método Científico
- El método normal para hacer ciencia Î Identificar el problema Î Formular una hipótesis Î Predecir las consecuencias observables de la hipótesis Î Realizar experimentos para comprobar la hipótesis Î Formular la regla general más simple que relaciona la hipótesis, predicciones y resultados experimentales
- Serendipia En los campos de la observación el azar favorece sólo a la mente preparada (Pasteur) La definición más simple y entendible del método científico es la que lo determina como un conjunto de reglas que señalan el procedimiento de una investigación aplicando un método y partiendo de una base
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Método científico
1. La observación del fenómeno. Se observa y se describe el proceso objeto de estudio. 2. Formulación de hipótesis. Se establecen posibles causas que expliquen el fenómeno estudiado, que después habrá que confirmar experimentalmente. 3. Diseño experimental. Se monta un dispositivo experimental que pueda probar nuestras hipótesis. Si hay varias variables, se controlan todas salvo la que queremos estudiar. 4. Análisis de resultados y conclusiones. Los resultados obtenidos se suelen reflejar en tablas de datos y gráficas.
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Leyes, teorías y modelos.
- Leyes científicas: son hipótesis que han sido confirmadas por múltiples experiencias.
- Teorías: conjunto de varias leyes que forman otra ley de carácter más general.
- Modelos: conceptos que nos permiten comprender una ley o una teoría de una forma simplificada.
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Leyes y teorías científicas
- Una hipótesis que se comprueba como cierta repetidas veces se convierte en ley. Î Ley: Una afirmación concisa de una relación que siempre parece la misma bajo las mismas condiciones.
- Una teoría es un principio que explica los hechos y las leyes basadas en ellos. Î Las teorías no son hipótesis Î Las teorías se revisan continuamente a medida que se obtienen nuevos datos
eman ta zabal zazu Realismo científico
- Reflexión de Antonio Diéguez ( Realismo científico) Creer que la ciencia es la medida de lo que hay y de lo que no hay constituye una extensión injustificada y arrogante de sus logros en los ámbitos que caen bajo su dominio. Es ignorar consciente o inconscientemente la existencia de otros muchos ámbitos que le son ajenos, y reducir arbitrariamente lo real a aquello susceptible de tratamiento científico.
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- Hay marcos conceptuales no científicos que presentan una imagen del mundo difícilmente solapable con el de la ciencia. ¿Podría la ciencia alguna vez satisfacer con sus respuestas lo que hemos preguntado y preguntaremos en las esferas de la moralidad y del arte? ¿Es siquiera deseable que lo intente? La ciencia no es el único recurso del que el hombre dispone para saber cosas acerca del mundo, y en muchas instancias ni siquiera el apropiado. Diéguez A. Realismo científico. Servicio de Publicaciones e Intercambio Científico de la Universidad de Málaga, Málaga, 1998.
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Geología
Biología
Matemáticas
Física
La Ciencia Central
QUÍMICA
Ingeniería
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- Tradicional ¾ Inorgánica ¾ Orgánica ¾ Física ¾ Analítica - Aplicada ¾ Polímeros ¾ Forense ¾ Agrícola ¾ Medioambiental
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Demanda Seguridad nacional Competencia económica Salud Envejecimiento de la población Epidemias Contención del gasto Drogas Medio ambiente Cambio global Tratamiento de residuos Toxicología Energía Alternativas a los combustibles fósiles Electricidad
Impulso Química de materiales Polímeros Superficies, interfases Materiales funcionales e inteligentes Materiales industriales Materiales industriales compatibles con el medio ambiente. Química biológica Reconocimiento molecular Evolución y autoensamblaje Bioenergética Química computacional Aumento de la capacidad Nuevas arquitecturas, redes neuronales Ciencia básica en los confines Exploración de los límites: Whitesides, “What will chemistry do in the next muy pequeño, muy rápido, muy grande twenty years?”, Angew. Chem, 1990.
El futuro de la química
según los intereses de la sociedad y la investigación básica.
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El futuro de la química en Europa
Procesos relacionados con la vida Comprensión de la química de la vida Síntesis de nuevos fármacos Tecnología genética y biotecnología Dispositivos y nuevos materiales de aplicabilidad en medicina Química agrícola Dominio de los materiales moleculares Catálisis Materiales estructurales y funcionales Biónica y biomimética Superficies y tecnología de superficies Química supramolecular Energía y procesos Suministro de energía Futuras fuentes de energía Ingeniería de procesos químicos Analítica Intensificación e integración de procesos
Cuidado de nuestro planeta Desarrollo sostenido Control del medio ambiente Limpieza y hogar Procesos industriales más limpios Reciclado y uso de materiales renovables Conservación del patrimonio cultural Química y sociedad Química: la ciencia a nivel molecular Química y educación Química e investigación Química y compatibilidad industrial AllCheme, la Comisión Europea y los programas estructurales Química y futuro
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La investigación en catálisis es más bien un asunto de prueba y error. Cuando descubrimos un nuevo catalizador lo explotamos tanto como podemos. Pero no sabemos de donde vendrá el siguiente. La unión de la química combinatoria y los métodos de cálculo puede llevarnos a un punto donde se pueda disponer de una biblioteca de catalizadores designados para hacer determinadas cosas. Esto tiene una implicación tremenda porque nos va a permitir producir compuestos a la carta. Theodore Brown (University of Illinois). Antes de 25 años, las fibras de carbono o de nitruro de boro de perfección molecular y longitud variable, se llegarán a producir en millones de toneladas por año. Richard E. Smalley (Rice University).
Los biomateriales avanzarán debido a la investigación básica que se está llevando a cabo ahora en dendrímeros, polímeros conductores de la electricidad, polímeros que pueden sufrir transiciones de fase y muchos otros. Estos tendrán aplicaciones en nuevos dispositivos para suministrar fármacos, y en
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Dentro de 25 años el motor de combustión interna será una pieza de museo, la tecnología de las pilas habrá resuelto finalmente el problema del transporte con energía eléctrica. Habremos resuelto el problema de una energía solar barata; lo suficientemente barata como para considerar una locura construir una planta de energía de cualquier otro tipo. Richard E. Smalley (Rice University). Pienso que el coche eléctrico es el invento que la química puede hacer realidad. Los coches eléctricos restablecerán la belleza de las ciudades del mundo. Es verdaderamente importante, la investigación básica en nuevas baterías, nuevos catalizadores que darían un gran impulso a esa tecnología. Stephen J. Lippard (Massachusetts Institute of Technology). Con un cierto optimismo, concluye el editor Rudy M. Baum: De hecho, si ellos tienen razón, los próximos 25 años serán una época dorada para nuestra ciencia. Durante este periodo la química desvelará muchos de los secretos de la biología, creará materiales con propiedades casi mágicas y contribuirá a la producción de alimentos y energía capaz de sustentar a la población del mundo y sostener sus actividades económicas.
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Se han decubierto 115 elementos. Sus nombres y
símbolos aparecen en la Tabla Periódica.
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Compuestos
Los compuestos pueden descomponerse en sus
elementos sólo por medios químicos.
Electrolisis
del H 2 O
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- Si las propiedades de una mezcla no son
uniformes por toda ella, la mezcla es
heterogénea.
- Si las propiedades son uniformes, la mezcla
es homogéna o disolución.
Una mezcla tiene una composición variable.
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Mezclas
- Las sustancias puras de una mezcla pueden
separarse por medios físicos.
Separación de sal a partir del agua de mar:
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Una vista al microscopio
- Las sustancias puras se componen de moléculas
con un número fijo de átomos unidos entre sí.
- Las mezclas constan de un número variable de
átomos o moléculas.
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¿Elemento, compuesto o mezcla?
- Agua de mar disolución
- Acero disolución
- Cobre elemento
- Mármol mezcla no homogénea
- Óxido de hierro compuesto
- Diamante elemento
- Leche mezcla no homogénea
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Materia
¿Es uniforme? Heterogénea Homogénea ¿Puede separarse Por métod físicos? Sustancia Disolución: mezcla ¿Puede descomponerse homegénea en sustancias más simples por métodos químicos?
Elemento Un tipo de átomo: C, Au, Na, Ag,
Mezcla 2 o más tipos de sustancias
Compuesto 2 o más tipos de átomos: H 2 O, NaCl
NO
NO
NO
SI
SI
SI
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Medición y Unidades
- Una medida compara alguna propiedad con un estándar para esa propiedad.
- La cantidad medida debe
¾ Indicar la unidad de la medida.
¾ Representar la precisión de la medida.
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Propiedad Unidad Abreviatura
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
tiempo segundo s
Temperatura kelvin K
cantidad mol mol
corriente amperio A
luminosidad candela cd
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SI prefijos
Factor Name Symbol 10 24 yotta Y 10 21 zetta Z 10 18 exa E 10 15 peta P 10 12 tera T 10 9 giga G 10 6 mega M 10 3 kilo k 10 2 hecto h 10 1 deka da
Factor Name Symbol 10 -1^ deci d 10 -2^ centi c 10 -3^ milli m 10 -6^ micro μ 10 -9^ nano n 10 -12^ pico p 10 -15^ femto f 10 -18^ atto a 10 -21^ zepto z 10 -24^ yocto y
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Temperatura
La escala Kelvin esta relacionada con la escala Celsius por: T(K) = T(°C) + 273.
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Incertidumbre en la medida
Hay dos tipos de incertidumbre asociadas con una medida:
- Exactitud: Concordancia del valor medido con el valor real.
- Precisión: Concordancia entre repetidas medidas.
Buena precisión Buena exactitud
Buena precisión Mala exactitud
Mala precisión Mala exactitud
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Ejemplo
Masa medida de un objeto cuya masa real es 2.65 g. Medida Metodo 1 Metodo 2 1 2.64 2. 2 2.67 2. 3 2.65 2. 4 2.67 2. promedio 2.66 2. error 0.01 0. spread 0.03 0.
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Cifras Significativas
- Las cifras significativas son los dígitos de un número que son conocidos con certeza más un dígito estimado.
- Suponga una incertidumbre de ±1 en el último dígito medido.
- Cuanto mayor es el número de cifras significativas, menor es la incertidumbre relativa.
- Ejemplo: masa de un penique: Balanza Masa Incertidumbre Fisher S400 3.12 g 0.32% Ohaus GT210 3.117 g 0.032% Mettler 100 3.1169 g 0.0032%
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Cálculo del nº de cifras significativas
- Regla de las Flechas (1)
- Valor sin decimales: Trace una flecha de derecha a izquierda a través del número. La flecha puede atravesar ceros pero debe parar en el primer dígito que no sea cero. Los digitos no atravesados por la flecha son todos cifras significativas. Ejemplos: 1002300: 1002300 : 5 cif. sig. 1024: 1024 : 4 cif. sig.
