Quimica 01 Materia

  R O

   T    N    E

RS    I    P R E UNIV E R  IT      A   -

R  I    

O   

 U T P    e e  r  p C e p

QUÍMICA TEMA: Nº 01 MATERIA I. MATERIA Es todo aquello que existe en el universo. Se encuentra en constante movimiento y transformación. Según Einstein la materia es la energía condensada y la energía es la materia dispersa. II. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA Desde el punto de vista macroscópico, la materia puede clasificarse como mezcla y sustancia pura, como se indica en la siguiente figura. Materia

Sustancia

Simple (Elemento)

Proceso Químico

 Au

Proceso Físico

Mezcla

Homogénea (Solución)

Compuesto

C12H22O11

Fe+C ORO

Heterogénea

AZ CAR

O2

ACERO

 Aceite

Agua

C2H5OH C12H22O11 H2O

Oxígeno

Etanol

Agua azucarada

Frugos

Clasificación de la Materia y Relaciones entre Mezclas y Sustancias Puras, así como entre Compuestos y Elementos 2.1 MEZCLA Es un sistema formado por dos o más sustancias, cada una de las cuales conserva sus propiedades. Las mezclas también pueden ser homogéneas o heterogéneas. 2.2 SUSTANCIA Es cualquier variedad de materia cuya composición y características son definidas y reconocibles. Las sustancias puras pueden presentarse como: Elementos y Compuestos. 2.2.1 Elementos. Son las sustancias puras más simples que se conocen y están formadas por átomos que tienen el mismo número atómico y no pueden separarse en otras más simples, por métodos químicos. Actualmente se conocen 109 elementos los que se diferencian por sus propiedades y se reconocen dos clases generales: metales y no metales. Página 1

Ejm: Na (Sodio), K(Potasio), O (Oxígeno), Cl (Cloro) Alotropía Es la cualidad de algunos elementos que al mismo estado físico pueden presentarse con dos o más estructuras diferentes, razón por la cual sus propiedades serán diferentes. Variedades alotrópicas del oxígeno Oxígeno diatómico: O 2 Ozono: O3 Permite la combustión. Absorbe las radiaciones ultravioleta. Estable a condiciones ambientales. Se descompone lentamente en O2 en condiciones ambientales. Apto para la respiración. Tóxico, no apto para la respiración. Otros elementos que poseen alotropía son: carbono, fósforo, azufre, hierro, etc. 2.2.2 Compuesto Es una sustancia formada por dos o más elementos diferentes unidos químicamente, en proporciones de masa definidas. Un compuesto puede estar formado por átomos, moléculas o iones. Ejm: NaCl (Cloruro de Sodio), CH 2 = CH2 (Eteno), HCl (Cloruro de hidrógeno), H2SO4 (Ácido Sulfúrico), Ca 3(PO4)2 (Fosfato de Calcio) Molécula. Es una asociación de átomos iguales o diferentes. Si los átomos son iguales, la molécula es de una sustancia elemental; así por ejemplo, O 2, N2 son moléculas de los elementos oxígeno, nitrógeno, respectivamente y si los átomos son diferentes, la molécula es de un compuesto. El NaCl, por ejemplo, representa al compuesto cloruro de sodio; así como el CH 2 = CH2 es la molécula del compuesto eteno. Átomo. es la unidad fundamental y más pequeña de un elemento. 

III. PROPIEDADES DE LA MATERIA El ordenamiento y la interrelación entre las partes que forman la materia, constituyen la base de su estructura y ésta, a su vez, determina sus propiedades. Las propiedades son físicas y químicas. 3.1 PROPIEDADES FÍSICAS Una propiedad física generalmente describe la respuesta de la sustancia a cualquier influencia externa; tal como la luz, calor, fuerza, electricidad; sin necesidad que la sustancia sea destruida o transformada. Estas pueden ser: 3.1.1 Extensivas. Son aquellas que dependen básicamente de la MASA, se consideran las siguientes: - Inercia. Resistencia que opone un objeto a sufrir cualquier cambio en su estado de reposo de movimiento. - Extensión. Está ligada a la cantidad de masa y a su existencia física real. - Impenetrabilidad. Dos o más objetos no pueden ocupar un mismo espacio a la vez. - Discontinuidad. Propiedad de la materia de presentar espacios vacíos en su estructura, los cuales son conocidos como “poros”

- Indestructibilidad. La materia no se destruye, destru ye, sólo se transforma. - Divisibilidad. Propiedad de la materia de fraccionarse 3.1.2 Intensivas. Son inherentes a cada tipo de sustancia, permitiendo distinguir una de otra, de manera definida. No dependen de la masa

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-

Densidad. Definida como masa por unidad de volumen, nos permite identificar y además determinar si una sustancia es pura. Dureza. Resistencia que oponen los cuerpos para evitar ser s er rayados. Maleabilidad. Capacidad que tienen algunos cuerpos sólidos de formar láminas. Ejemplo, el Oro y la Plata son metales muy mu y maleables Ductilidad. Capacidad de algunos sólidos de formar hilos. Ejemplo: cobre, plomo, oro, plata son metales dúctiles. Elasticidad. Propiedad que tienen algunos cuerpos de cambiar su forma cuando se aplica una fuerza y de recuperarla cuando ésta es retirada. Color. Tiene relación con la interacción de la radiación electromagnética con la materia y también depende de los constituyentes y su ordenamiento.

3.2 PROPIEDADES QUÍMICAS Definen la capacidad de las sustancias para formar otras nuevas, mediante la interacción de una sustancia con otra o la transformación de una sustancia en otra. Las propiedades químicas, son aquellas que describen el comportamiento de una sustancia en las reacciones, produciéndose un cambio en la composición. Así, cuando un material se quema en presencia de aire, no sólo se modifica su apariencia externa sino también se altera su composición química. A éste tipo de procesos en los que se cambia la identidad química del material se les llama REACCIONES QUÍMICAS.Ejemplos: -El sodio reacciona violentamente con el agua. - El cobre es atacado por los ácidos. á cidos. - Los compuestos compuestos orgánicos, combustionan combustionan con facilidad. Veamos , la combustión de la Glucosa: C6H12O6 (s) + 6O2 (g) 6CO2(g) + 6 H2O (g) + 2816KJ IV. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA Teoría cinético-molecular de la materia. De acuerdo a esta teoría las partículas que conforman la materia están en constante movimiento chocando unas con otras. Existen fuerzas de atracción y repulsión de cuya magnitud depende su acercamiento o alejamiento, lo que a su vez determina el estado físico. Los diferentes estados de agregación se deben a fuerzas intermoleculares (atracción o repulsión). Los estados de agregación en la naturaleza son: Sólido, Líquido, Gaseoso y Plasmático. Las principales características de los sólidos, líquidos y gases son: ESTADO DE AGREGACIÓN MOLECULAR

Fuerzas de atracción (Fa) y repulsión (Fr) Movimiento de las partículas

SÓLIDO

LÍQUIDO

GASEOSO

Fa > Fr

Fa = Fr

Fr > Fa

No tiene desplazamiento, sólo movimiento vibratorio

Desplazamiento por diferencia de presión

Desplazamiento caótico en todas las direcciones

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Volumen Forma Densidad

Definido Definida Alta

Definido Variable Variable Variable Baja Bajísima El estado plasmático o energético. Es el que considera el plasma como un gas ionizado a elevadísimas temperaturas y es el más abundante en el universo o cosmos. Por ejemplo: el sol y otras estrellas.

V. TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA La materia sufre cambios o transformaciones de acuerdo a las fuerzas internas o externas que actúen sobre ella. La magnitud de la fuerza que actúe determinará si se rompen atracciones nucleares, interatómicas o intermoleculares. Como consecuencia de ello pueden ocurrir fisiones y fusiones nucleares, reagrupación de átomos para formar otras sustancias y cambios de estado físico respectivamente. Las transformaciones pueden clasificarse en: A) Transformaciones Físicas; B) Transformaciones Químicas y C) Transformaciones Nucleares TRANSFORMACIÓN TRANSFORMACIÓN TRANSFORMACIÓN FÍSICA QUÍMICA NUCLEAR ¿Se forman nuevas NO SI SI sustancias? Por ruptura de los Por fisión o fusión enlaces entre átomos y nuclear. Hay formación de nuevos desintegración y ¿Cómo? No ocurre enlaces. Cumple con la formación de nuevos conservación de elementos. elementos. ¿Qué magnitud Baja Alta Extremadamente alta de energía implica? Ejemplos de transformaciones de la materia

A. TRANSFORMACIÓN FÍSICA : Cambios de estado de agregación de la materia

Ejercicio. Completar el cuadro NOMBRE DEL CAMBIO CAMBIO DE ESTADO 1 Fusión Sólid Sólidoo a líqu líquid idoo 2 Solidificación

N°

EJEMPLOS

3

Derretir, hielo, mantequilla, mantequi lla, fundir metales Congelar agua (formar hielo), formación de glaciares, etc. Evaporación de las aguas para formar las nubes,

Vaporización

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4 5 6

también en la ebullición de los líquidos (cuando hierve) Las lluvias se producen por condensación del vapor de agua que la forman En los encendedores se tiene gas butano licuado En los encendedores al abrir la válvula el butano líquido se gasifica El hielo seco (Es dióxido de carbono al estado sólido). La naftalina, el yodo, el alcanfor, etc. En la formación de hielo seco

Condensación Licuación Gasificación

7

Sublimación directa o sublimación 8 Sublimación inversa o regresiva

Nota: Los líquidos que vaporizan rápidamente y en forma espontánea como la acetona, gasolina, bencina, etc. son llamados líquidos volátiles.

Para separar una mezcla homogénea de líquidos, se utiliza el método de la destilación. 3. Si a una bola de hierro lo calentamos por debajo de su punto de fusión, su volumen este fenómeno se llama dilatación que es un fenómeno físico. Fe

aumenta, a

Fe

Calentamiento

Menor  volumen

Mayor  volumen

4. Si rompemos un trozo de vidrio en fracciones más pequeñas la composición sigue igual. CaO. Na2O. 6 SiO2

Martilleo CaO. Na2O. 6 SiO2

B. TRANSFORMACIÓN QUÍMICA. Son los cambios o transformaciones que sufre el cuerpo material

1.

en su composición y estructura interna (molecular), por lo tanto, antes y después del fenómeno químico las sustancias son diferentes ,por ende sus propiedades. No es reversible mediante procesos físicos. El hierro es el metal gris, si calentamos al aire libre, en la parte superficial aparece un sólido rojizo que es óxido férrico, Fe 2O3.

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Fe(s)

Fe2O3

+ O2

Oxígeno de aire

Hierro

2.

Calor 

Hierro oxidado

La chicha de jora fresca contiene glucosa, C 6H12O6. cuando se madura la chicha (fermentación de la chicha) por acción de ciertas proteínas llamadas enzimas, la glucosa se transforma en alcohol etílico y anhídrido carbónico (CO 2), gas que se libera en forma de burbujas. CO2

C6H12O6

Fermentación

+ enzimas

Chicha fresca

3.

C2H5OH Chicha madura

La batería suministra la energía eléctrica suficiente para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno.

C. TRANSFORMACIÓN NUCLEAR El siguiente siguiente gráfico nos nos muestra una transformación nuclear, que puede producirse por: a. Fisión nuclear. Es la desintegración de núcleos pesados para obtener otros mas livianos, liberándose una enorme cantidad de energía. Ejemplo: División o fisión de un átomo de uranio 235 92

U

131 54

Xe

101 38

1 3 n 0

Sr

energía

Fisión nuclear del uranio para formar Xenón y Estroncio

b. Fusión nuclear. Es la unión de núcleos livianos para obtener otros más pesados, produciéndose una gran cantidad de energía. Por ejemplo las bombas “H”. 1 3 H H 1 1

4 2

He energía

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Ejercicio: Indique si el tipo de fenómeno fenómeno o transformación es física (F), química (Q) o nuclear (N) TRANSFORMACIÓN

TIPO

Fusión de la parafina de una vela Combustión de la parafina de una vela Fisión del átomo de radio

OBSERVACIONES La parafina es la cera (mezcla de hidrocarburos) y sólo se funde La parafina se quema, produciendo CO, C, CO2, H2O y calor El átomo de radio se desintegra, liberando átomos mas livianos y gran cantidad de energía

Fusión del hidrógeno que se produce en el sol, para producir helio Disolución de azúcar en agua Producción de energía en una central térmica Producción de energía eléctrica en una batería Fermentación de la chicha de jora Convertir un trozo de oro puro, en un pulsera de oro de 18 kilates Freír un huevo Degradación de los alimentos en presencia de enzimas (digestión) Transformación de la tiza en polvo Corrosión de un clavo de hierro Lijar un clavo de hierro Fecundación (unión de los gametos masculino y femenino para formar el cigoto) Separar los componentes de una mezcla por cromatografía Centrifugación de una muestra de sangre (la fuerza centrífuga acelera la decantación.

PRÁCTICA 1. ¿Cuántas propiedades son intensivas? I. Impenetrabilidad II. Maleabilidad III. Expansión IV. Inercia V. Dureza VI. Extensión a) 2 b) 3 c) 4 d) 5 e) 6 2. Son fenómenos químicos: I. El Lanzamiento de un proyectil. II. Oxidación del magnesio. III. Escuchar el sonido. IV. Combustión del propano. propano. a) Sólo II y IV d) II, III y IV b) I y II e) I, II, IV c) I, II y III 3. En los siguientes tipos de materia. ¿Cuántos son elementos y compuestos respectivamente? I. Aire II. Uranio III. Sal gema IV. Gasolina V. Helio VI. Alcohol etílico

a) 3; 2 b) 2; 3 c) 2; 2 d) 2; 5 e) 2; 4 4. ¿Cuántos ejemplos corresponden a un cambio físico?  –  Explosión de un cartucho de dinamita.  –  Dilución del alcohol al 40%.  –  Fermentación de la glucosa (C6H12O6).  –  La combustión de la gasolina en los motores.  –  La fotosíntesis de las plantas.  –  Obtención de la sal común a partir del agua de mar. d) 5 e) 6 a) 2 b) 3 c) 4 5. Es la resistencia que ofrece un cuerpo a ser rayado: a)Tenacidad. b) Dureza c) Inercia. d) Peso. e) Elasticidad. 6. Es una propiedad extensiva de la materia. a) Temperatura

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b) Densidad. c) Punto de ebullición de agua. d) Punto de congelación del agua. e) Atracción 7. Al cambio de fase de gas a líquido l íquido se le denomina: a) Fusión. b) Licuación. c) Sublimación. d) Condensación. e) Elasticidad. 8. El humo es: a) Una sustancia pura b) Una mezcla

c) Un compuesto d) Un elemento e) Un vapor 9. ¿Qué compuesto es Octatómico? a)H2SO4 b) H3PO4 c)H2O d) S6 e) H2CO3 10.De la siguiente lista de materiales: -Sodio - Aire  – Sangre Sangre  – Agua Agua  – Óxido Óxido de Cobre ¿ Cuántas son sustancias puras? a) 1 b)2 c) 3 d) 4 e)5

MEZCLAS Y SUSTANCIAS Contenidos conceptuales a desarrollar: Estados de agregación de la materia. Cambios de estado. Propiedades físicas y químicas. Mezclas homogéneas y mezclas heterogéneas. Número de fases y número de componentes. Sustancias simples y sustancias compuestas. Métodos de separación de fases y métodos de fraccionamiento. Cambios físicos y cambios químicos.

Actividad Nº 1: La materia se presenta ante nosotros en tres estados diferentes: sólido, líquido y gaseoso. En el siguiente cuadro cuadro se presentan las propiedades propiedades distintivas de cada uno uno de estos tres estados, deberán completar el mismo: característica sólido líquido gaseoso Relación fuerzas de atracción (FA)  – fuerzas de repulsión (FR) Movimientos Forma Volumen Miscibilidad Compresión N° 2: 2.1 - Un mismo material puede pasar de un estado de agregación a otro si se modifica la presión y/o la temperatura. Cada pasaje de estado recibe un nombre característico. Completar el siguiente esquema indicando el nombre de cada pasaje: pasaje :

Sólido

Líquido

Gas

2.2- En cada caso tachar lo que no corresponda: EL cambio de estado de un material de d e sólido a gaseoso se denomina SUBLIMACIÓN /  VOLATILIZACIÓN. El mismo se debe a un AUMENTO / DISMINUCIÓN de la energía cinética de las partículas, y en consecuencia a un AUMENTO /  DISMINUCIÓN de las fuerzas de atracción.

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