Factores DE Conversión - apuntes preparación de examen PDF

Preview

Summary

apuntes para preparación de examen 100 puntos garantizados factores de conversión...

Description

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

CONCEPTOS FUN FUNDAMENTALES DAMENTALES CONCEPTO DE QUIMICA “Química es la ciencia que estudia la materia, su composición y estructura, además, los cambios o transformaciones que sufre y las leyes que rigen estos cambios ” (Petrucci, 2011). RAMAS DE LA QUÍMICA El gran desarrollo de la química y su extenso campo de acción, hace que se divida en varias ramas con estrecha relación: General Descriptiva

QUIMICA

Química analítica

Inorgánica Orgánica Cualitativa Cuantitativa Bioquímica Fisicoquímica Química industrial

Química aplicada

Petroquímica Geoquímica Farmoquímica Astroquímica

SISTEMA Un sistema es una cantidad de materia o una región del espacio sometida para su análisis o estudio. Todo aquello que esta fuera del sistema se conoce como medio ambiente. La superficie que separa al sistema del medio ambiente se denomina frontera. FASE Es una porción del sistema que presenta homogeneidad en sus propiedades físicas y químicas.

-1-

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Rudy Espinoza

De acuerdo con el número de fases que tiene un sistema se lo designa como monofásico (una sola fase), bifásico (dos fases), trifásico (tres fases), tetrafásico (cuatro fases), etc. Los sistemas se clasifican según su relación con el medio ambiente que lo rodea. Aplicando este criterio pueden darse tres clases de sistemas: Sistema abierto abierto, es aquel que intercambia materia y energía con el medio ambiente, e incluyen a la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un automóvil, el cuerpo humano, el planeta Tierra. Sistema cerr cerrado ado ado, es el que puede intercambiar energía pero no materia con el medio ambiente. Por ejemplo, la batería de auto; un globo inflado; una estufa eléctrica. Sistema aislado aislado, es aquel que no intercambia ni materia ni energía con el medio ambiente. Por ejemplo, un termo, el universo. Los sistemas también se pueden clasificar según la homogeneidad que puedan presentar. Homogéne Homogéneo o, es aquel sistema que presenta una sola fase y sus propiedades son iguales en cualquier parte o porción del sistema. Por ejemplo, una mezcla de agua con alcohol etílico; el aire; una mezcla de azúcar y agua. Heterogéneo Heterogéneo, es aquel sistema que presenta dos o más fases con diferentes propiedades. Por ejemplo, agua y aceite; vinagre y aceite; arena y agua.

MATERIA “La materia es todo aquello que existe en el universo, encontrándose en constante movimiento y transformación mediante fenómenos físicos y químicos, ocupando un lugar en el espacio y tiene masa” (Phillips, 2012). La materia se clasifica en:

-2-

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Simple o elemento Pura MATERIA

Compuesto

Sustancia

Homogénea Mezcla Heterogénea

SUSTANCI SUSTANCIA A Es todo aquello que tiene masa y volumen, puede ser sustancia pura o mezcla. Sustancia pura Es aquella que se conforma por un mismo tipo de partículas, como ser los elementos y los compuestos. Elemento químico químico, también se llama sustancia simple, son sustancias que no se pueden descomponer en otras más sencillas, es decir, está constituida por átomos del mismo elemento. Por ejemplo, sodio, hidrógeno, selenio, bromo, etc. Compuesto quím químico ico ico, son sustancias que resultan de la combinación de dos o más elementos y se identifican con las fórmulas químicas. Por ejemplo, cloruro de sodio, agua, sulfato de potasio, nitrato de amonio, metano, etc.

MEZCLA Es la unión física de dos o más sustancias químicas en proporción variable, donde cada uno conserva su identidad. Mezcla homogénea homogénea, es aquella mezcla en la que no se puede diferenciar la separación de sus componentes, constituyendo una masa homogénea que tiene la misma composición y propiedades en cada porción. Mezcla he heterogéne terogéne terogénea a, es aquella en la que se puede diferenciar la separación de sus componentes, en cada porción tendrá diferente composición y propiedades.

COMBINACI COMBINACION ON Es la unión química de dos o más sustancias químicas en proporción fija, donde existe la formación de nuevas sustancias con diferentes propiedades físicas y químicas. -3-

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Rudy Espinoza

ESTADOS DE AGREGACION DE LA MATER MATERIA IA “Los estados de agregación representan la forma en que se encuentran organizadas las partículas de una sustancia química, que pueden ser: sólido, líquido, gaseoso y plasmático” (Chang, 2003). Dependen de la relación existente entre las fuerzas de atracción o cohesión molecular (FA) y las fuerzas de repulsión molecular (FR).

ESTADO

SOLIDO

LIQUIDO

GASEOSO

Forma Volumen

Definida Invariable

Variable Invariable

Variable Variable

Fuerzas intermoleculares

FA  FR

FA  FR

FA  FR

Movimiento vibracional Nula

Vibracional y traslacional Casi nula

Movimiento traslacional Alta

Movimiento molecular Compresibilidad

El estado plasmático, es un estado de alta energía donde la materia está totalmente ionizada en forma de cationes y electrones libres, este estado es abundante en el universo y se encuentra a muy altas temperaturas como ser en el sol.

CAMBIOS DE ESTADO Los cambios de estado de la materia se realizan a presión constante y por efecto del cambio de temperatura. Sublimación Fusión SOLIDO

Vaporización LIQUIDO

Solidificación

GASEOSO Condensación o licuación

Sublimación inversa o deposición

FENOMENOS NA NATURALES TURALES Es toda transformación que experimenta la materia, que puede ser de dos tipos:

-4-

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Fenómeno físico físico, es el cambio que ocurre en una sustancia sin que afecte la naturaleza interna de la materia. Por ejemplo, cualquier cambio de estado, una mezcla de sustancias, el movimiento de los planetas, la rotación de la Tierra. Fenómeno químico químico, es aquel cambio ocurrido en una sustancia de manera que afecta su naturaleza interna, apareciendo nuevas sustancias con propiedades diferentes a las sustancias iniciales, existe reacción química. Por ejemplo, la combustión, la radiación, la oxidación, la fotosíntesis. PROPIEDADES DE LA MATERIA Son las características o atributos que permiten diferenciar a una sustancia de otra. Se clasifican en propiedades físicas y químicas: Propiedades físicas físicas, son aquellas que pueden medirse y observarse sin que cambie la composición o identidad de una sustancia. Por ejemplo: densidad, estado físico, color, olor, sabor, temperatura de ebullición, temperatura de fusión, solubilidad, conductividad térmica, conductividad eléctrica, etc. Propiedades q químic uímic uímicas as as, son aquellas que se manifiestan cuando existe una alteración de la estructura interna o molecular del cuerpo. Por ejemplo: la oxidación del hierro, la no oxidación del oro, la combustión del metano, la inflamación del etanol, etc. Otra forma de clasificación de las propiedades de la materia puede ser en extensivas e intensivas: Propiedades ex extensivas tensivas tensivas, son aquellas que dependen de la cantidad de materia y son aditivas. Por ejemplo: peso, área, volumen, inercia, presión, energía, etc. Propiedades intensivas intensivas, son aquellas que no dependen de la cantidad de materia y no son aditivas. Por ejemplo: densidad, temperatura de ebullición, temperatura de fusión, color, olor, sabor, energía de ionización, electronegatividad, etc.

MASA ( m ) Es una medida de la cantidad de materia que posee un cuerpo. VOLUME VOLUMEN N(V) Es el espacio que ocupa un cuerpo, medido por su extensión en las tres dimensiones.

-5-

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

FIGURA

ESQUEMA r h

Cilindro

r

Esfera

Rudy Espinoza

ÁREA

ATotal  2    r  h  2    r A Total   d h 

r

VOLUMEN 2

V    r2 h  2 V  d h 4

 2 d 2

A Total  4    r

V

4  r 3 3

V

 3 d 6

2

a

Cubo a

V  a3

ATotal  2 L  a  L  h  a  h

V  L  a h

h

A Total    r 2    r  g

 2 r h 3   d2  h V 12

h

ATotal  (R  r)    g    (R 2  r 2)

h

Paralelepípedo a

Cono

A Total  6  a 2

a

L

V

g r

r

Cono truncado

g R

V 

 (R 2  r 2 R r) h 3

DENSIDA DENSIDAD D ABSOLUTA ( d ó  ) La densidad absoluta es la magnitud que expresa la cantidad de masa existente por unidad de volumen de sustancia. Su unidad en el Sistema Internacional es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3), aunque frecuentemente se expresa en g/cm3. La densidad es una propiedad intensiva. m d V

-6-

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

DENSIDA DENSIDAD D RELATIVA ( dr ) La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia; en consecuencia, es una magnitud adimensional (sin unidades). También se le conoce como gravedad especifica "Ge". d drelativa  sustancia dreferencia Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 4 °C de 1 g/cm3. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C de 1,29g/L.

PESO ESP ESPECÍFICO ECÍFICO (  ó Pe ) Es la magnitud que indica el peso de una sustancia por unidad de volumen. En el Sistema Internacional sus unidades son Newton por metro cúbico. W m g    d g V V Si se trabaja en el sistema técnico su unidad sería g F/cm3, donde “numéricamente” son iguales la densidad y el peso específico.

PESO ESP ESPECÍFICO ECÍFICO RELATI RELATIVO VO (  r ó Per ) Es la relación entre el peso específico de una sustancia con respecto al peso específico de una sustancia de referencia. Wsus tancia m sus tancia  g g d sus tancia V Vsus tancia  dr r   sus tancia   sus tancia W m g  referencia dreferencia  g referencia referencia Vreferencia Vreferencia El peso específico relativo es igual a la densidad relativa o gravedad específica. Perelativo  drelativa  Ge

DENSIDA DENSIDAD D DE UNA ME MEZCLA ZCLA ( dM ) Una mezcla es un sistema formado por dos o más sustancias puras, en una proporción variable. Asumiendo volúmenes aditivos, las ecuaciones de una mezcla son:

-7-

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Rudy Espinoza

mM  mA  mB B

A

Mezcla

VM  V A  VB dM 

mM VM

ENERGIA Es la medida de toda forma de movimiento e interacción en la naturaleza. En física es todo aquello capaz de producir un trabajo mecánico, en cambio en química se dice que es todo aquello capaz de producir una transformación en la materia. TEMPERATUR TEMPERATURA A Es una medida de la energía cinética del movimiento promedio de las partículas de un cuerpo material. Esta energía cinética puede ser vibracional, rotacional, traslacional, etc. según su estado de agregación. La temperatura nos da una idea de la sensación de calor o frío que experimenta un cuerpo. La temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de escalas que dan lugar a unidades de medición de la temperatura. Las escalas de medición de la temperatura se dividen fundamentalmente en dos tipos, las relativas y las absolutas.

ESCALAS RE RELATIVAS LATIVAS Escala Celsius o centígrada ( °C ) Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de fusión del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente. En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0° y se leen 100 grados celsius y 0 grados celsius, respectivamente.

-8-

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Escala Fa Fahrenheit hrenheit ( °F ) En la escala los puntos fijos son los de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. En ella el grado 32 corresponde al 0 de la escala centígrada y el 212 al 100 °C. Escala Réa Réaumur umur ( °Re ) Es una escala de temperatura en desuso. Un valor de 0° Réaumur corresponde al punto de congelación del agua y 80° Réaumur al punto de ebullición del agua. El Grado Réaumur fue usado ampliamente en Europa, pero fue finalmente reemplazado por el grado Celsius. ESCALAS ABSOLU ABSOLUTAS TAS Escala Kelvi Kelvin n(K) El Kelvin es la unidad de medida del SI. En la escala absoluta, al 0 °C le hace corresponder 273,15 K; a los 100 °C corresponde 373,15 K. Se ve inmediatamente que 0 K está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273,15 °C. No se le antepone la palabra grado ni el símbolo °. Escala Ra Rankine nkine ( R ) Escala con intervalos de grado equivalentes a la escala Fahrenheit. Con el origen en 459,67 °F. Los valores de punto de ebullición del agua, punto de fusión del agua y cero absoluto, en estas distintas escalas son: T. ebullición del agua

T. fusión del agua

Cero absoluto

C 100

F

212

 Re 80

K

373

R

672

0

32

0

273

492

273

460

218, 4

0

0

-9-

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Rudy Espinoza

Para convertir "variaciones de temperatura" de una escala a otra se emplea: C F  Re K R     5 9 4 5 9 Pero si se desea convertir "puntos o lecturas de temperatura" se utilizan las equivalencias:

 C  F 32  Re K 273 R 492     5 9 4 5 9

NOTACIO NOTACION N CIENTIFICA Es la representación de un número muy grande o muy pequeño expresado en potencias de diez, mediante la siguiente notación: x 10n Para números muy grandes se debe recorrer la coma decimal hacia la derecha, utilizando el exponente positivo. 520 =

5, 2 102

1200 =

1, 2 103

43000 =

4, 3 104

9245000 =

9, 245 106

42500000000 =

4, 25 1010

Para números muy pequeños se recorre la coma decimal hacia la izquierda, utilizando el exponente negativo. 2 0,03 = 3 10 0,00084 =

8, 4  104

0,0000822 =

8, 22  10 5

0,000005142 =

5,142 106

0,00000000197 =

1, 97 10 9

SISTEMAS DE UNIDADES Para cuantificar ciertas magnitudes como ser la masa, volumen, tiempo, velocidad, densidad, temperatura, etc. Se emplean instrumentos de medida y unidades apropiadas.

- 10 -

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

El Sistema Internacional de unidades de medida, llamado SI, es el que se ha recomendado para uso mundial con el fin de garantizar la uniformidad y equivalencia en las mediciones, así como facilitar todas las actividades científicas, tecnológicas, industriales y comerciales.

MAGNITUD

UNIDADES FFUNDAMENTALES UNDAMENTALES UNIDAD

Longitud Masa Tiempo Corriente eléctrica Temperatura Intensidad luminosa Cantidad de sustancia

metro kilogramo segundo amperio Kelvin candela mol

SIMBOLO m Kg S A K cd mol

UNIDADES SSUPLEMENTARIAS UPLEMENTARIAS Ángulo plano radián rad Ángulo sólido estereorradián sr Fuente: “Física Universitari Universitaria” a” - Sears, Zemansky, Young y Freedman (2004)

MAGNITUD Área Volumen Densidad

DERIVADAS UNIDADES DER IVADAS UNIDAD metro cuadrado metro cúbico kilogramo por metro cúbico Hertz Newton Pascal Joule Watt Coulomb

SIMBOLO m2 m3 kg/m3

Frecuencia Hz Fuerza N Presión y tensión Pa Trabajo, energía, cantidad de calor J Potencia W Cantidad de carga eléctrica C Potencial eléctrico, diferencia de potenvolt V cial, tensión, fuerza electromotriz Capacitancia eléctrica Faradios F Resistencia eléctrica ohmios  Conductancia eléctrica Siemens S Flujo de inducción magnética, flujo magWeber Wb nético Densidad de flujo magnético Tesla T Inductancia Henry H Flujo luminoso lumen lm Iluminación lux lx Fuente: “Física Universitari Universitaria” a” - Sears, Zemansky, Young y Freedman (2004)

- 11 -

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

Rudy Espinoza

PREFIJOS DE DELL SISTEMA INTE INTERNACIONAL RNACIONAL Se utilizan para formar nombres y símbolos de los múltiplos y submúltiplos decimales del Sistema internacional. PREFIJO SIMBOLO FACTOR

MULTIPLOS

SUBMULTIPLOS

Yotta Zetta Exa Peta Tera Giga Mega kilo hecto deca

Y Z E P T G M k h da

1024 1021 1018 1015 1012 109 106 103 102 10

PREFIJO

SIMBOLO

FACTOR

deci centi mili micro nano pico femto atto zepto yocto

d c m

10-1 10-2 10-3 10-6 10-9 10-12 10-15 10-18 10-21 10-24

 n p f a z y

SISTEMAS ABSOLUTOS Son aquellos sistemas que están basados en unidades de masa, longitud y tiempo, estos son el sistema internacional SI, el sistema cgs y el sistema inglés.

- 12 -

MAGNITUD

S.I.

C.G.S.

INGLES

Longitud Masa Tiempo Superficie Volumen Velocidad Aceleración Fuerza Trabajo y energía Presión Potencia

metro (m) kilogramo (kg) segundo (s) m2 m3 m/s m/s2 Newton=kg*m/s2 Joule=N*m Pascal=N/m2 Watt=Joule/s

centímetro (cm) gramo (g) segundo (s) cm2 cm3 cm/s cm/s2 dina=g*cm/s2 ergio=dina*cm baria=dina/cm2 ergio/s

pie (pie) libra (lb) segundo (s) pie2 pie3 pie/s pie/s2 Poundal=lb*pie/s2 Poundal*pie Poundal/pie2 Poundal*pie/s

Rudy Espinoza

QUIMICA PREUNIVERSITARIA (TO (TOMO MO I)

FACTORES DE CONVERSI CONVERSION ON Los factores de conversión son equivalencias que permiten el cambio de unidades de un sistema a otro. Algunos factores de conversión importantes son: LONGITUD

MASA

1 plg 1 pie

2,54 cm 30,48 cm

1 km

1000 m 100 cm 1000 mm 1609 m 1852 m 3 pies 10-10 m

1m 1 milla terrestre 1 milla náutica 1 yarda 1 angstrom

1 Ton 1 kg 1 libra 1 quintal 1 arroba 1 onza 1 onza troy

SUPERFICIE

VOLUMEN

1 hectárea

10000 m2

1 litro

1 acre 1 km2 1 m2

0,4047 hectáreas 100 hectáreas 10000 cm2

1 galón U.S. 1 galón U.K. 1 barril U.S. 1 m3

PRESION

1 atm 1 Pa

1h

60 min 3600 s

1 día

24 h

1 año

ENERGIA 1 cal 1J 1 BTU 1 kW-h

1000 ml 1 dm3 3,785 litros 4,546 litros 42 galones U.S. 1000 litros

TIEMPO 760 mmHg 14,7 psi 101,3 kPa 1,013 bar 1,033 kgf/cm2 1 N/m2

1 atm

1000 kg 1000 g 453,6 g 16 oz 100 libras 4 arrobas 25 libras 28,35 g 31,1 g

365 días

POTENCIA 4,186 J 107 erg 252 cal 3,6*106 J 860 kcal

1 kW 1 H.P. 1 C.V.

1000 W 746 W 735 W