Apunte Definitivo QCA GRAL 1 (Temas 1-8) PDF

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Julio-Agosto 2019APUNTE QUÍMICA GENERALTemas 1 al 12 de TeoríaTEMA 1: SISTEMAS MATERIALES 1 Materia: es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, impresiona nuestros sentidos y posee masa, constituyendo los cuerpos. - Cuerpo: es una porción delimitada de materia y está formado por una sola sust...

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Julio-Agosto 2019

APUNTE QUÍMICA GENERAL Temas 1 al 12 de Teoría TEMA 1: SISTEMAS MATERIALES1 • Materia: es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, impresiona nuestros sentidos y posee masa, constituyendo los cuerpos. - Cuerpo: es una porción delimitada de materia y está formado por una sola sustancia o por una mezcla de varias sustancias. • Masa: Propiedad extensiva. La masa de un cuerpo es la medida de su inercia, que se traduce como la fuerza aplicada sobre el cuerpo y la aceleración del mismo, adquirida ante la misma. De forma no absolutamente exacta también se la puede considerar como la cantidad de materia que posee un cuerpo independientemente de dónde se encuentre. Se mide con la balanza y se expresa en “kilogramos” (S.I.). • Peso: Propiedad extensiva. Se define como la fuerza que la masa ejerce debido a la gravedad. Por esta razón, depende de la ubicación espacial, que es la diferencia entre estas dos propiedades. El peso se expresa como el producto de la masa por la atracción gravitatoria; se mide con el dinamómetro y en el S.I. se expresa con “kilogramo-fuerza”. Ahora, el kg es una medida de masa y no de peso pero 1 kg-fuerza en la superficie terrestre es igual al peso de un objeto de 1kg de masa, por lo que los aparatos de medida pueden utilizar esta unidad para el peso. • Densidad: Propiedad intensiva. Se trata de la relación que existe entre la masa de un cuerpo y el volumen del mismo. Se puede medir con el densímetro23. • Propiedades Intensivas y Extensivas (propiedades físicas) - Prop. Ext.: Son aquellas que dependen de la cantidad de materia que estemos considerando; se modifica la cantidad y se modifica también la propiedad física. Además, como hablamos de cantidad, es una propiedad aditiva. Ejemplos: Volumen, inercia4, masa, peso. - Prop. Int.: Son aquellas que no dependen de la cantidad de materia que se examina sino que se trata de una característica específica del material en cuestión. Además, no son aditivas. Ejemplos: estado físico, características organolépticas 5, densidad, punto de ebullición, conductividad eléctrica, etc. Algunas de este tipo de propiedades sirven para identificar sustancias. 1 2 3 4 5

Todas las fórmulas de cada concepto está en el apunte de apoyo, aunque está implicita en la definición. Es un instrumento de medición que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y conductividad. Ejemplos de metales menos densos que el H20: Na, K y Os. El hierro es 7 veces más denso que el H20 (por lo que se hunde) pero el Hg es 2 veces más denso que el Fe (por lo que el Fe flota). Resistencia al cambio de estado de reposo o de un movimiento en el que se encuentra un cuerpo. Color, olor, sabor, etc.

• Cambios físicos y cambios químicos: - Cambios físicos: son aquellos durante los cuales una sustancia cambia en apariencia física pero no en su composición química. NO produce la formación de nuevas sustancias y se relaciona con la alteración de las propiedades físicas. Ejemplos: los cambios de estado de agregación en el que el H20 cambia de estado (líquido a sólido por ejemplo) pero no deja de ser H20. - Cambios químicos: son aquellos que se producen cuando una o más sustancias se transforman en otra u otras sustancias químicamente diferentes, liberándose y absorbiendo energía. Al experimentar estos procesos, las sustancias dejan en evidencia sus propiedades químicas. Ejemplos: la oxidación del hierro, combustión de la madera, reacciones de ciertas sustancias con el H20, etc. • Propiedades químicas y físicas de la materia. - Propiedades físicas de la materia : son aquellas que se pueden medir y observar sin modificar la composición o identidad de la sustancia en cuestión. Por ejemplo: divisibilidad, impenetrabilidad, movilidad, etc. Se clasifican en intensivas y extensivas. - Propiedades químicas de la materia: son aquellas que muestra la materia cuando experimenta cambios en su composición y se relacionan con qué tipos de estos cambios son los que la sustancia experimenta. Por ejemplo: reactividad química, inflamabilidad, corrosividad de ácidos, oxidación, reducción. • Estados físicos de la materia. - SÓLIDO: Forma y volumen propios. - cristalino: partículas dispuestas ordenadamente formando estructuras denominadas cristales. - amorfo: los cuerpos no presentan ordenamiento interno, similar a líquidos y gases. - LÍQUIDO: No tienen forma definida (adoptan la del recipiente) pero si un volumen propio, con una superficie horizontal que impone un límite de difusión. 6 Son difíciles de comprimir y más densos que los gases. - GASEOSO: No tienen forma ni volumen propios, ocupan todo el espacio disponible y su volumen es sensible a variaciones de T y P. - PLASMA: Tipo de gas ionizado sólo presente naturalmente en estrellas. • Sistemas materiales: Un sistema material es toda porción de materia sometida a estudio en investigación, separada de las otras porciones y con posible transferencia de energía. - ABIERTO: hay transferencia de masa y energía entre el sistema y el medio circundante. - CERRADO: solo hay transferencia de energía con el medio. - AISLADO: no hay intercambio de masa ni energía. 6

Capacidad de expandirse por el espacio.

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Ejemplos: Una fogata (abierto), un foco encendido (cerrado) y un termo tapado (aislado). Un ejemplo especial es la Tierra, que es un sistema DINÁMICO ya que se trata de materiales que reaccionan entre sí y cambian con el tiempo, además de que respecto a los materiales es un sistema cerrado pero respecto a la energía es un sistema abierto. Clasificación y métodos de separación de mezclas7 . A- Métodos de fraccionamiento (Separar Sistemas Homogéneos) - Destilación: Consiste en separar líquidos o sólidos disueltos en un líquido. Se realiza la vaporización de un líquido y luego se condensan los vapores del mismo, obteniéndose el líquido separado. - Destilación simple: cuando la mezcla está constituida por un componente volátil 8 y otro/s no volátiles, la destilación consistirá en calentar la mezcla hasta lograr la temperatura de ebullición del volátil y luego condensar los vapores para que ninguno de ellos vuelva al aparato destilador. Ejemplo: agua y sales disueltas. - Destilación fraccionada: cuando la mezcla está constituida por 9 dos o más sustancias miscibles o volátiles, la destilación consistirá en calentar la mezcla hasta que hierva el componente más volátil 10 y una vez que este se haya condensado se seguirá calentando hasta que hierva el componente menos volátil. Ejemplo: agua y etanol (70° y 100° respectivamente). En resumen, se emplea para separar líquidos miscibles con punto de ebullición diferentes. - Destilación con arrastre de vapor: Ejemplo: Obtención de aguas aromáticas. - Destilación a presión reducida o al vacío: cuando se trata de sustancias que se descomponen a temperaturas elevadas o si tienden a reaccionar con los componentes del aire debe favorecerse su ebullición reduciendo la presión exterior, de modo que la presión de vapor iguale a la presión atmosférica a más baja temperatura.

Todos los gráficos quedan en el apunte de apoyo, consultar de ahí, excepto los de destilación porque habrá que saber cada componente del sistema para el examen final. 8 Tendencia, capacidad o facilidad de una sustancia para pasar a la fase de vapor. 9 Propiedad de algunos líquidos para mezclarse en cualquier proporción, formando una disolución. 10 Con el menor punto de ebullición

- Cristalización: consiste en la separación de un sólido disuelto en un líquido, obteniendo un soluto sólido cristalizado por evaporación del disolvente de una solución. Esto se basa en la diferencia de volatibilidad de las sustancias. Se deja en reposo la mezcla para que el líquido se evapore| lentamente y en el fondo del recipiente aparecerá el sólido en forma cristalina. Para acelerar el proceso se deberá extender la mezcla tanto como sea posible, colocando la disolución en un recipiente ancho (cristalizador) que aumente la superficie de evaporación. Ejemplo: en la naturaleza, formación de salinas, estalactitas y estalagmitas. - Cromatografía: se basa en la distribución de los componentes de una mezcla entre dos fases inmiscibles, una estacionaria (o fija) y otra móvil. La muestra se disuelve en una fase móvil que será un fluido (gas, líquido o fluido supercrítico 11). Así mismo, la fase móvil se hace pasar por una fase estacionaria inmiscible, manteniéndose fija en una columna o sobre una superficie sólida. Los componentes de la mezcla se distribuyen de modo distinto, de esta forma, los que son retenidos con más fuerza por la fase estacionaria se mueven lentamente mientras los que son retenidos débilmente se mueven con mayor rapidez. Así, los componentes se separan en bandas que pueden analizarse cualitativa y/o cuantitativamente. Por ejemplo: separación de los componentes de la tinta, anti-dopping, separación de pigmentos, fabricación de fibrones y lapiceras, etc. B- Métodos mecánicos (Separar Sistemas Heterogéneos) - Separación Magnético (o imantación): método para separar dos sólidos, uno de los cuales posee propiedades magnéticas. Por ejemplo: una mezcla de limaduras de hierro y azufre. - Tamización: consiste en colocar un sistema material formado por 2 sólidos de diferente tamaño de partícula sobre una malla de metal, generalmente, que se denomina tamiz o colador. Las de menor tamaño atraviesan la malla y las de mayor tamaño quedan retenidas en la malla. Ejemplos: separar arena de las piedras, harina de cereales de la cáscara, clasificar polvos de acuerdo a tamaño de partícula, separación de componentes del suelo. - Decantación: operación destinada a separar los componentes de una mezcla heterogénea en la que un sólido se suspende en un líquido o mezclas de líquidos no miscibles entre sí, de distinta densidad. Se deja reposar para que cada componente sedimente según su densidad y luego se retira cada una de las fases por extravasación cuidadosa. Ejemplos: separa agua y aceite, yema y huevo. Si los componentes poseen densidades semejantes la decantación es muy lenta por lo que conviene usar otro método. - Centrifugación:12 se somete una mezcla heterogénea a la acción 11 Cualquier sustancia que se encuentre en condiciones de presión y temperatura superiores a su punto crítico, lo que hace que se comporte como un híbrido entre un líquido y un gas, es decir, puede difundir como un gas, y disolver sustancias como un líquido. 12 En este método se aprovecha el principio de la sedimentación, que consiste en el proceso natural por el cual las partículas más pesadas que un fluido, que se encuentran en suspensión, son removidas por la acción de la gravedad.

de una fuerza centrífuga producida a consecuencia de la rotación alrededor de un eje, el sólido se deposita en el fondo y los materiales insolubles quedan acumulados en pequeño volumen y puede operarse con sustancias activas13. Su fundamento es la separación por las diferentes densidades de los componentes. Ejemplos: separar la crema de la leche, escurrir la ropa en secarropas centrífugo, etc. - Filtración: consiste en la separación de los cuerpos sólidos que se encuentran en suspensión en el seno de un líquido o de un gas. Se hace pasar la mezcla a través de un medio filtrante que retiene las partículas del sólido y deja pasar (más o menos) libremente al resto. El líquido que se recoge después de la filtración se conoce como filtrado. Ejemplo: hacer café en granos, purificación del agua Se aplica el mismo principio que en la tamización. - Levigación: consiste en la separación de componentes de sistemas materiales formados por dos sólidos mediante una corriente de agua, que arrastra la fase de menor densidad y no disuelve ni altera al sistema. Ejemplo: separar oro de las arenas auríferas, el almidón de la harina, etc. - Disolución: consiste en la separación de las fases de un sistema material utilizando la diferente solubilidad de las mismas en un disolvente agrega un disolvente que disuelva sólo una de las dos sustancias y que otro disuelva la restante. Es necesario que ambos componentes sean inmiscibles y que puedan separarse por decantación. - Sublimación: consiste en la separación de dos sólidos, uno que sublima y otro que no lo hace, calentando suavemente el sistema para volatilizar uno de los componentes. Los vapores qsue se desprenden de este se enfrían y subliman o condensan. • Elementos químicos : Son las sustancias fundamentales de las cuales se compone toda la materia, tantos sustancias simples como compuestas. No se pueden descomponer en sustancias más sencillas y se encuentran ordenados en la Tabla Periódica de acuerdo a su número atómico creciente. • Sustancias simples y compuestas: - Sustancias Simples: son aquellas que no se pueden descomponer en otras más simples mediante cambios químicos, se constituyen por una sola clase de elementos. - Sustancias compuestas: Son aquellas formadas por la unión química o combinación de dos o más elementos en proporciones fijas. Así, las propiedades del compuesto terminan siendo diferentes a la de los elementos que lo forman. Además, se pueden descomponer en sustancias más sencillas, en proporción definida , en elementos o compuestos. 13 Es decir: ácidos, bases, oxidantes, reductores.

TEMA 2: LEYES Y PRINCIPIOS FUNDAMENTALES DE LA QUÍMICA14 • Relación entre masa y energía: La relación entre la masa y energía está dada por la siguiente expresión, según el principio de Einstein: E=m.c2. Donde “E” es la energía (ergios 15), “m” es la masa (g) y “c” la velocidad de la luz (3.1010 cm/seg aprox). Si se produjese una variacíon determinada de energía, se determinará la variación de masa (la E pasa al 2 término). Como el denominador en esta segunda ecuación es muy grande y la variación de energía que habitualmente se produce en una reacción química es pequeña, el cambio de masa producido es inapreciable. • Ley de conservación de la masa (Lavoisier): Esta ley se considera enunciada por Lavoisier y estipula que “la masa de un sistema permanece invariable cualquiera sea la transformación que ocurra dentro de él”; que en química se puede aplicar como que en una reacción “la masa de las sustancias reaccionantes es igual a la masa de los productos de reacción”. Relacionándolo con la ecuación de Einstein podemos decir que en su forma más simple la Ley de Conservación de la Masa se considera válida para todas las reacciones químicas dentro de los límites de la exactitud experimental, excepto en los procesos nucleares (porque intervienen grandes cantidades de energía). • Ley de las proporciones constantes (Proust): Esta ley, enunciada por Proust, estipula que “un compuesto dado contiene siempre los mismos elementos unidos en las mismas proporciones en peso” o “cuando dos o más elementos se unen para formar un determinado compuesto lo hacen en una relación de masas definida y constante”. Se basa en que la composición de un compuesto particular es definida e independiente del método, tiempo o lugar de preparación. Si se duplica la cantidad de un elemento A que reacciona, también se multiplicará la cantidad de B que lo hace. Partiendo de esta ley se concluye que: - Al analizar muestras desconocidas formadas por los mismos elementos, determinando la relación de masas entre ellos, se puede saber si se trata de un solo compuesto o de varios. - Al hacer reaccionar cantidades arbitrarias de 2 o más elementos para formar un compuesto determinado, puede haber exceso de alguno de ellos, ya que la proporción en que reaccionan es siempre definida y nunca circunstancial. Además, de esta se origina el concepto de reactivo limitante (aquella sustancia que se consume en su totalidad) y de reactivo en exceso (aquella que no logra consumirse del todo ya que dependía del reactivo limitante para seguir reaccionando). 14 Todos los ejemplos de cada ley se encuentran en el apunte de apoyo. Conviene saberlos por las dudas si llegan a preguntar. 15 El Ergio es una unidad de medida de energía y trabajo equivalente a 10⁻⁷ julios

• Ley de las proporciones múltiples (Dalton): Esta ley enunciada por Dalton estipula que “las distintas masas de un mismo elemento que se unen con una masa fija de otro para formar compuestos distintos, están en una relación de números enteros sencillos.” En otros términos “si dos elementos A y B se combinan para formar más de un compuesto, las diferentes cantidades de A que se unen con una cantidad fija de B, guardan entre sí una relación de números enteros generalmente pequeños”. • Ley de las proporciones recíprocas (Richter): Esta ley enunciada por Richter estipula que “las proporciones en las cuales dos elementos cualesquiera A y B se combinan con un tercer elemento C, son las mismas proporciones o un múltiplo o submúltiplo de las proporciones en que se combinarían entre sí”. En otras palabras, si hay tres elementos A, B y C y sus posibilidades de combinación son 3 entonces se forman por lo menos 3 compuestos químicos: AC, BC y AB. La consecuencia de esta ley es el concepto de “equivalente químico”, que se define como la masa del elemento que se combina químicamente con 8 gramos de oxígeno, o que lo reemplaza con una reacción química. El elemento oxígeno se tomó como patrón de referencia para expresar numéricamente los pesos de combinación, ya que a cada elemento le corresponde un peso definido e interviene en una reacción química según múltiplos del mismo. • Ley de Avogadro: establece que “bajo las mismas condiciones de P y T, vólumenes iguales de gases diferentes contienen igual número de moléculas”. • Masa atómica y masa molecular: la teoría atómica postula que el átomo de cualquier elemento tiene una masa definida y constante. La unidad de masa aceptada internacionalmente es la unidad de masa atómica (u), que es la doceava parte de la masa del Carbono 12. Fijada esta unidad de referencia, se pueden definir dos conceptos importantes. - Masa atómica: es la masa de un átomo. La masa atómica relativa de un elemento (Ar) es un número que indica la masa relativa de ese elemento con respecto a la unidad de masa atómica (Ar=masa absoluta de un átomo/u). Ejemplo: Ar(Na)=23u (la masa de un átomo de Na es 23 mayor que la unidad de masa atómica) - Masa molecular relativa (Mr): número que indica la masa relativa de la molécula de una sustancia con respecto a la unidad de masa atómica. Se calcula sumando las masas atómicas relativas de cada uno de los elementos que constituyen la molécula. • Número de Avogadro: una constante que indica el número de átomos de carbono que hay exactamente en 12g del carbono 12 • Mol: un mol se define como la unidad de cantidad de materia que corresponde a 6,022.10 23 partículas. La masa de un mol depende de la masa molecular de una determinada sustancia presente en dicho mol.

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Este concepto está vinculado con la proporción en la cual se combinan las sustancias en una reacción química. Masa molar (MM): se defina como la masa de un mol de unidades de una sustancia. Es numéricamente igual a la masa molecular o atómica relativa de la especie considerada, pero expresada en g/mol. Volumen Molar Normal de un gas 16: Se denomina al volumen que ocupa un mol de moléculas de un gas ideal en condiciones normales de presión y temperatura (1atm y 273 °K). Es idéntico para todos los gases y su valor es aproximadamente 22,4 litros. Surge de la definición de mol y confirma la predicción de la teoría de Avogadro ya que el mol de cualquier sustancia contiene siempre el mismo número de moléculas. Por esta razón, es posible utilizarlo como factor de conversión. Reacciones y ecuaciones químicas: todo proceso termodinámico en el cual dos o más sustancias, se transforman, cambiando su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. Una ecuación química es la forma abreviada de describir una reacción química, una la que se utilizan símbolos y fórmulas para representar los elementos y compuestos que intervienen en la reacción, así como la cantidad de reactivos y productos que participan en el proceso. Nomenclatura química: [Según el apunte del Cursillo de Nivelación] - Óxidos: - Anhídridos: - Hidruros: - Hidróxidos: - Ácidos:

- Sales:

16 En resumen: masa atómica y molecular relativa resultan de la comparación con el valor de la uma. Ma...