Nociones básicas de química

Materia y Cuerpo 

La materia es el componente físico del universo. Es cualquier cosa que tiene masa y ocupa espacio. Todo aquello que podemos ver y tocar (un libro, nuestro cuerpo, agua, tierra) o no (como el aire, material de las llamas, estrellas) son diferentes formas de materia. La enorme variedad de materia, se debe a combinaciones de algo más de cien sustancias básicas o elementales, llamadas elementos químicos. 

Los cuerpos son porciones limitadas de materia con forma propia. Según su estado físico, la materia se presenta como sólido, líquido o gas. El término vapor designa a la forma gaseosa de una sustancia que es normalmente un sólido o un líquido (vapor de agua por ejemplo) Según su composición se clasifica en elemento, compuesto o mezcla. Propiedades de la materia Las propiedades son las características que permiten reconocer y distinguir una sustancia de otra sustancia. Las propiedades de la materia se clasifican en propiedades físicas y en propiedades químicas. Las propiedades físicas de la materia son aquellas que podemos observar o medir sin cambiar la identidad y la composición de la sustancia. Por ejemplo: color, olor, densidad, punto de fusión, punto de ebullición. Las propiedades químicas se refieren a la capacidad de una sustancia de transformarse en otras. Ejemplo: inflamabilidad (cuando una sustancia arde en presencia de Oxigeno), una propiedad química del metal zinc, es que reacciona con los ácidos para producir hidrógeno. Las propiedades también se clasifican de acuerdo con su dependencia con la masa de la muestra. Las propiedades (temperatura, punto de fusión y densidad) que no dependen de la cantidad de materia analizada son llamadas Propiedades Intensivas y muchas de ellas sirven para identificar las sustancias. (Por ejemplo densidad, punto de fusión, punto de ebullición) Las Propiedades Extensivas de las sustancias son aquellas que dependen de la cantidad de la muestra presente (por ejemplo masa y volumen). Los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar (ejemplo: masa y longitud), en cambio, las propiedades intensivas son no aditivas. Las sustancias diferentes se distinguen por sus propiedades intensivas. 

Sistemas Materiales –Clasificación Según su composición la materia se clasifica en elementos, compuestos o mezclas.

¿Por qué Química en las carreras de Ingeniería y Ciencias Exacta?

La Química es la ciencia que estudia la composición y estructura de la materia y los cambios que puede sufrir. El centro de esta ciencia es la reacción química. El conocimiento de las estructuras permite deducir, generalmente, las propiedades de las sustancias y materiales, a partir de lo cual se pueden proyectar aplicaciones de utilidad para la ciencia y el desarrollo tecnológico. Cada avance en la Ingeniería y en las Ciencias Exactas origina una nueva demanda química o bien espera progresos químicos para su introducción. En el Área de las carreras de Ingeniería y de las Ciencias Exactas, la Química aporta: a) conceptos básicos significativos para entender las propiedades de los materiales, sus formas de conservación, deterioro y posibles formas de contaminación ambiental. b) la posibilidad de que el futuro profesional pueda comunicar a los especialistas los problemas relacionados con la Química de los materiales. c) una formación básica adecuada para que como ciudadano responsable ayude a formar opinión consciente en su entorno. (Pliego, 2004) A menudo se la considera la ciencia central, dado que para comprender otras disciplinas como Biología, Física, Geología, etc., es necesario tener un conocimiento básico de la Química. Comprender la Química, es esencial para comprender como funciona el mundo. La Química opera en tres niveles: el nivel macroscópico que se ocupa de las propiedades de los objetos grandes y visibles. Existe un mundo inferior de transformaciones, invisible un nivel microscópico en el cual la química interpreta los fenómenos macroscópicos en términos de reordenamientos de átomos. El tercer nivel, es el nivel simbólico, en el que se expresan los fenómenos químicos a través de símbolos químicos y ecuaciones matemáticas. Este nivel mantiene unidos a los otros dos niveles. La Química permite entender nuestro mundo y su funcionamiento.

Método del factor unitario

     Se sabe que 1 m equivale a 100 cm, esto es, representan la misma distancia.. Por eso su cociente es igual  a uno : 1m / 100 cm= 1       

Igualmente podemos decir que el cociente entre 100 cm/1m= 1. A esta fracción se la llama factor unitario porque tanto el numerador como el denominador representan la misma cantidad.  La utilidad de los factores unitarios es que permiten efectuar conversiones entre diferentes unidades.

Para comprender este método hallemos las respuestas de los ejercicios propuesto de la publicación  anterior. 

PRIMER EJERCICIO

1. La velocidad de un avión es de 123.65 km/días , si un día tiene 24 h , cual es el valor de la velocidad en km/h  . Haga una segunda transformación y obtenga m/s.

Solución.

Expresemos los factores unitarios involucrados:

A. 1dia/24h=1 ó 24h/1día=1

B. 1km/1000m=1 ó 1000m/1km=1

Ahora relacionemos los factores de tal forma que lleguemos a lo que nos piden y simplifiquemos lo que debemos transformar. 

Ej.

123,65 km/días x (1día/24h )= 5,152 km/h

Segunda transformación

Factores  unitarios:

1h/3600 s =1   ó 3600 s/1h = 1

1km/1000m=1 ó   1000m/1km=1

(5,162km/h)x(1000m/1km)x(1h/3600 s) =1,4338 m/s

SEGUNDO EJERICICIO.

2. La densidad del agua es 1gr/ml , convierta dicha densidad a kg/cm³.
Solución 

Factores unitarios:

1kg/1000 gr=1 ó 1000gr/1kg=1
1cm³/1ml = 1  ó  1ml/1cm³ =1
1gr/ml x (1kg/1000gr) x (1ml/cm³) = 0,001 kg/cm³

TERCER EJERCICIO.

La masa de un un cuerpo es igual a 1297,547 mg . Obtenga el valor de dicha masa en a) kilogramo b)Centigramo c) Decagramo
Solución

Factores unitarios 
1kg/1000000mg =1  ó  1000000mg/1kg =1
1kg/100000centigr =1  ó 100000centigr/1kg=1
1kg/100dcg=1  ó    100dcg/1kg=1

parte a)  1297,54mg x (1kg/1000000mg) = 0,001297 kg

parte b) 0,001297 kg x (100000centigr/1kg) = 129,7 centigr

parte c) 0,001297 kg x (100dcg/1kg) = 0,1297 dcgr.


CUARTO EJERICICIO.

4. Indique un factor correcto para obtener en una solo transformación la conversión de 70 lb a mg. DEMUESTRELO

solución

1lb = 0,454 kg , pero sabemos que 1 kg = 1000 mg  entonces nuestro nuevo factor es igual a 4540 mg

es decir ; 4540mg/lb=1 ó 1lb/4540 kg =1

demostrando ;

70lb x (4540mg/1lb)=317800 mg 

QUINTO EJERCICIO.
El área de un cubo es igual a 12,89cm³ . ¿Cuál es el valor del área en  m³?
 Factor 
100cm/1m =1 ó 1m/100cm=1
ENTONCES ; (100cm)³/1m³=1 ó  1m³/(100cm)³=1

RESOLVIENDO :

12,89cm³ x 1m³/(100cm)³ = 0,0000128 m³

SEXTO EJERCICIO.

El volumen de un de una solución es igual a 17800,09 cm³  , transforme dicho volumen a). Litros b) ml c) cc

Solución

Factores unitarios 
1lt /1000cm³=1 ó 1000cm³/1lt =1
1lt /1000ml=1 ó 1000ml/1lt =1
1lt /1000cc=1 ó 1000cc/1lt =1

resolviendo ;

 17800,09cm³ x (1lt/1000cm³) = 17,80 lt
 17,80 lt x (1000ml/lt)= 17800ml
 17,80 lt x (1000cc/lt)= 17800cc

 SEPTIMO EJERCICIO ( Ejericicio Propuesto)

7. La densidad de los compuestos orgánicos es menor que la del agua . si un compuesto tiene una densidad de 0,007889 kg/m³ . cual es el valor de la densidad en unidades a)gr/cm³ b) gr/m³ c)gr/ml d)gr/cc
RESP . A) 0,00000788 gr/cm³ B) 7,889 gr/m³  C) 0,00000788 gr/cc

Método de la regla de tres para transformar unidades

Para Transformar unidades es posible utilizar el método de la regla de tres , es muy sencillo.

Observemos los pasos a seguir según cada caso :

Problema 1

Calculé la equivalencia correspondiente entre 12.60 kg -> mg

Solución

Primero planteamos el factor que relaciona de cada lado de la igual las unidades involucradas. 

Ej. 

1kg=100000mg

Luego se relaciona de la siguiente forma :

-Se descompone el factor de esta forma :

1 Kg----------->100.000gr

Y se coloca la magnitud a transformar del lado donde este ubicada la misma unidad 

1kg------------>100.000 mg 

12.60 kg <------------x=?

La relación se lee de la siguiente forma :

Si se sabe que 1 kg equivale  100.000 mg , entonces ¿12.60 kg a cuantos mg corresponderán?

La relación se opera de la siguiente forma :

12.60kgx100.000mg/1kg de tal forma que se cancelan los kg y queda el resultado 12.60kg=1.260.000mg R/.

Problema 2

¿ A cuantos toneladas equivalen 13240 kg? Si se deseara obtener un segundo resultado en lb cuantos serian ?

Solución

Factor 

1lb=0,454 kg

1 Lb---------------->0,454 kg

X=?<----------------13240kg

X=(13240kgx1Lb)/0,454kg= 29,162 Lb.

Factor 

1 Ton: 1000kg

1Ton------------->1000kg

X=? <-------------13240kg

X=13,240 toneladas.

Problema 3

Un móvil tiene una velocidad de 60.788 m/s . convertir su velocidad a m/h , km/s y cm/h .

Solución 

Primera transformación 

Factor : 1 hora =3600 s.

1m/h-------------->1m/3600 s

X=?<------------60.788 m/s

X= 218836,8 m/h

Segunda transformación.

Factor 1km=1000m

1km/s------------>1000m/s

X=?<---------------60.788m/s

X= 0,0607km/h

Tercera transformación

Factor : 1 h=3600s

1m:100cm

1m/h----------->100cm/3600s

218836,8m/h<----------x=?

X= 6078,8 cm/h

EJERCICIOS PROPUESTOS

1. La velocidad de un avión es de 123.65 km/días , si un día tiene 24 h , cual es el valor de la velocidad en km/h  . Haga una segunda transformación y obtenga m/s.

2. La densidad del agua es 1gr/ml , convierta dicha densidad a kg/cm³.

3. La masa de un un cuerpo es igual a 1297,547 mg . Obtenga el valor de dicha masa en a) kilogramo b)Centigramo c) Decagramo

4. Indique un factor correcto para obtener en una solo transformación la conversión de 70 lb a mg. DEMIESTRELO. 

5. El área de un cubo es igual a 12,89cm³ . ¿Cuál es el valor del área en  m³?.

6. El volumen de un de una solución es igual a 17800,09 cm³  , transforme dicho volumen a). Litros b) ml c) cc

7.  La densidad de los compuestos orgánicos es menor que la del agua . si un compuesto tiene una densidad de 0,007889 kg/m³ . cual es el valor de la densidad en unidades a)gr/cm³ b) gr/m³ c)gr/ml d)gr/cc

LOS EJERCICIOS ESTAN RESUELTOS POR EL METODO DEL FACTOR UNITARIO AQUÍ

Conversión de unidades

La conversión de unidades 

es la transformación de una cantidad, expresada en un cierta unidad de medida, en otra equivalente, que puede ser del mismo sistema de unidades o no.

Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión.

Frecuentemente basta multiplicar por una fracción (factor de conversión) y el resultado es otra medida equivalente, en la que han cambiado las unidades. Cuando el cambio de unidades implica la transformación de varias unidades se pueden utilizar varios factores de conversión uno tras otro, de forma que el resultado final será la medida equivalente en las unidades que buscamos, por ejemplo si queremos pasar 8 metros a yardas, lo único que tenemos que hacer es multiplicar 8 x (0.914)=7.312 yardas.

Alguna equivalencia 

1 m = 100 cm

1 m = 1000 mm

1 cm = 10 mm

1 km = 1000 m

1 m = 3.28 pies

1 m =  0.914 yardas 

1 pie = 30.48 cm

1 pie = 12 pulgadas 

1 pulgada = 2.54 cm

1 milla = 1.609 km

1 libra = 454 gramos

1 kg = 2.2 libras 

1 litro = 1000 Cm³

^{1 hora = 60 minutos}

^{1 hora = 3600 segundos}

^{Factor de Conversion} 

Un factor de conversión es una operación matemática, para hacer cambios de unidades de la misma magnitud, o para calcular la equivalencia entre los múltiplos y submúltiplos de una determinada unidad de medida.

Dicho con palabras más sencillas, un factor de conversión es "una cuenta" que permite expresar una medida de difentes formas. Ejemplos frecuentes de utilización de los factores de conversión son:

• Cambios monetarios: euros, dólares, pesetas, libras, pesos, escudos...
• Medidas de distancias: kilómetros, metros, millas, leguas, yardas...
• Medidas de tiempo: horas, minutos, segundos, siglos, años, días...
• Cambios en velocidades: kilómetro/hora, nudos, años-luz, metros/segundo..

UNIDAD 1 CONCEPTOS : LA MATERIA.

CONCEPTOS BÁSICOS.

MATERIA : Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

Ej. AGUA Y  ARENA

ESTADOS FISICOS DE LA MATERIA 

SÓLIDO

Rígidas Tienen forma definida Su volumen es constante ( T y P) 

LIQUIDO

Adquieren la forma del recipiente que los contiene Son difíciles de comprimir

GASEOSO

Son menos densos que sólidos y los líquidos. Son fáciles de comprimir y de expandir

SUSTANCIA: Es una forma de materia que tiene una composición definida (constante) y propiedades específicas que la distinguen de otras.

ELEMENTO:  Es una sustancia que no puede descomponerse en otras más sencillas mediante cambios químicos.

COMPUESTO:  Es una sustancia que puede descomponerse en otras más sencillas, por medios químicos, siempre en la misma proporción de masa.

MEZCLA : Es una combinación de dos o más sustancias puras en la que cada sustancia conserva su composición propia y sus propiedades. 

Mezcla homogénea : La composición de la mezcla es uniforme.

Mezcla heterogénea: Su composición no es igual en cualquier punto de la misma.

PROPIEDADES DE LA MATERIA. 

Propiedad física: Son las características propias de una sustancia que se pueden medir y observar sin que se modifique la composición o identidad de la sustancia. Ej: El color, olor, sabor, estado físico, densidad, punto de ebullición, punto de fusión, la conductividad térmica o eléctrica.

Propiedad química: Son aquellas en que la materia cambia de composición, ya sea transformándose en una sustancia nueva por descomposición o por reacción con otras especies. Ej: Descomposición por efecto del calor, reacción con un ácido, combustión, etc.

CAMBIOS DE LA MATERIA

Cambios químicos: Son las alteraciones que sufren las sustancias para producir nuevas sustancias con propiedades y composición distinta a la original. Se representan mediante ecuaciones químicas

Cambios físicos: Son alteraciones que no implican transformación de la composicion química de la sustancia, es decir, no hay formación de nuevas sustancias.