Quimica 1

SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES Es indispensable contar con estándares o patrones de medida que permitan que las comparaciones realizadas tengan la mínima incertidumbre posible. Por ello se enfatiza la importancia de la unificación de los sistemas de unidades con trazabilidad al SI (Sistema Internacional) , el cual se ubica en el contexto histórico del desarrollo científico y destacar su participación en los procesos tecnológicos y de servicio a la sociedad de manera más eficiente y eficaz. Por definición una magnitud física es un atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que es susceptible de ser diferenciado cualitativamente y cuantitativamente. También se puede referir a en sentido general o una magnitud particular. Algunos ejemplos de magnitudes en sentido general son: longitud, tiempo, velocidad, masa y temperatura, entre otras; la magnitud particular se tiene por ejemplo: presión arterial de una persona, la resistencia eléctrica de 100 m de un alambre de cobre del número 12, la energía disipada en una resistencia, la densidad de flujo emitido por una lámpara de 100 W. Con base en la Norma Oficial Mexicana NOM 008-SCFI-1993 son siete las magnitudes de base: Magnitud de base longitud masa tiempo, velocidad corriente eléctrica temperatura Intensidad luminosa cantidad de sustancia

Unidades de base Metro Kilogramo Segundo Ampere Grado kelvin Candela mol

Simbología m kg s A K Cd Mol

A continuación describimos algunas unidades que se usarán en este curso: TEMPERATURA Calor.- el calor es una forma de energía y siempre fluye de una región de mayor a menor intensidad. Temperatura.- Es la medida de energía cinética media de las moléculas de una sustancia o también lo podemos expresar, como la medida de la intensidad de calor.

A continuación se describen las diferentes escalas de temperatura. Celsius Fahrenheit Kelvin Rankin Punto de fusión

100°

212

373

672

Punto de congelación H2O 0

32

Cero absoluto

- 460

- 273 0

180 100

=

o

F o C

C

o

F

273

492

0

0

K

o

R

= 9___ 5

La relación de escalas esta expresada por las ecuaciones: Celcius Farenheit

°C = 5/9 ( °F – 32) °F = 9/5 x °C + 32

Kelvin

K = °C + 273

Réaumur

°R = °F + 460

= 1.8 x °C + 32

Como la temperatura entre los puntos de congelación ( 32°F) y la ebullición ( 212°F) del agua; en °F es de 212 – 32 = 180 y la escala Centígrada es de 100, entonces la relación entre ellas es: 180 / 100 = 1.8 °C ó 9/5 °C °F = 1.8 °C + 32 Problemas: 1- La temperatura de un día de verano fue de 35 °C y la de un día de invierno de 5°C Expresar las temperaturas anteriores en °F y en K

2. El alcohol etílico: a) hierve a 78.5°C y b) se congela a –117°C a 1 atm de presión. Convertir estas temperaturas a la escala Fahrenheit

3.- Transforma °F a °C - El Mercurio: a) Hierve a 675 °F estas temperaturas en °C

y b) Solidifica a -38°F a 1 atm de presión. Expresar

4- Transformar a) 40°C y b) - 5°C a la escala Kelvin

°C a °F 5-Durante el desarrollo de un experimento, la temperatura del laboratorio aumentó 0.8 °C Exprese este aumento en la temperatura en °F

K a °C 6.- Transformar: a) 220 K

b) 498 K a la escala Celcius:

7. Convierte los siguientes valores a la unidad correspondiente que se pide: a)

30 °C a K

b)

-40 °F a K

UNIDADES DE TIEMPO 18.-a)

0.455 horas a segundos

a) 0.183 metros a centímetros

b)

3.55 cm3 a dm3

c) 65 centigramos a miligramos

d) 0.510 kilogramos a centigramos: 65 cg x 100 000 cm / 1 Km= 51000 cg1848 Lord Kelvin para eliminar problemas, con valores negativos, estableció el concepto de cero absoluto ( K ) para temperatura en el momento en que cesa el movimiento térmico. Cero absoluto.-Predicciones teóricas basadas en la termodinámica indican que el cero absoluto nunca podrá obtenerse, por lo tanto la escala absoluta se llama ( K ) Kelvin y su conversión a °C es: K = °C + 273 Nota:No es posible alcanzar el cero absoluto pues ello traería como consecuencia la desaparición de la materia, lo cual es inadmisible. Sin embargo, en la solidificación del H y del He se han alcanzado temperaturas muy próximas al mismo. PRESIÓN Se define como la fuerza que se aplica a una determinada área P= F / A

presión =: Fuerza (gramos) Área (cm2 )

Para medir la presión atmosférica se usa un instrumento llamado barómetro, hay varios tipos el mas común es el de Torricelli El peso del aire ejerce sobre la tierra una presión que es llamada "presión atmosférica". Este fenómeno fue descubierto por Evangelista Torricelli, inventó un tubo llamado "Tubo de

Torricelli" o Barómetro (del griego "baros": peso de y "metrón": medida), que servía para medir esta presión atmosférica. vacio 80 76 cm de Hg

Presión = altura de la columna y densidad del Hg

70 60 50 40

Presión atmosférica

30 20 10

Hg

El aire es el más importante de los gases y como toda materia terrestre esta sujeto a la fuerza gravitatoria de la tierra. El aire que esta en contacto con la superficie, es comprimido por el peso del aire que se encuentra sobre el. La presión atmosférica en condiciones normales es la presión promedio de la atmosfera en el nivel del mar, esta atmosfera equivalente a la presión ejercida por el peso de una columna de mercurio de 76 mm en 1 cm2 La presión se expresa como una fuerza que actúa sobre una unidad de área. F fuerza en gramos (g) P = ------ = ____________________ A unidad de área ( cm2) Densidad;

d del Hg = 13.595 g/ cm3 a 0 oC

P = altura de la columna x densidad del Hg 1 atm = 76 cm de Hg x 13.595 g/ cm3 = 1033 g/ cm2

= 1.033 kg/cm2

1 atm = 760 mmHg = 760 torr 1 atm = 1.033 kg/cm2x 2.2 lb/ 1kg x (2.54 cm)2/ 1 pul2 = 14.7 lb/ pulg2 1 atmósfera de presión es igual a 101.325 PASCAL 1 Pascal

Pa = N / m2

1 atm = 101.325 Pa = 1.01325 x 106 dinas / cm2.-

Ejemplo: a) (32 atm)(760 torr/ 1 atm) = 24320 torr

b)

(890mmHg)(14.7 lb/pulg2) ---------------------------------- = 17.21 lb/pulg2 (760 mmHg)

c)

(586 torr)(101.325 Kpa) ---------------------------------- = 78.126 Kpa 760 mmHg

La presión atmosférica en condiciones normales, es la presión de la atmósfera en el nivel del mar. Esta atmósfera es equivalente a la presión ejercida por el peso de la columna de Hg° de 760 mmHg / cm2 La presión atmosférica es variable, la variación de la altura: A mayor altitud menor presión (A mayor altura, menos masa de aire existente) En el caso de humedad o sequedad del aire (El aire húmedo es menos pesado que el aire seco). Volumen.- Es la cantidad de espacio que ocupa un objeto. Se requiere indicar las dimensiones del objeto Medidas de medición del volumen: cm3, m3, pié3, L, ml. Equivalencias: 1 mL = 1 cm3 1L = 1000 ml 3 1 m = 1000L 1 pié 3 = 0.0283 m3 = 28.32 L 3 1 plg = 1.6387 x 10-5 m3 = 3.785 L 1 Galón = 3.785 L Masa Es la cantidad de partículas que contiene un cuerpo.

plg3,

galón = 3.785 L

Unidades de conversión: 1 ton = 1000 kg 1Kg = 1000 g 1 g = 1000 mg 1 lb = 0.453 Kg = 453.6 g. 1 kg = 2.205 lb 1 slug = 14.594 kg oz = 1 onza = 28.35 g Masa molecular (m) o peso molécula.- Es la suma de los pesos atómicos de todos los átomos que intervienen en la formula de un compuesto: Al2(SO4)3: Al = 2 x 27 = 54 g S = 1 x 32 = 96 g O = 12 x 16 =192 g = 340 g

(NH4)3PO4: N: 3 x 14 = 42 g H 12 x 1 = 12 g P: 1 x 31= 31 O: 4 x 16 = 64 M = 149 g CaCO3

Ca = 1 x 40 = 40 g C = 1 x 12 = 12 g O: 3 x 16 = 48 =100.08 = PM

Ley de Avogadro “A volúmenes iguales, las masas de distintos gases en las mismas condiciones de Presión y Temperatura contienen el mismo numero de moléculas” ¿Como se explica esta ley? Los cambios físicos en los gases, provocados por la compresión y expansión, se explican suponiendo que estos están constituidos por moléculas en movimiento de acuerdo a la teoría cinético molecular. Los cambios químicos; como la formación de compuestos gaseosos, se explican suponiendo que los elementos componentes están formados por átomos, de acuerdo a la teoría atómica. Molécula Es la unidad química de la materia. Es la cantidad más pequeña de sustancia que puede existir en estado libre y conservar sus propiedades del todo. MOL = unidad de cantidad de cualquier clase de partículas, es igual a 6.023 x 1023 moléculas. Ej.

1 mol de moléculas = 6.023 x 1023 moléculas 1 mol de átomos = 6.023 x 1023 átomos 1 mol de electrones = 6.023 x 1023 electrones 1 mol de protones = 6.023 x 1023 protones

Una mol representa el peso molecular de un compuesto expresado en gramos ESTADO GASEOSO -POSTULADOS DE LA TEORIA CINÉTICO MOLECULAR Diferencia entre los estados de agregación de la masa 1.-La materia existe en tres estados: sólido líquido y gaseoso. Un sólido tiene forma y volumen definidos, sus partículas tienen gran cohesión, sin libertad de movimiento lo que los hace rígidos.

Un líquidotiene volumen definido pero no tiene forma propia, aunque sus partículas se atraen fuertemente y están en contacto unas con otras, pueden moverse libremente y desplazarse unas sobre otras, esto les da fluidez, por lo que toman la forma del recipiente

pues no tienen fuerzas de atracción y ocupan por completo el recipiente que las contiene

Un gas de los estados de agregación de la masa el gaseoso es el que ocupa mayor volumen, supongamos que en condiciones normales: El H2O con 18 g de agua se convierte en vapor y ocupa un volumen de 22.4 Lcomparado con 18 mL ocuparían en estado líquido a 4 °C g un volumen un poco mayor en el estado sólido. Por ejemplo: La presión ejercida por el gas dentro de un globo ejerce una fuerza en todas las direcciones hacia fuera, haciendo que la goma se estire y el globo se infle.

CARACTERÍSTICAS DE SÓLIDOS, LÍQUIDOS Y GASES PROPIEDADES FORMA

GASES Carecen de ella

VOLUMEN Disminución de volumen (Compresibilidad)

Ocupan el volumen del recipiente (expansión) Fácilmente compresibles

LIQUIDOS Adoptan la forma del recipiente Poseen volumen propio Prácticamente incompresibles

SÓLIDOS La tiene propia

Densidad

Baja

Media

Lo tienen determinado Menos compresibles que los líquidos Elevada

Formación de mezclas

Se difunden

Algunas se difunden

No se difunden

homogéneas (difusión) Postulados de la teoría cinético molecular -Los gases están compuestos por moléculas muy separadas entre si, en un espacio que por lo demás es vacío. -La fuerza de atracción entre las moléculas de un gas es despreciable -Las moléculas se mueven a altas velocidades y se desplazan en línea recta, por eso sus trayectorias no guardan ningún orden lo que se demuestra por la facilidad con que los gases se mezclan o penetran en todas los lugares de los recipientes que los contienen. -Las moléculas chocan entre si pero las colisiones son perfectamente elásticas (no hay variación de energía -Las moléculas de un gas se mueven en todas direcciones con una velocidad promedio a una temperatura dada. Algunas moléculas pueden moverse a una velocidad mayor que otras pero es posible asignarles una velocidad promedio, a una temperatura dada. La energía cinética promedio de las moléculas en estado gaseoso es la misma para todas las sustancias, es decir por ejemplo, una molécula de hidrógeno que tiene menor masa deberá tener mayor movilidad que una de cloro de mayor volumen. Ec = ½ mv2 La teoría cinética supone que en los estados sólidos y líquido aumentan las fuerzas entre las moléculas al disminuir las distancias que las separa.

CONCEPTO DE GAS IDEAL Shaum 62, apuntes 20 “A presiones bajas y temperaturas altas, todos los gases obedecen a las leyes sencillas, las cuales relacionan el volumen de un gas con la presión y temperatura. T=Cte L.Charles Vα T V1 = V2 T1 T2 gases V=Cte

L.G Lussac PαT P1 = V2 T1 T2

P=Cte

L. Boyle- Mariotte 1 (inversamente) P α---------V P1 V1 = P2V2 -En 1662 Robert Boyle -Mariottecolocó Hg° en un tubo de vidrio en forma de “J” cerrado en un extremo para atrapar la cantidad de aire que existe entre el Hg° y las paredes del tubo,; encontró que el volumen del aire varia linealmente, pero inversamente proporcional a la longitud de la columna de Hg°, esta ley se enuncia: Ley de Boyle-Mariotte. “El volumen de una masa dada de gas a Temperatura constante varia inversamente proporcional con la presión” El volumen es una función inversa de la Presión. - Volumen V1 a una presión P1 - El volumen de V2 es igual a ½ V1 cuando P2es el doble de la presión P1 -El volumen V3 es la tercera parte de V1 cuando P3 se aumenta al triple de P1 El producto de la presión y el volumen de una masa dada de gas son constantes a una temperatura fija. T= constante V

1 P α ------V PV=K

P P1V2= P2V2 Ejemplos de la ley de Boyle- Mariotte 1.Un gas pesa 5 gocupa un volumen de 4L y se encuentra sometido a una presión de 0.76 atm ¿Cuál será el volumen que ocupa, en litros, si se somete al doble de la presión mencionada, a temperatura constante? Datos: Fórmula Sustitución

2.Una muestra de gas fue recogida en un recipiente de 200 ml , a una presión de 730 mmhg ¿Qué volumen ocupará la muestra de gas a 760 mmHg

3.Calcular la presión a la cual una masa de gas que tiene un volumen de 100cm3 a una presión de 760 mmHg ocupa un volumen de 84.03 cm3 Datos

4.Se recoge una muestra de 500 ml de H2 cuando la presión es de 800 mmHg ¿Qué volumen ocupara el gas cuando la presión sea de 760 mmg Datos:

5.-Que volumen ocuparan 40 ft3 de H2medidos a una presión de 30 pulg de Hg si la presión disminuye a 28 pulg Hg a temperatura constante. Datos:

6. 10 litros de H2 a una presión de 1 atm están contenidos en un cilindro que tiene pistón móvil. El pistón introduce hasta que la misma masa de gas ocupa 2 La la misma temperatura. Hallar la presión del cilindro Datos: