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espero que les sirva es el libro del ingeniero escobar con los diferentes ejercicios
Tipo: Resúmenes
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“El futuro está en las grandes innovaciones técnicas, que constantemente van cambiando el aspecto del mundo. El futuro está en el desarrollo de la química y en el desarrollo de la electrónica, de manera de asegurar las grandes producciones en masa al alcance de todo el mundo”.
ESTUDIAR QUIMICA, PARA QUE?. Es la pregunta que el estudiante universitario se hace cuando en el diseño curricular de la carrera observa que consta la asignatura de Química.
El estudio de la Química en la Secundaria, por ser el primer contacto formal de los estudiantes con esta ciencia, es una oportunidad excepcional. En ese momento puede definirse de que la Química será un problema o no en el futuro del estudiante.
La Química en el nivel medio se debe dirigir a los adolescentes asumiendo que la gran mayoría no van a seguir carreras afines a la misma. Tal y como está programada la asignatura contribuirá a fortalecer y justificar el perjuicio que ya traen los estudiantes contra ella.
La “Quimifobia” no es un problema actual, se viene desarrollando en los últimos 40 años, no solo en torno a la Química, sino a las ciencias en general. Lamentablemente problemas como la contaminación, la carrera armamentista, la deshumanización de la sociedad por los avances tecnológicos, etc, han resultado lo suficientemente graves para eclipsar casi en su totalidad lo bello y positivo del conocimiento científico y la calidad de vida que hemos alcanzado con él.
Enseñar Química en cualquier nivel no ha sido ni será tarea fácil. No solo por la “mala fama” que tiene por si misma la materia, sino también por la falta aparente de conexión entre la realidad personal de los alumnos y los temas de estudio. Las dificultades que tienen muchos estudiantes de Química se deben a una exposición defectuosa y explicaciones confusas.
Por todos lo expuesto anteriormente, en el presente trabajo se asegura que los conocimientos que serán adquiridos por los estudiantes sean lo más claro y libre de confusión.
El texto de trabajo ha sido un esfuerzo de las investigaciones que el autor ha hecho sobre los diferentes temas que abarca la Química, en él se presenta una pequeña parte de lo que es la Química como ciencia.
Espero que en esta nueva edición el estudiante encuentre además de la parte teórica un gran número de problemas resueltos y propuestos, que le permitan aclarar aún más que la naturaleza de la Química es ser la “Ciencia Central”.
Quiero expresar mis agradecimientos a todas y cada una de las personas que de alguna manera han ayudado para la presentación de este texto, de manera especial agradezco a la Escuela Politécnica del Ejército por haberme acogido como docente, para dejar en sus aulas un poquito del gran conocimiento de la Química.
Luis Antonio Escobar Castañeda
Generalidades Tipos de Reacciones Químicas Reacciones Redox Igualación de Ecuaciones Ejercicios resueltos y propuestos
BIBLIOGRAFIA: 237
Ing. Luis A. Escobar C.
FUNDAMENTOS
DE
QUIMICA GENERAL
Ing. Luis A. Escobar C.
2010
UNIDADES
En Química, las propiedades se describen como cantidades que se pueden medir y expresar como productos de números y unidades.
Antes de analizar las diferentes magnitudes y unidades utilizadas en Química, es necesario conocer y diferenciar dos términos que son utilizados muy frecuentemente en esta asignatura y que vale la pena hacer una aclaración.
Materia se define como que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio. MASA es la cantidad de materia de una muestra en particular de ella. La masa de un cuerpo es constante y no cambia, no importa el sitio donde se mida. El PESO de un cuerpo sin embargo, es la fuerza gravitacional de atracción entre la masa del cuerpo y la masa del planeta en el cual éste es pesado. Así, el peso de un cuerpo varía, dependiendo de donde es pesado, mientras que la masa no.
Desafortunadamente los términos MASA y PESO son utilizados en forma intercambiada; sin embargo, usted debe entender su diferencia.
Las magnitudes fundamentales más importantes utilizadas en Química son: longitud, masa, tiempo, cantidad de sustancia, temperatura y corriente eléctrica. Cada una de estas magnitudes tiene su propia unidad irreductible.
MAGNITUDES DERIVADAS: Las magnitudes derivadas son magnitudes físicas obtenidas de combinaciones de las fundamentales. Por ejemplo, el volumen es una magnitud derivada.
a) SISTEMAS DE UNIDADES: En Química, normalmente, se usan dos sistemas de unidades. El CGS (centímetro-gramo- segundo), cuya unidad básica de longitud es el centímetro (cm), de masa el gramo (g) y la del tiempo el segundo (s); y el SI (Sistema Internacional de Unidades), en donde la unidad básica de longitud es el metro (m), la masa el kilogramo (kg) y la del tiempo es el segundo (s). Ambos sistemas definen unidades básicas individuales para cada magnitud fundamental.
b) PREFIJOS DE LAS UNIDADES: En ambos sistemas se usan prefijos para designar múltiplos decimales o fracciones decimales de las unidades básicas. Los prefijos comunes son: MULTIPLO PREFIJO ABREVIATURA
1 m = 100 cm, 1 Angstrom (Å) =1x10–^8 cm 1 kg = 1000 g 1 m^3 = 1000 litros 1 atm = 760 torr = 101325 Pa °K = °C + 273; °C = 5/9(°F – 32); °R = °F + 460
La DENSIDAD de una sustancia se define como la masa de una sustancia que ocupa la unidad de volumen:
Volumen(V)
Masa(m) Densidad (d)
En el Sistema Métrico Decimal, la densidad de los sólidos y líquidos se miden en g/cm^3 o g/ml; y la de los gases en g/litro. En el sistema SI, la densidad se expresa como kg/m^3.
Para la mayoría de las sustancias la densidad se mide a 20°C, la cual se considera como la temperatura ambiente. Para el agua sin embargo se expresa a 4°C, por ser la temperatura a la cual el agua tiene una densidad exacta de 1,00 g/ml.
La GRAVEDAD ESPECIFICA (peso específico) de una sustancia de la densidad relativa de una sustancia comparada con una estándar. En general para los líquidos se toma el agua a 4°C como el estándar y por lo tanto la gravedad específica expresa la densidad de una sustancia comparada con la del agua. Lo anterior se expresa así:
Densidaddelaguaa 4 C
Densidaddelasustancia Gravedad Específica(PesoEspecífico)
El peso específico también se puede calcular utilizando la siguiente ecuación:
Masa(Peso)deunvolumendeaguaa 4 C
Masa(Peso)deunsólidoolíquido Peso Específico
La gravedad específica no tiene unidades, es simplemente la relación de dos densidades. Para determinar la densidad de una sustancia a partir de la gravedad específica basta multiplicar la gravedad específica por la densidad del agua como sustancia de referencia. Puesto que el agua tiene una densidad de 1,00 g/ml, la densidad y la gravedad específica son numéricamente iguales si se han utilizado las unidades g/ml.
e) NOTACION CIENTIFICA: La Notación Científica es un método para expresar números grandes o pequeños como factores de las potencias de 10. Se pueden usar exponentes de 10 para hacer que la expresión de las mediciones científicas sea más compacta, más fácil de entender y más sencilla de manejar.
Para expresar números en notación científica, se utiliza la siguiente expresión:
Donde, a es un número decimal entre 1 y 10 (sin ser igual a 10) y b es un entero positivo, negativo o cero. Por ejemplo:
0 , 0000000013 m 1 , 3 x 10 ^9 m
at-g
átomos 6 , 022 x 10 at-g
átomos 6022000000 00000000000000 ^23
f) CIFRAS SIGNIFICATIVAS: La exactitud de una medición depende de la cantidad del instrumento de medición y del cuidado que se tenga al medir. Cuando se da una medida, se expresa con el número de CIFRAS SIGNIFICATIVAS que mejor represente su propia exactitud y la del instrumento empleado.
La exactitud en los cálculos químicos difiere de la exactitud matemática.
g) APROXIMACION: Las reglas para realizar aproximaciones son sencillas, si el dígito que sigue al último que se va a expresar es:
4 o menos, éste se descarta 5 o más, se aumenta en uno el último dígito
40 , 6 cm 1 pulg
2 , 54 cm Longuitud 16 pulg
2837 , 5 g 1 lb
454 g Peso 6 , 25 lb
cm
g 69 , 89 40 , 6 cm
2837 , 5 g Longitud
Peso
ax 10 b
b) ( 5 ) 32 23 5
K C 273 CK 273
a) C 220 273 53
b) C 498 273 255
(F 32 ) 9
5
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
Todos los cuerpos que existen de la naturaleza están constituidos por materia.
La MATERIA , es el componente fundamental de la naturaleza íntima de los cuerpos, se caracteriza por poseer masa y ocupar un lugar en el espacio. CUERPO, es una porción limitada de materia que ocupa un lugar en el espacio.
La materia se clasifica en homogénea y heterogénea:
La que presenta uniformidad en su composición, se considera materia homogénea las sustancias y las soluciones, las sustancias pueden ser: elementos y compuestos.
HETEROGENEA: La que no presenta uniformidad en su composición por ejemplo: los alimentos, las rocas, el suelo, la madera, etc. En fin todos estos materiales son mezcla de las sustancias.
A continuación se presenta una forma de clasificar a la materia:
Presenta algunas propiedades, definiéndose como PROPIEDAD a la característica por medio de la cual una sustancia puede ser identificada y descrita.
Pueden ser generales y específicas:
a) GENERALES: Son las que presentan todas las sustancias y por lo tanto no nos sirve para distinguir una sustancia de otra, son: volumen, peso, impenetrabilidad, inercia, etc.
b) ESPECIFICAS: Son las que presenta una determinada sustancia, y nos permite distinguir una sustancia de otra y son: color, olor, sabor, densidad, dureza, etc.
Estas propiedades pueden ser físicas o químicas.
Se pueden observar por medio de nuestros sentidos y se relacionan con los cambios físicos que sufre la materia, estas son: color, olor, sabor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, solubilidad.
Son las que se relacionan con los cambios químicos que sufren las sustancias. Por ejemplo la combustión del alcohol, de la gasolina; la oxidación del hierro, en general de todos los metales.
La materia puede existir en tres estados físicos: sólido, líquido, gaseoso.
Puede sufrir cambios o transformaciones de dos clases: físicos y químicos.
Ocurren sin que se produzcan alteración en la composición química de la materia, sino únicamente de sus propiedades.
En estos cambios físicos no se forman nuevas sustancias y los que se encuentra al final tiene la misma composición de la sustancia original. Estos procesos cesan cuando desaparecen la causa que los produjo y son reversibles, es decir, puede verificarse fácilmente el proceso inverso.
Una sustancia puede cambiar de estado físico cuando se efectúan cambios de presión y temperatura.
En el siguiente diagrama podemos observar los cambios físicos que sufre la materia:
Esta ecuación permite establecer la ley que dice: “LA MATERIA Y LA ENERGIA NO SE CREAN NI SE DESTRUYEN, SOLO SE TRANSFORMAN”.
En los siguientes ejemplos, podemos observar la relación entre materia y energía:
Utilizando la ecuación: E m c^2 ; despejando la masa, tenemos: 2 c
m
Reemplazando datos, tenemos:
10 2
20 2 2
( 3 x 10 cm/s )
8 , 23 x 10 gcm /s m
10 2
20 2 2
( 3 x 10 cm/s )
8 , 23 x 10 gcm /s m
m 0 , 915 g
Por lo tanto la masa de los productos de reacción sería: 1000 – 0,915 = 999,085 gramos, es decir aproximadamente el 0,1% se ha transformado en energía.
Aplicando la misma ecuación que en ejemplo anterior, tenemos:
E m. c^2 c^2
m
10 2
13 2 2
( 3 x 10 cm/s )
8 , 0 x 10 g cm /s m
m 0 , 89 x 10 ^7 g
La masa de los productos sería: 1000 – 0,89x10–^7 = 999,999999911 gramos, En esta reacción química la masa de los productos difiere muy poco de la masa de los reactantes, esta diferencia es imposible medir experimentalmente, razón por la cual podemos decir que en las reacciones químicas ordinarias la materia se conserva.
2. TEORIA ATOMICA DE DALTON:
John Dalton, alrededor de 1803, propuso sus teorías acerca de la naturaleza y el comportamiento de la materia.
A continuación se anotan algunas conclusiones:
a) Todas las sustancias se componen de pequeñas partículas sólidas e indestructibles, denominados ATOMOS.
b) Los átomos de una misma sustancia son idénticos en cuanto a peso, tamaño, y forma.
c) El átomo es la parte más pequeña de un elemento que interviene en un fenómeno químico.
d) Las moléculas de un compuesto están formadas por la unión de átomos de dos o más elementos.
e) Los átomos de dos elementos se pueden combinar entre sí en distintas proporciones para formar más de un compuesto.
La materia esta constituida por pequeñas partículas llamadas ATOMOS. Podemos considerar al átomo como una unidad más completa de la materia que tenemos conocimiento. Son las partículas más pequeñas que pueden tomar parte en las combinaciones químicas. La unión de átomos individuales da lugar a la formación de moléculas.
El átomo de cualquier elemento químico esta formado por dos zonas importantes:
a) Zona central: NUCLEO b) Zona externa: PERIFERIA o ENVOLTURA
En el núcleo están los protones (p+) de carga positiva y los neutrones (n°) de carga neutra.
