L) QUIMICA

LA MATERIA Y SUS PROPIEDADES

 

Todas las cosas como un elefante, un alfiler, un lápiz, un libro cualquiera, la mesa, la silla, la piel, entre otras cosas; están formadas por materia. Es decir, todo aquello que podemos tocar o percibir es materia.

 

La materia puede presentarse de distintas maneras o estados. Además dependiendo de las condiciones, los cuerpos pueden cambiar de estado o manera en que se nos presentan.

 

Por lo tanto, materia es todo cuanto existe en el universo, tiene masa y volumen.

 

Una silla, por ejemplo, ocupa un sitio en el espacio, es decir, tiene volumen; y para que otro objeto pueda ocupar el lugar de ella, lógicamente, debemos cambiarla de sitio; la silla se puede tocar, sentir, medir, etc., es decir, tiene masa.

 

Masa

 

Es la cantidad de materia que tiene un cuerpo. Es más difícil empujar un camión que un vehículo pequeño. La cantidad de masa hace la diferencia. El camión tiene más masa y es más difícil de empujar.

Para medir la masa de un objeto utilizamos las balanzas y la expresamos en unidades de libras o kilogramos.

 

El peso

La fuerza de gravedad sobre un objeto es llamada peso. Peso y masa no es lo mismo. Una bola de acero con una masa de 10 kilogramos no pesa igual en la tierra y en la luna. Como notamos tendrá la misma masa pero el peso es diferente. La luna tiene una fuerza de atracción mucho menor que la tierra, por lo que la bola pesará menos en el satélite.

El peso de los objetos se debe a que la tierra, los atrae con su poderosa fuerza de atracción.

La unidad de medida del peso es el newton. Comúnmente las personas confunden la masa con el peso. Es fácil confundirnos porque mientras más masa, mayor es la fuerza de atracción. Recuerda, al estudiar física, el peso depende de la gravedad y se mide en Newtons.

Para calcular el peso de un objeto simplemente medimos su masa y la multiplicamos por la fuerza de gravedad (9.8 newtons/kilogramo) en la tierra. En la luna la fuerza de atracción es 6 veces menor, con una magnitud de 1.6 n/kg.

 

Propiedades de la materia

 

Una propiedad es una característica por medio de la cual una sustancia puede ser descrita e identificada.

 

Propiedades generales (extrínsecas o extensivas)

 

Existen propiedades comunes a todos los cuerpos que no permiten diferenciar una sustancia de otra, tales como: forma, masa, impenetrabilidad, tamaño, inercia. Las propiedades que varían con la cantidad de materia considerada son peso, volumen y longitud.


Propiedades específicas (intrínsecas o intensivas)

 

Estas propiedades permiten diferenciar una sustancia de otra. Sus propiedades  no varían con la cantidad de materia considerada y por lo general, resultan de la composición de dos propiedades extensivas. Estas son: punto de fusión, punto de ebullición, densidad, coeficiente de solubilidad, índice de refracción, color, olor, sabor.

Estas propiedades se clasifican en:

  • Físicas: pueden determinarse sin que ocurra cambios en la composición de la materia. Son independientes de la cantidad de la materia, como el color, el olor, el sabor y la densidad. Por ejemplo: el oro es amarillo, el litio tiene punto de fusión 180,54°C, la densidad del agua es 1g/cm3.

Dentro de estas propiedades, se encuentran densidad, punto de fusión, el punto de ebullición, conductividad eléctrica y térmica, dureza, ductilidad y maleabilidad.

  • Químicas: describen el comportamiento de una sustancia desde el punto de vista de su composición; por ejemplo: la fácil oxidación de los metales alcalinos, la combustibilidad de los compuestos orgánicos transformándolos en otros cuerpos (gas carbónico y agua).

TRANSFORMACIONES DE LA MATERIA

 

Los diversos cambios que sufre la materia se denominan procesos, y se clasifican en físicos, químicos y nucleares.

 

  • Físicos: son transformaciones en las que no se altera la composición química de la materia y por consiguiente son reversibles; por ejemplo: la congelación del agua, el rompimiento de un vidrio, la trituración de una piedra. En estos cambios no se forman nuevas sustancias.

 

  • Químicos: también se denominan Reacciones químicas. Son cambios en los cuales se alteran las propiedades iniciales de la materia y en su mayoría son irreversibles. En un proceso químico se forman nuevas sustancias.

Los procesos químicos frecuentemente van acompañados de cambios de energía. Cuando la cantidad de energía en los productos es menor que en las sustancias reaccionantes, habrá liberación de energía en forma de calor y, en ocasiones en forma de luz o energía eléctrica; en este caso se tiene una reacción exotérmica.

 

Cuando la cantidad de energía es mayor en los productos que en los reaccionantes, habrá absorción de energía y la reacción se llama endotérmica.

  • Nucleares: implican una alteración profunda en la naturaleza de la materia. Son transformaciones d la materia en energía; por ejemplo, la desintegración del átomo.

 

Estados de la materia

 

La materia se presenta de varias maneras y formas. El color, el olor y la textura son propiedades de la materia que nos ayudan a diferenciarlos.

 

Llamamos estado a la manera en que se presenta la materia. Estos pueden ser:

 

Sólido como en la madera y el cobre. Sus moléculas no cambian de posición. Presentan las siguientes características:

  • Sus fuerzas intermoleculares son mayores que las de repulsión
  • Sus espacios intermoleculares son bastante reducidos
    • No se dejan comprimir fácilmente
    • Conservan su forma y volumen

Líquido como en el agua y el aceite. Sus moléculas pueden cambiar de posición. Sus características son:

  • Sus fuerzas de cohesión intermolecular son mas o menos de la misma intensidad que las de repulsión.
  • Sus espacios intermoleculares son un poco mas grandes que en sólidos.
  • No se dejan comprimir fácilmente.
  • Se difunden lentamente.
  • Estando en reposo su superficie libre es horizontal.
  • Conservan el volumen pero no la forma

Gaseoso, no tiene una forma definida, como el aire y el vapor de agua. Sus moléculas cambian libremente de posición. Sus características, son:

  • Sus fuerzas de cohesión son demasiado débiles, determinando espacios intermoleculares grandes comparados con líquidos y sólidos.
  • Se dejan comprimir fácilmente.
  • Cambian de volumen y de forma

Plasma, tampoco tiene una forma definida. Cuando la materia está sometida a altas temperaturas (millones de grados), sus átomos se desintegran y sus partículas (protones, neutrones y electrones) se mueven libremente a grandes velocidades.

Es un tipo de gas ionizado que sólo existe de forma natural en el sol, las estrellas y en el espacio sideral o en condiciones especiales en la tierra, como en los reactores nucleares

 

LOS CAMBIOS DE ESTADO DE LA MATERIA

 

La materia puede pasar de un estado físico a otro por acción del frío o del calor. El siguiente esquema muestra las distintas posibilidades de cambio y el nombre que recibe cada uno de ellos.

 

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CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA

 

Las diversas formas en que se encuentra la materia reciben el nombre de sustancias.

Sustancia pura o especie química: es un material homogéneo que siempre tiene la misma composición fija e invariable y cuyas propiedades físicas y químicas son siempre las mismas. Algunas pueden descomponerse mediante procesos químicos en otras sustancias más simples; por ejemplo, el Cloruro de sodio (sal común), el azúcar.

Los elementos: son también denominados sustancias simples elementales que constituyen la materia. Se combinan para formar los compuestos.

Los compuestos:
son denominados también Sustancias Compuestas; están formados por dos o más elementos unidos químicamente en proporciones fijas de masa.

 

Mezcla: es un sistema heterogéneo formado por el agregado de dos o más sustancias en relación variable; cada una de las cuales conserva sus propiedades. Las sustancias que forman una mezcla no se encuentran unidas químicamente sino que presentan una asociación física.

 

Las mezclas se caracterizan porque:

  • Sus componentes se encuentran en proporciones variables.
  • Sus componentes pueden separarse por procesos físicos.
  • La temperatura varía durante el cambio de estado.
  • Durante su formación no hay desprendimiento ni absorción de energía.

 

El granito, el agua y el aceite, la gasolina y agua, arena y hierro, son ejemplos de mezclas.

  • Sustancias homogéneas: son aquellas que en todos sus puntos presentan las mismas propiedades físicas y químicas. El aire, el agua pura, un cristal, una varilla de aluminio, una solución, son sustancias homogéneas.
  • Sustancias heterogéneas: son las formadas por la asociación de varias sistemas homogéneos, llamados fases, que se encuentran separados entre sí por superficies netas denominadas interfases. El sistema formado por agua y aceite (no miscibles) forma dos fases y es heterogéneo.

una fase es una región físicamente uniforme de materia con una composición diferente a la de las regiones que la rodean. Cada fase se distingue de las regiones limitantes por sus propiedades.

 

Mezclas homogéneas: Son las que tienen partículas indistinguibles a simple vista o con el microscopio; por ejemplo:

  • Los coloides: son partículas con un tamaño que oscila entre 10 -7 y 10 -5 cm. Estas mezclas tienen una fase dispersante (disolvente) y una fase dispersa (soluto); ejemplo: leche, gelatina, quesos, etc.
    • Las soluciones: tienen un tamaño de partícula menor de 10 8 cm. y sus componentes son soluto y solvente. El soluto se disuelve en el solvente y se encuentra, generalmente, en menor proporción que éste.; ejemplo: agua de mar, limonada, te, refrescos, alcohol, etc.

 

Mezclas heterogéneas: son aquellas en las cuales pueden reconocerse sus diversos componentes debido a la diferencia de sus propiedades. Hay dos tipos de mezclas heterogéneas: mezclas groseras y suspensiones.

Mezclas groseras: Son aquellas que tienen componentes diferenciables por su gran tamaño. Por ejemplo: granito (mica, cuarzo y feldespato).

Suspensiones: Son las que tienen partículas finas suspendidas en agua u otro líquido por un tiempo y luego se sedimentan; por ejemplo: arena y agua.

 

SEPARACIÓN DE MEZCLAS

  1. A.      Filtración: es el proceso de separación de sólidos en suspensión en un líquido mediante un medio poroso (papel filtro, algodón, tejidos de tela, el carbón de madera en polvo o arena fina), que retiene los sólidos y permite el pasaje del líquido. Por ejemplo, el colado del café es un proceso de filtración.

 

  1. B.      Evaporación: Aquí un sólido soluble y un líquido, por medio de temperatura de ebullición, donde el líquido se evaporara completamente y luego por condensación se recuperara el líquido mientras que el sólido quedará a modo de cristales pegado en las paredes del recipiente de donde podría ser recuperado.

Punto de ebullición: cuando un líquido a determinada temperatura se va evaporando. Todos los líquidos presentan diferentes puntos de ebullición.

 

  1. A.      Centrifugación: es un método por el cual se pueden separar sólidos de líquidos de diferente densidad mediante una fuerza centrífuga. La fuerza centrífuga es provista por una máquina llamada centrifugadora, la cual imprime a la mezcla un movimiento de rotación que origina una fuerza que produce la sedimentación de los sólidos o de las partículas de mayor densidad.

Los componentes más densos de la mezcla se desplazan fuera del eje de rotación de la centrífuga, mientras que los componentes menos densos de la mezcla se desplazan hacia el eje de rotación. De esta manera los químicos y biólogos pueden aumentar la fuerza de gravedad efectiva en un tubo de ensayo para producir una precipitación del sedimento en la base del tubo de ensayo de manera más rápida y completa.

 

  1. B.      Destilación: Técnica utilizada para purificar un líquido o separar los líquidos de una mezcla líquida. Comprende dos etapas: transformación del líquido en vapor y condensación del vapor.

Los líquidos, como condición, deben tener por lo menos 5ºC de diferencia del punto de ebullición.

De esta forma se irá calentando hasta llegar al punto de ebullición del primer líquido, se mantendrá esta temperatura y cuando ya no se observe vapores, se aumenta la temperatura al punto de ebullición del segundo líquido, podría ser repetitiva la operación según el número de líquidos que contenga la mezcla.

Los vapores que se producen pasan por un condensador o refrigerante de tal manera que los vapores se irán recuperando en recipientes.

  1. C.    Decantación: es un proceso físico de separación de mezclas especial para separar mezclas heterogéneas, estas pueden ser exclusivamente líquido – líquido ó sólido – líquido.

La decantación se basa en la diferencia de densidades entre los dos componentes, que hace que dejados en reposo, ambos se separen hasta situarse el más denso en la parte inferior del envase que los contiene. De esta forma, podemos vaciar el contenido por arriba (si queremos tomar el componente menos denso) o por abajo (si queremos tomar el más denso).

 

En los líquidos no miscibles, como el agua y el aceite. Se emplea el embudo de decantación, de separación o de Gibson, abriendo la llave y separando los líquidos. La capa superior corresponde al líquido menos denso y queda dentro del embudo.

 

  1. D.      Tamización: el tamizado es un método de separación sencillo. Consiste en hacer pasar una mezcla de cualquier tipo de sólidos, de distinto tamaño, a través de un tamiz.

Los granos más pequeños atraviesan el tamiz y los más grandes son retenidos, de esta forma se puede separar dos o más sólidos, dependiendo tanto de dichos sólidos como el tamizador que se utilice.

 

  1. E.       Cromatografía: es la separación de aquellos componentes de una mezcla que es homogénea y se basa en la diferencia de absorción y adsorción de algunos materiales que ejercen sobre los componentes de la solución.

 

  1. F.       Cristalización: en este proceso se utilizan los puntos de solidificación. La solución se enfría hasta que uno de sus componentes alcance el punto de solidificación y cristalice. Se emplea, además, para purificar sólidos, disolviendo un sólido impuro en el disolvente adecuado e caliente. Al bajar la temperatura, el primer sólido se cristaliza , con lo cual quedará libre de impurezas.

 

  1. G.     Magnetismo: se vale de las propiedades magnéticas de algunos materiales. Se emplea para separar mezclas en donde uno de sus componentes es magnético o un metal; por ejemplo, para separar el hierro del mineral llamado magnetita, Fe3O4.

 

ENERGÍA

 

El movimiento de los constituyentes de la materia, los cambios químicos y físicos y la formación de nuevas sustancias se originan gracias a cambios en la energía del sistema; conceptualmente, la energía es la capacidad para realizar un trabajo o transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica o térmica, mecánica, química, eléctrica, sonora, nuclear, mecánica, lumínica y radiante. En forma general, la energía se clasifica en potencial y cinética. La energía potencial es la que posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.

 

Energía, fuerza y trabajo son conceptos muy relacionados, aunque son distintos entre sí.

La energía está presente en todos los cuerpos (si el cuerpo está en reposo posee energía potencial y si está en movimiento, la energía potencial se ha trasformado en energía cinética).

 

La fuerza es una acción que solo se puede expresar (ver sus resultados) cuando hay interacción entre dos cuerpos. Fuerza aplicada de un cuerpo al otro transforma la energía potencial en cinética.

 

Trabajo es el resultado de la aplicación de la fuerza para transformar la energía.

 

Formas de energía

 

Energía Mecánica: El movimiento de las hélices del molino de viento es transferido a un sistema mecánico de piñones, para producir energía eléctrica o lograr la ascensión de agua de un pozo subterráneo

Energía Calórica o radiante: El calor o la luz emitida desde el sol es aprovechada por las plantas para producir energía química en forma de carbohidratos.

Energía Eléctrica: El movimiento de electrones libres, produce la energía eléctrica, usada para hacer funcionar electrodomésticos, trenes, y artefactos industriales.

Energía Química: La combustión de hidrocarburos como el petróleo, liberan gran cantidad de energía.

 

Formas de medición de la energía

 

Como la forma de energía que tiene mayor expresión es la energía calórica, entendida ésta como la energía que se intercambia entre dos sustancias cuando existe diferencias de temperatura entre ambas, trataremos las unidades de medida de esta.

La cantidad de energía cedida o ganada por una sustancia se mide en calorías o joules. Una caloría (cal) es igual a la cantidad de calor necesario para elevar de 14,5o C a 15,5o C 1 gramo de agua. Como factor de conversión diremos que una caloría equivale a 4,184 joules.

 

Ley de la conservación de Masa-Energía

 

Antoine Laurent Lavoiser (743-1749) y James Prescott Joule (1818-1889), llegaron a la conclusión de que en las reacciones químicas y en los cambios físicos las masas de las sustancias participantes no se crean ni se destruyen, solo se transforman; esta conclusión se conoce con el nombre de Ley de la conservación de la masa.

 

CALOR Y TEMPERATURA

 

Calor

 

Al aplicar calor, sube la temperatura.

El calor es una forma de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce calentamiento y cuando sale, enfriamiento. Incluso los objetos más fríos poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo.

 

La temperatura

 

La temperatura es la medida de la energía térmica de una sustancia. Se mide con un termómetro.

 

Diferencias entre calor y temperatura

 

Cuando se calienta un objeto su temperatura aumenta. Se cree que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo, esto no es así. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.

El calor es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo, mientras que la temperatura es la medida de dicha energía. El calor depende de la velocidad de las partículas, de su número, de su tamaño y de su tipo. La temperatura no depende del tamaño, ni del número ni del tipo.

Por ejemplo, si se hace hervir agua en dos recipientes de diferente tamaño, la temperatura alcanzada es la misma para los dos, 100° C, pero el que tiene más agua posee mayor cantidad de calor.

 

Las escalas más empleadas para medir son:

 

  • La Escala Celsius o centígrada (°C): en esta escala, se asigna el valor 0 (0 ºC) a la temperatura de congelación del agua y el valor 100 (100 ºC) a la temperatura de ebullición del agua. El intervalo entre estas dos temperaturas se divide en 100 partes iguales, cada una de las cuales corresponde a 1 grado.
  • La Escala Kelvin (K): en esta escala, se asignó el 0 a aquella temperatura a la cual las partículas no se mueven (temperatura más baja posible). Esta temperatura equivale a -273 ºC de la escala Celsius.
  • La escala Fahrenheit (°F): los puntos de referencia son 32°F para la congelación y 212°F para la ebullición.

 

1ºC es lo mismo que 1 K, la única diferencia es que el 0 en la escala Kelvin está a – 273 ºC.

 

Al establecer relaciones, se deducen las siguientes ecuaciones:

 

K = ºC + 273

°C = 5/9 (°F – 32)

°F = (9/5) °C + 32

Ejercicio resuelto: En un termómetro con escala centígrada se registra una lectura de 23°C. a) Cuánto debe marcar en un termómetro de grados Fahrenheit? b) Cuánto en uno de grados Kelvin?

 

Solución:

 

Reemplazando el valor conocido en °F = (9/5) °C + 32, se tiene:

a)     °F = (9/5) x 23 + 32 = 73,4°F

 

b)      Sustituyendo en K = ºC + 273, se tiene:

K = 23 + 273 = 296 K

Respuesta: 23°C equivalen a 73,4°F y 296K

 

Relación entre materia y energía
Albert Einstein relacionó matemáticamente la masa y la energía: E = m x c2

m = masa transformada (gramos)

c = velocidad de la luz = 3×108 m/s = 3×1010 cm/s

E = energía liberada = ergios o julios

 

La energía es directamente proporcional a la masa transformada, la velocidad de la luz al cuadrado, c2, es la constante de proporcionalidad. En el vacío, la luz se desplaza a una velocidad de 3×108 m/s = 3×1010 cm/s.

La masa y la energía pueden convertirse una en otra; así, 1 gramo de masa equivale a:

E = 1g(3×1010 cm/s)2 = 9×1020 g.cm2/s2 = 9×1020 ergios

 

 

El ergio es la unidad de medida de energía en el sistema de unidades CGS (centímetro-gramo-segundo), su símbolo es erg. Se trata de una unidad utilizada principalmente en Estados Unidos y en algunos campos de ingeniería. Sin embargo, se considera anticuada, en el sentido que las medidas usadas en décadas recientes incluyendo el SI están orientadas a sistemas MKS (metro-kilogramo-segundo). La unidad de energía usada en el SI es el julio. 1 ergio = 1 x 10-7 julios

1 ergio = 2.4 x 10-8 Cal

 

La masa y la energía pueden convertirse de una forma a otra, y cada vez que esto ocurre, la cantidad de materia-energía permanece constante.

 

Lavoisier en el siglo XVIII estableció que la masa de las sustancias reaccionantes es igual a la masa de las sustancias que se obtienen como productos (Ley de la conservación de la materia). Además, en toda reacción química hay absorción o desprendimiento de energía, lo cual debe producir variación en la masa de las sustancias, aunque estos cambios son detectables solamente en cantidades extremadamente grandes.

En las transformaciones nucleares, donde la energía liberada es grande, es posible detectar la variación en la masa como consecuencia de la transformación de una parte de la materia en energía.

La Ley de la conservación de la energía y la Ley de la conservación de la materia pueden integrarse en una ley más universal denominada Ley de la conservación de la materia-energía y se enuncia así: la cantidad total de materia – energía en el universo permanece constante.

Ejercicio resuelto: Qué cantidad de energía se libera en forma de calor, cuando en un proceso nuclear se desintegran 0,92 g de materia?

 

Solución:

 

Aplicando la ecuación de Einstein (E = m x c2), tenemos:

 

E = 0,92 g x (3×1010 cm/s)2 = 0,92 g x 9×1020 g.cm2/s2 = 8,28 x 1020 ergios

 

Esta energía en calorías equivale a:

 

E = 8,28 x 1020 ergios x  = 1,98 x 1013 cal

Respuesta: 0,92 gramos de materia producen 1,98 x 1013 cal de energía

 

EL ÁTOMO

 

Es la unidad de materia más pequeña de un elemento químico que mantiene su identidad o sus propiedades, y que no es posible dividir mediante procesos químicos. Está compuesto por un núcleo atómico, en el que se concentra casi toda su masa, rodeado de una nube de electrones. El núcleo está formado por protones, con carga positiva, y neutrones, eléctricamente neutros. []Los electrones, cargados negativamente, permanecen ligados a este mediante la fuerza electromagnética.

 

Número atómico (Z)

 

Es el número total de protones que tiene el átomo. Se suele representar con la letra Z y es la identidad del átomo, al igual que sus propiedades vienen dadas por el número de partículas que contiene. Los átomos de diferentes elementos tienen diferentes números de electrones y protones. Un átomo en su estado natural es neutro y tiene número igual de electrones y protones. Un átomo de sodio (Na) tiene un número atómico 11: posee 11 electrones y 11 protones. Se coloca como subíndice a la izquierda o a la derecha del símbolo del elemento correspondiente. Por ejemplo, todos los átomos del elemento hidrógeno tienen 1 protón y su Z = 1; esto sería 1H ó H1.

 

Masa atómica (A)

 

Es la masa que posee un átomo mientras éste permanece en reposo y se designa con la letra A. La masa atómica surge de la totalidad de masa de los protones y neutrones pertenecientes a un único átomo en estado de reposo. La unidad de masa atómica tiene como símbolo la letra u. Esta unidad también es llamada Dalton, en honor al químico con ese apellido, y simbolizada como Da. Esta última nomenclatura es la elegida por el Sistema Internacional de Magnitudes. La unidad de masa atómica corresponde a la doceava parte de la masa atómica del isótopo más abundante del carbono: el carbono 12. Esta unidad equivale aproximadamente a la masa de un protón. De esta manera, la masa atómica relativa del hidrógeno es de aproximadamente 1 u.

Isotopos

 

Son cada una de las variedades de un átomo de cierto elemento químico, los cuales varían en el núcleo atómico. El núcleo presenta el mismo número atómico (Z), constituyendo por lo tanto el mismo elemento, pero presenta distinto número másico o de masa (A).
Los diferentes átomos de un mismo elemento, a pesar de tener el mismo número de protones (+) y electrones (-), pueden diferenciarse en el número de neutrones. Puesto que el número atómico es equivalente al número de protones en el núcleo, y el número másico es la suma total de protones y neutrones en el núcleo, los isótopos del mismo elemento sólo difieren entre ellos en el número de neutrones que contienen.
Mole o mol (Símbolo mol)

 

Es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades.

 

Dada cualquier sustancia (elemento o compuesto químico) se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas unidades del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. El número de unidades elementales (átomos, moléculas, iones, electrones, radicales u otras partículas o grupos específicos de éstas) existentes en un mol de sustancia es, por definición, una constante que no depende del material ni del tipo de partícula considerado.

 

Esta cantidad es llamada NÚMERO DE AVOGADRO (NA)[ y equivale a: 6,023 × 1023 átomos.

 

Ejercicio resuelto: cuánto pesan 3,5×10-4 moles-átomo de hierro?

 

Solución:

 

Si un mol-átomo de Fe pesa 55,85 g, se establece el factor de conversión de moles a gramos y multiplicar por la cantidad dada:

Xg Fe = 3,5×10-4 moles-átomo Fe x  = 1,95 10-2 g Fe

Respuesta: 3,5×10-4 moles-átomo de hierro pesan 1,95 10-2 g Fe

 

Hay dos conceptos acerca del mol-átomo:

  • 1 mol-átomo de cualquier elemento contiene 6,023 × 1023 átomos del mismo elemento.
  • 1 mol-átomo tiene una masa numéricamente igual a la masa atómica en gramos.

 

Masa atómica en gramos = 1 mol-átomo = 6,023 × 1023 átomos

 

Con frecuencia se aplica un submúltiplo de mol: la milimol que equivale a 1/1000 de una mol. La milimol es la cantidad en miligramos  de una sustancia que contiene partículas equivalentes al Número de Avogadro.

 

Ejercicio resuelto: cuántos átomos de sodio se encuentran en un trozo del mismo elemento que contiene 2,6×10-5 mol-átomo?

 

Solución:

 

Si un mol-átomo de Na contiene 6,023 × 1023 átomos de Na, se establece el factor de conversión de mol-átomos a átomos.

 

X átomos = 2,6×10-5 mol-átomo Na x  = 1,56 x 1019 átomos de Na

Respuesta: 2,6×10-5 mol-átomo de Na tiene 1,56 x 1019 átomos de Na

 

Moléculas y fórmulas

 

La molécula resulta de la unión de dos o mas átomos en una relación fija e invariable. La unión de los átomos se hace mediante enlaces. La molécula, por lo consiguiente, es la mínima porción de un compuesto química que conserva sus características. El compuesto agua, por ejemplo, esta formado por dos átomos de Hidrógeno y un átomo de oxígeno. Al tener esta proporción definida podemos expresarla en forma abreviada.

 

La fórmula química es la representación por medio de símbolos de cada uno de los elementos que forman parte de una molécula. También puede darnos información adicional como la manera en que se unen dichos átomos mediante enlaces químicos e incluso su distribución en el espacio. En las fórmulas, los símbolos de los átomos que la constituyen están acompañados de unos números como subíndices, los cuales indican la cantidad de átomos presentes de ese elemento; cuando el símbolo no lleva subíndice quiere decir que éste es uno (1). La fórmula del agua (H2O), nos muestra que la molécula, está formada por dos (2) átomos de Hidrógeno y un (1) átomo de Oxígeno.

 

Otras moléculas están formadas por varios átomos del mismo elemento. Esto ocurre con algunos gases: oxígeno (O2), hidrógeno (H2), cloro (Cl2), flúor (F2), nitrógeno (N2); con uno liquido como el bromo (Br2) y con algunos sólidos como el fósforo (P4), yodo (I2) y azufre (S4 y S8).

 

Las moléculas, según el número de átomos que las forman, se clasifican en:

  • Monoatómicas: formadas por un solo átomo, como los metales: Na, K, Mg
  • Diatómicas: constituidas por dos átomos, por ejemplo el oxígeno (O2), el ácido clorhídrico (HCl)
  • Triatómicas: conformadas por tres átomos, ejemplo el hidróxido de sodio (NaOH)
  • Poliatómicas: formadas por cuatro o más átomos, por ejemplo S4, S8, CaSO4

 

Masa de una molécula o masa molecular

 

La masa molecular viene dada por la suma de las masas atómicas de sus átomos; se expresa en unidades de masa atómica (u); por ejemplo la masa molecular del hidrógeno (H2) es 2u. Su valor numérico coincide con el de la masa molar, pero expresado en unidades de masa atómica en lugar de gramos/mol. La masa molecular alude una sola molécula. La fórmula para calcularla es la siguiente:

 

Masa molecular = masa atómica de A x nº de átomos de A + masa atómica de B x nº de átomos de B…

hasta que no queden átomos diferentes.

 

Ejemplo de masa molecular: en el caso del agua: H2O, su masa molecular es:

 

Masa atómica del H: 1,00797 u, aproximadamente igual a 1 y Masa atómica del O: 15,9994 u aprox.16.

 

Entonces:

Masa molecular (H2O) = masa atómica H: 1u x 2 átomos H + masa atómica O: 16u x 1 átomo O = 2u + 16u = 18u

 

Masa de una mol o masa molar

 

La masa molar (M) es la masa de una sustancia por unidad de cantidad de sustancia (mol). Su unidad de medida es expresada en gramos por mol (g/mol).

 

[]Su valor numérico coincide con el de la masa molecular, pero expresado en gramos/mol en lugar de unidades de masa atómica (u), y se diferencia de ella en que mientras la masa molecular alude una sola molécula, la masa molar corresponde a un mol (6,02×1023) de moléculas.

 

Ejercicio resuelto: hallar la masa molecular del a) agua (H2O, b) ácido nítrico (HNO3) y c) cloro (Cl2)

 

a)      H2: 1u x 2 = 2u

O: 16u x 1 = 16u

H2O = 2u + 16u = 18u

 

b)    H: 1u x 1 = 1u

N: 14u x 1 = 14u

O3: 16u x 3 = 48u

Masa molecular (HNO3) = 1u + 14u + 48u = 63u

 

c)       Cl2: 35,5u x 2 = 71u

 

 

TALLER

 

 

  1. De acuerdo al documento, a que se le denomina “materia”?
  2. Cuál es la diferencia entre:

a)     Peso y masa

b)    Propiedades extrínsecas y propiedades intrínsecas

c)     Propiedades físicas y químicas

  1. Brevemente mencione en qué consisten las transformaciones físicas, químicas y nucleares.
  2. Cuál es la diferencia entre reacción exotérmica y reacción endotérmica?
  3. Realice un paralelo a través de un cuadro, entre los estados líquido, sólido y gaseoso de la materia.
  4. En qué consiste el estado plasma de la materia?
  5. De acuerdo al esquema, describa en forma breve, los cambios de estado de la materia (fusión, vaporización, solidificación, condensación, sublimación progresiva o volatilización y sublimación regresiva).
  6. Qué características presentan las:

a)     Sustancias puras

b)    Mezclas.

  1. Con qué otro nombre se conocen las sustancias:

a)     Puras

b)    Compuestas

  1. Qué diferencia existe entre una sustancia homogénea y una sustancia heterogénea?
  2. Cuál es la diferencia entre los coloides y las soluciones?
  3. Diseñe un experimento utilizando los siguientes métodos:

a)     Filtración

b)    Evaporación

c)     Decantación

d)    Tamización

e)     Magnetismo

  1. A qué se le llama energía?
  2. En general, cómo se clasifica la energía? En qué consiste cada una?
  3. Qué unidades se utilizan para medir el calor? Qué equivalencia se puede dar entre ellas?
  4. En qué consiste la “Ley de la conservación de masa-energía”?
  5. En qué se diferencia el calor de la temperatura?
  6. Describa el ejemplo donde se hace la diferencia entre el calor y la temperatura.
  7. Determinar a cuantos grados equivalen los siguientes valores de temperatura:

a)     102°F en la escala centígrada

b)    53°F en °C

c)     36°C en °F

d)    – 17°C en K

e)     140°F en K

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