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  1. 1. Introducción al estudio de la QuímicaCompetencias Generales: Cognoscitiva, Metodológica, Social y de Logro Método Científico Observación Experimentación Ley Hipótesis Teoría Sistemas de medición utilizados en Química Cantidades expresadas en notación científica Suma y resta en notación científica Multiplicación y división en notación científica Medidas de Longitud Medidas de Superficie Medidas de VolumenMuchos científicos a pesar de seguir filosofías y creencias erróneas Medidas de Capacidad de su época, pudieron brindar grandes aportes para la ciencia Medidas de Masa y la sociedad del futuro. Medidas de Temperatura Medidas de TiempoEstos científicos eran conocidos como alquimistas porque practicaban Densidadtales filosofías en aquel tiempo, se afanaban constantemente en des- Diferencia entre Masa y Pesocubrir una piedra milagrosa (piedra filosofal) que les permitiera conver- Equivalencias entre el Sistema Interna-tir (transmutar) metales no nobles (cobre, hierro, entre otros) en el cional y el Sistema Inglés.codiciado oro, curar algunas enfermedades y hasta lograr la inmortali- Definición de Químicadad. Para lograr este objetivo realizaban experimentos sin una secuen- Evolución de la Químicacia controlada o sin procedimientos de optimización. División de la Química y relación con otras cienciasPor ejemplo, el alquimista alemán Henning Brand, en el año 1669, con Importancia de la Química en losla intención de descubrir la piedra filosofal realizaba experimentos, en diferentes campos industriales.los cuales, intentaba hacer transmutar orina humana en oro, utilizandoun sistema para destilar una mezcla de arena con orina; fueron un totalde 50 cubos de orina que utilizó.A pesar de no haber logrado su objetivo descubrió una nueva sustan-cia, a la cual llamó fósforo en honor al dios griego eósforo.Actualmente los compuestos formados con esta sustancia se utilizan enla producción de fertilizantes para la agricultura, en la levadura artifi- "Aquel que duda y no investiga, se tornacial, en lámparas fluorescentes, en la producción de acero y bronce, en no sólo infeliz, sino también injusto".la prevención de la corrosión en tuberías, en pastas dentales, deter- Blaise Pascalgentes, entre otras aplicaciones. 12
  2. 2. Evolución del Pensamiento Químico En la época primitiva (Edad de Piedra y Edad de los Metales), se daba un sentido mági- co y místico a los materiales y a los cambios que se observaban en la naturaleza, crean- do una definición abstracta de los fenómenos cotidianos. En la antigua Roma, la filosofía sustituyó al misticismo, ya que intentó explicar la natu- raleza y la composición de los materiales mediante la razón humana. Esta época se caracterizó por la incertidumbre, ya que no se podía demostrar correctamente muchos postulados y teorías de aquel entonces. En la Edad Media, la humanidad avanzó en la comprensión de los materiales al surgir un nuevo pensamiento conocido como “alquimia”. Se creía que los materiales se trans- formaban y perfeccionaban hasta convertirse en oro. Además, se utilizaron algunas herramientas para apoyar estas investigaciones, tales como la balanza, el mechero, entre otras. En el siglo XV comenzaron a sustituirse las explicaciones filosóficas por aquellas basadas en la experimentación. Surgió así la Química Analítica propuesta por Robert Boyle y Antoine Lavoisier, los cuales fortalecieron la investigación científica. No obstante, el pensamiento humano recién comenzaba a despertar. A partir del siglo XIX (Revolución Industrial), los descubrimientos y las máquinas le dieron un giro a la sociedad; pero es en el siglo XX cuando la Química alcanzó su desa- rrollo científico, encontrándose hoy en día integrada a muchas áreas del conocimiento y a diversas aplicaciones industriales.En base a la lectura, contesta las siguientes preguntas:1. ¿Cuál es la diferencia entre los pensamientos de la edad antigua y la edad media?2. ¿Gracias a qué tipo de herramientas o técnicas se pudo generar un avance en la evolución de la Química?3. ¿A partir de qué siglo se considera a la Química como una ciencia de carácter experimental y no solamente teórica o filosófica?4. Menciona dos aplicaciones de la Química en la industria. 13
  3. 3. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química Método Científico Desde la antigüedad el hombre ha buscado explicaciones sobre la naturaleza de lo que ve, siente y escucha; sin embargo, muchas veces encontraba dificultades para llegar a una conclusión, por lo cual, le era imprescindible la necesidad de desarro-La palabra método proviene llar una secuencia de procedimientos, formulando métodos para llegar alde la unión de dos vocablos conocimiento de la verdad. El hombre a través de la historia siempre ha estado engriegos, meta: hacia, a lo búsqueda del conocimiento; es así como se origina el método científico.largo y odos: camino. Se define como método científico a un conjunto de pasos ordenados que son seguidos y empleados por el investigador, con el objetivo de ampliar el conocimiento científico de algún fenómeno observado, y que éste sea de aplicación útil para el hombre. Los pasos del método científico, comunes a todos sus modelos, son: la observación, el planteamiento del problema, la formulación de hipótesis, la experimentación, el registro y el análisis de datos (leyes), la confirmación de hipótesis, y la enunciación de teorías. Los modelos del método científico de mayor relevancia son: el inductivo o experi- mental y el teórico o deductivo. Método Inductivo Actualmente es el más utilizado por la comunidad científica. Se inicia con la partici- pación de los órganos de los sentidos para la captación y análisis de los fenómenos naturales que ocurren a nuestro alrededor. Observación: Aplicación de los órganos de los sentidos en el análisis de un objeto o de los diferentes factores que influyen en el desarrollo de un fenómeno. Luego, se hacen pruebas a las observaciones, modificando los factores o variables que influyen tanto en lo cualitativo (propiedades) como en lo cuantitativo (canti- dades). Experimento: Observado el objeto o fenómeno, realizamos estudios controla- dos o investigaciones controladas del mismo. Todo investigador o científico, después de haber observado y experimentado, llega¡Recuerda! a establecer relaciones entre las variables, que son expresadas mediante fórmulas oLa ley científica no presenta enunciados.excepciones, a diferenciade las leyes del ámbitosocial las cuales pueden ser Ley Científica: Resumen de los experimentos realizados al objeto o fenómeno,cambiadas o reformadas. mediante fórmulas o enunciados. La ley científica no presenta excepciones. 14
  4. 4. Unidad 1 Introducción al estudio de la QuímicaAlgunos ejemplos son: la ley de conservación de la masa, ley de las proporciones ¡Recuerda!definidas y otras que serán temas de estudio en las siguientes unidades. El método científico es unaLas leyes científicas no explican o dan una respuesta a las preguntas que se origi- secuencia ordenada de pasos, por ejemplo nonaron en la observación. ¿Por qué? ¿Cómo? ¿Qué factores o variables explican el podemos ir de la obser-fenómeno?, etc. Las respuestas a estas preguntas, que de manera anticipada tratan vación del fenómeno a lade explicar un fenómeno, se denominan hipótesis. ley científica sin antes haber realizado experimentos. Hipótesis: Es una explicación tentativa de la ley científica. Es una suposición a la solución del problema que deberá ser probada nuevamente en experimentos.La base esencial para formular hipótesis es que toda causa origina un efecto.Finalmente, cuando se confirma la veracidad de una hipótesis por medio de laexperimentación y, en consecuencia, la ley inducida tiene validez porque puede sercomprobada en cualquier lugar con las condiciones fijadas, se le da el grado deTeoría. Teoría: Es una hipótesis, que sometida a experimentos, no se le ha encontrado contradicción alguna, siendo aceptada por la comunidad científica.Método DeductivoSon pocos los científicos que utilizan este método; sin embargo, aquellos que hanhecho uso del mismo han ayudado al avance de la ciencia y de la tecnología, son loscasos de Isaac Newton con su Teoría Gravitacional y Albert Einstein con su Teoríade la Relatividad.El punto de partida del método deductivo es una teoría ya conocida, que es tomadacomo hipótesis. A ella, se adicionan nuevas leyes que, en su mayoría, son descu-biertas por el método deductivo, originando así una nueva teoría; ésta es aceptadapor la comunidad científica después de comprobar que explica muchos fenómenosconocidos con un nuevo enfoque. ¡Recuerda!En los laboratorios se realizan observaciones de nuevas propiedades de las sustan- Método inductivo: va de lo particular a lo general.cias, al mismo tiempo que se experimenta su comportamiento al mezclarse con otrassustancias químicas. Esto origina el enunciado de nuevas leyes, hipótesis y teorías. Método deductivo: va de loEn conclusión, el método científico es ampliamente aplicado en Química y en todas general a lo particular.las demás ciencias. 15
  5. 5. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química Sistemas de medición utilizados en Química Los investigadores o científicos, en las etapas de observación y experimentación, necesitan realizar mediciones y a su vez expresarlas de manera concisa. En esta sec- ción se considerarán las principales magnitudes utilizadas en los laboratorios, la manera de expresarlas y sus equivalencias entre los distintos sistemas de medidas. Cantidades expresadas en notación científica Algunas cantidades en Química son muy grandes y otras, muy pequeñas; por ejem- plo, en un gramo de oro hay 3 056 302 990 303 091 841 397 átomos de oro y el diámetro de un átomo mide aproximadamente 0.000 000 000 1 metros; no obstante a estas cantidades las podemos escribir de manera breve y concisa con ayuda de la notación científica. La notación científica consiste en dejar el número de la forma:¿Sabías que? N x 10n donde 1 ≤N≤10 , nXZ - {0}. n será entero positivo si al punto decimal se lo recorre hacia la izquierda del número, caso contrario será entero negativo. Ejemplos Un grano de oro Diámetro de un átomo 3 056 302 990 303 091 841 397 0.000 000 000 1Cuando compramos una 21 espacios 10 espaciosmedicina solicitamos que Exponente positivo Exponente negativotenga un compuesto en unacierta cantidad de mili- Notación Científica: 3.06 x 1021 Notación Científica: 1 x 10-10gramos (10-3 g). Estas canti-dades comúnmente son Suma y resta en notación científica250 mg o 500 mg. Para sumar y restar en notación científica es necesario que la base 10 tenga el mismo exponente. Ejemplos Suma en notación científica Resta en notación científica 3.8 x 10-7 + 2.9 x 10-9 +1.55 x 10-6 25.456 x 10-2 - 343.715 x 10-3 Desarrollo: Desarrollo: 0.38 x 10-6 +0.0029 x 10-6 +1.55 x 10-6 25.456 x 10-2 – 34.3715 x 10-2 = (0.38+0.0029+1.55) x 10-6 = -8.92 x 10-2 = 1.93 x 10-6¡Recuerda! Multiplicación y división en Notación Científica1) Producto de potencias de Para multiplicar aplicamos la propiedad del producto de potencias de igual base y igual base. para dividir, la propiedad del cociente de potencias de igual base. 10a.10b = 10a+b Ejemplos2) Cociente de potenciasde igual base. Multiplicación en notación científica División en notación científica 10a / 10b = 10a-b (15.458 x 10 )(2.7 x 10 ) -20 -15 (2.9 x 10-17)/(1.3 x 10-14)3) Potencia de una potencia. Desarrollo: Desarrollo: (10a)b = 10a.b (15.458)(2.7) x 10-20-15 (2.9/1.3) x 10-17+14 = 41.7366 x 10-35 = 2.23 x 10-3 = 4.17 x 10-34 16
  6. 6. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química1. Analiza la siguiente frase y encierra en un círculo el c. Una hipótesis resume los experimentos reali- literal correcto: zados. ( ) La hipótesis de cómo resolver un problema en el ámbito 4. Expresa las siguientes cantidades en notación cien- de la Química implica... tífica: a. El diseño de equipos o aparatos para medir el fenó- a. La diferencia del tamaño promedio de un átomo de meno. aluminio: 0.000000000143 m con uno de carbono: b. El diseño de aparatos y la elección de los medios de 0.000000000091 m investigación. b. La masa de una ballena jorobada puede llegar a ser c. Una suposición a un problema, no requiere pensar en 40000000 gramos. medios materiales.2. Escribe los literales de la derecha en los paréntesis 5. La celulosa es un compuesto orgánico, principal- de la izquierda, según corresponda: mente utilizado en la fabricación de papel, explo- sivos, celuloide, seda artificial, barnices. Esta bio- Según las partes del método inductivo, tenemos: molécula se encuentra en un porcentaje del 50% en ( ) Observación de a. hipótesis la madera. Supón que una industria procesa diaria- ( ) Formulación de b. fenómenos mente 123500 kilogramos de laurel, 25000 kilo- ( ) Diseño de c. experimentos gramos de eucalipto y 78400 kilogramos de cedro. Calcula :3. Escribe V de ser verdadero o F de ser falso: a. La observación consiste en un examen crítico y a. La cantidad total de celulosa en kilogramos. cuidadoso de los fenómenos. ( ) b. La relación de celulosa entre el laurel y el cedro. b. Las leyes deben ser probadas mediante experi- c. La cantidad total de celulosa de la madera eucalipto mentos. ( ) producida en un año. Competencias Específicas: Establece diferencias entre una ley y una teoría., Identifica hipótesis y variables de un problema.1. Completa las siguientes premisas: ejemplo de éstos es la fibra de vidrio, la cual es muy resistente a altas temperaturas y se la utiliza mucho a. Una hipótesis es una ____________ o conjetura pre- como protección en hornos industriales para evitar via sobre las causas del fenómeno observado. las pérdidas de calor. Responde las siguientes pre- b. El punto de partida del método deductivo es una guntas: 1 ___________. c. Los modelos más utilizados en el método científico a. Compara el poder de conductividad térmica (capaci- son: el ____________ y el _____________ . dad para conducir el flujo de calor) entre la fibra de d. El ________________________ es un proceso de vidrio (4.3 x 10-4 W/m °C) con respecto al asbesto razonamiento que intenta no solamente describir los (0.000345 W/m °C) hechos sino también explicarlos. b. De la relación vidrio/asbesto efectuada en a. ¿Cuál de estos aislantes es más efectivo?2. Analiza las siguientes frases y encierra en un círcu- lo el literal correcto: 4. Los glóbulos rojos de la sangre tienen forma de Un análisis inductivo significa: disco cóncavo con un diámetro promedio de 0.0000072 m y las plaquetas con forma de disco a. Un enfoque a nivel general, considerando un todo, tienen un diámetro promedio de 0.0000025 m. para luego describir un fenómeno Determina y expresa en notación científica: b. Desarrollar métodos que abarcan un simple hecho, para luego generalizarlo en forma de postulado. a. La relación diametral entre los glóbulos rojos y las c. Análisis de carácter global, pero puntualizando y plaquetas de la sangre. describiendo cada fenómeno. b. La suma diametral total de 5 glóbulos rojos con 27 plaquetas.3. Los materiales de tipo compuesto (metales - cerámi- c. La diferencia diametral entre 4 glóbulos rojos y 3 pla- cos) son muy utilizados en la industria moderna. Un quetas. 17
  7. 7. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química¡Recuerda! Durante la observación de un fenómeno u objeto, el investigador necesita medir losExisten dos sistemas de factores o variables que influyen en el mismo.medida: el Sistema Inglés Para este fin se debe tomar una unidad como patrón que servirá de referencia parautilizado en los Estados comparar cuantitativamente aquellos factores o variables. A este proceso se loUnidos y en muchos territo-rios de habla inglesa, y el conoce como medir.Sistema Internacional de Las magnitudes más utilizadas en Química son las del Sistema Internacional (SI),Unidades de Medida quees el estándar, es decir, uti- entre las cuales predominan las básicas como: longitud, masa, temperatura, tiempo,lizado por la mayoría de los cantidad de sustancia; y las derivadas como superficie, volumen y densidad.países a nivel mundial. Medidas de Longitud Son muy utilizadas para medir el tamaño de átomos o moléculas y las distancias entre ellos. La unidad patrón es el metro (m); sin embargo, esta unidad algunas veces¿Sabías que? suele ser muy pequeña, por lo que en Química es común utilizar medidas inferioresEl amstrong es una unidad a los submúltiplos del metro como lo son: la micra, la milimicra y el amstrong A .muy utilizada para expresarlongitudes atómicas, nopertenece al SI. Ejemplo 1 A =1.0 x 10-10 m Expresar en mm el radio atómico del magnesio cuya medida es 160 pm. radio atómico = 1.6 x 102 pm x 10 m x 10 mm = 1.6 x 10-17 mm -12 3 1 pm 1m Medidas de Superficie¡Recuerda! Son utilizadas para medir el área de cualquier superficie. Por ejemplo, la sal comúnLos múltiplos y submúltiplos o cloruro de sodio (NaCl) es un sólido cristalino que tiene un ordenamiento estruc-de la unidad son generados tural interno denominado celda unitaria. Existen siete tipos de celdas unitarias, parapor potencia de diez. Sonnombrados por prefijos que el caso del cloruro de sodio se presenta el tipo cúbica. Podemos entonces a través deacompañan a la unidad: las medidas de superficie encontrar el área de las caras de la referida celda. Factor Prefijo Símbolo 1024 yotta Y 1021 zetta Z 1018 exa E 1015 peta P 1012 tera T 109 giga G 106 mega M 103 kilo k 102 hecto h 101 deca da 10-1 deci d Ejemplo 10-2 centi c Determinar el área total (en cm2) de la celda unitaria del cloruro de sodio, si se 10-3 mili m μ conoce que la arista mide 564 pm. 10-6 micro 10-9 nano n La celda unitaria del cloruro de sodio es de forma cúbica, por lo tanto el área total 10-12 pico p = 6 a2, siendo a= 564 pm . 10-15 femto f a = 5.64 x 102 pm x 10 m x 10 cm = 5.64 x 10-8 cm -12 2 10-18 atto a 10-21 zepto z 1 pm 1m 10-24 docto y a2 = 3.18 x 10-15 cm2 Área total = 6 a2 = 6(3.18 x 10-15) = 1.91 x 10-14 cm2 18
  8. 8. Unidad 1 Introducción al estudio de la QuímicaMedidas de VolumenEstas medidas son frecuentemente utilizadas en Química y en nuestro diario vivir.Las encontramos en los rótulos de botellas para agua, bebidas gaseosas, jugos, líqui-dos, desinfectantes, etc., expresadas en cc (centímetros cúbicos), dándonos unamedida del contenido de sustancia.El metro cúbico (m3) es la unidad patrón, para la cual se tomó como referencia uncubo con dimensiones de 1 m de arista, como lo muestra el siguiente gráfico:Medidas de CapacidadSon también medidas de volumen, pero que sirven exclusivamente para medir líqui-dos o gases en un envase o recipiente.El litro (l) es la unidad patrón. Entre las medidas de volumen y capacidad existe unarelación: 1 l = 1000 cm3 como se puede notar en la figura de arriba. ¡Recuerda! En medidas de volumen y Ejemplo capacidad son útiles lasEn Ecuador, es común la venta de botellas de agua de 500 cc (cm3). Si una fábrica siguientes unidades y equi-embotelladora de agua quiere envasar 10 m3 de agua, ¿cuántas botellas de 500 cc valencias:envasará? Unidades Volúmenes de Volúmenes dePrimero, procedemos a realizar la conversión de m3 a cc: Sólidos Líquidos m3 l 1000 l . 1000 cm310m . 3 = 1 x 107 cm3 cm3 ml 1 m3 1l dm3 μlLuego, 1 x 10 cm = 20000 botellas. 7 3 Equivalencias 500 cc 1 l = 1 dm3El siguiente gráfico muestra los principales instrumentos de laboratorio de Química 1 ml = 1 cm3 = 1 ccutilizados para medir volúmenes de líquidos. 1 ml = 1000 μl 1 dm3 = 1000 cm3 1 l = 1000 cc = 1000 ml 1 m3 = 1000 l Ejemplos de volúmenes: 1 ml z 20 gotas de un gotero medicinal 5 ml z 1 cucharadita 250 ml z 1 tasa 19
  9. 9. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química Medidas de Masa Representan la cantidad de materia presente en un objeto. Son muy utilizadas en los laboratorios de Química cuando se necesita medir la masa de alguna sustancia que se obtuvo o se va a utilizar durante un experimento. La unidad patrón es el kilogramo; sin embargo, es una unidad poco utilizada. Podemos notar que está compuesta por el prefijo kilo=103, por lo cual, se toma como referencia para los múltiplos y submúltiplos al gramo. La balanza es el instrumen- to en los laboratorios que se utilize para la medición de masas. Ejemplo Determinar la masa en gramos de un anillo de oro de 24 kilates. Recordar que el kilate se lo utiliza para medir las masas del diamante, oro y piedras preciosas; un kilate equivale a 205 mg Realizando un factor de conversión, obtenemos: 205 mg 2g 24 kilates . 1 kilate . 1000 mg = 4.920g de oro Es decir que, el anillo de oro tiene una masa de 4.920 gramos.¿Sabías que? Medidas de TemperaturaPara definir al gramo se Cuando nos acercamos a un horno, cuando tomamos un cubo de hielo en nuestrastomó como referencia lamasa de 1 ml o 1 cm3 de manos o cuando realizamos ejercicios físicos en días soleados o nublados, sentimosagua pura a 4ºC. una sensación de mayor o menor calidez, que refleja nuestra temperatura, la cual se puede medir a través de un termómetro. A nivel mundial se están utilizando 3 escalas de temperatura, cuyas unidades son: ºC (grados celsius), ºF (grados Fahrenheit) y K (kelvin). El Kelvin es la unidad de la temperatura en el SI. El gráfico de la derecha muestra la com- paración entre escalas, tomando como referencia los puntos de congelación y ebullición del agua: en la escala cel- sius, estos son 0ºC y 100ºC, respectiva- mente, en la escala Fahrenheit en 32ºF Principales factores de y 212ºF; y en la escala de temperatu- conversión entre escalas ra absoluta, 273 K y 373 K. El ceroPara convertir grados Fah- absoluto en la escala Kelvin es la tem-renheit en grados Celsius. peratura más baja que puede llegar a 5ºC = ------ (ºF-32) alcanzar una sustancia. 9 Escalas de temperatura comunesPara convertir grados Cel- 0 K = -273.15 ºC.sius en grados Fahrenheit. 9 EjemploºF = ------ (ºC)+32 5 Expresar en grados Fahrenheit y Kelvin la temperatura corporal promedio de losPara convertir grados Cel- pollos (41 ºC).sius en grados Kelvin. 9 En Fahrenheit: ºF = (41)+32 = 105.8; en Kelvin: K = 41+273.15 = 314.15K = ºC+273.15 5 20
  10. 10. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química1. Expresa las siguientes cantidades en picómetros: 5. Para preparar café, es necesario moler los granos de la semilla del café. ¿Disminuirá el volumen y la a. El radio atómico del hidrógeno es 0.00000000005 m masa de los granos de la semilla del café al ser b. El espesor aproximado de una moneda es 1 mm molidos? c. La mínima talla de captura del atún aleta amarilla en México es 60 cm de longitud.2. Completa las siguientes proposiciones: a. Los instrumentos de laboratorio permiten realizar mediciones de _________________. b. La unidad patrón de las medidas de capacidad es el _________________________. 6. La escala más utilizada en Química es la Celsius y c. Un kilate equivale a _____________ pg es también muy utilizada para medir diariamente la temperatura en la mayoría de los países y ciudades.3. Un alqueire paulista (medida agraria) corresponde Convierte las siguientes temperaturas de época de a 24200m2. Una finca rectangular tiene 1 alqueire verano en grados Celsius, grados Fahrenheit y y mide 100m de frente. Cuánto mide el fondo de la kelvin, respectivamente. finca ? a. En Guayaquil, temperatura alta 27 ºC y temperatura4. Un tanque cilíndrico cuya capacidad es de 500 l, baja 73 ºF. se llena hasta el borde con alcohol etílico. b. En Loja, temperatura alta 300.15 K y temperatura Se requiere construir un tanque de 2 metros de alto, baja 14 ºC. ¿Cuál sería el radio del mismo en cm? c. En Cuenca, temperatura alta 18 ºC y temperatura baja Datos: Volumen cilindro = πr2h; r=radio, h=altura 280.15 K. Competencias Específicas: Distingue los diferentes tipos de medida de acuerdo con su naturaleza.1. Encierra en un círculo los literales correctos: ¿Cuánto será la producción anual de este gas?. a. La unidad de masa en el SI de medidas es el kilo- Exprésala en toneladas (1 ton = 1000 kg). gramo. 4. El volumen específico de una sustancia es el cociente b. El amstrong es poco utilizado en Química. entre el volumen y la masa de dicha sustancia. Se 2 c. A la unidad de temperatura en el SI se la conoce como conoce que el volumen total de una caldera es de grado Kelvin. 500 m3, además que la calidad del vapor (el % de vapor que posee una mezcla vapor-líquido) es de d. 500 cm3 de agua equivalen a 500 gramos. 0.85.2. La plata es un metal muy utilizado en la construcción ¿Cuál es el volumen específico del vapor en la de estructuras para edificios. Es un sólido cristalino caldera, si la masa total (líquido y vapor) es de 800 y tiene una estructura microscópica en forma de cel- kg? das cúbicas. Determina el área de una sola cara de 5. El ceibo es un árbol de copa irregular, alcanza una esta celda, si se conoce que su arista mide 408.7 altura de 10 a 12 m y el diámetro de su tronco pm. Exprésala en mm2. oscila entre los 50 y 80 cm. Su madera es blanda y liviana, de color amarillento. Se lo utiliza en la fabri- cación de aparatos ortopédicos y armazones de monturas. a. Calcula la altura promedio del ceibo y exprésala en mm.3. La combustión del carbón genera mucha contami- b. Calcula el diámetro promedio del nación ambiental. Se conoce que diariamente se ceibo y exprésalo en pm. producen aproximadamente 3000 kg de CO2 (gas c. Calcula el promedio del tronco contaminante de la atmósfera). A = πr2 y exprésalo en m2. 21
  11. 11. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química Medidas de Tiempo Te has preguntado cuánto tarda una tableta de Alka-Seltzer en terminar de hacer efervescencia (burbujas) en un vaso con agua, o qué tiempo le toma a un pedazo de manzana para que cambie su coloración. Las medidas de tiempo son muy impor- tantes en las industrias, por ejemplo, en las industrias procesadoras de alimentos o las de fármacos es de suma relevancia el tiempo de elaboración y el tiempo de expiración de sus productos para el consumo humano. La unidad de tiempo en el Sistema Internacional de Medidas es el segundo (s). Para medir el tiempo utilizamos el sistema sexagesimal, el Sistema Internacional y otras unidades aceptadas por el SI: Sistema Internacional de Otras unidades Sistema Sexagesimal¿Sabías que? Medidas aceptadas por el SIEl Sistema Sexagesimal es 1 min = 60 s segundo = sun sistema de numeración 1 d = 24 h 1 h = 60 min decisegundo = 10-1 sde posición que emplea la 1 semana = 7 díasbase sesenta. Tuvo su ori- centisegundo = 10-2 s 1 mes = 4 semanasgen en la antigua Babilonia. milisegundo = 10-3 s 1 año = 12 mesesSe lo utiliza en la medición microsegundo = 10-6 sde ángulos y coordenadas 1 lustro = 5 años nanosegundo = 10-9 sgeométricas. Su unidad 1 década = 10 añosestándar es el grado. Tene- picosegundo = 10-12 s 1 siglo = 100 añosmos así las respectivas divi- femtosegundo = 10-15 s 1 milenio = 1000 añossiones del grado: minutos attosegundo = 10-18 sde arcos (1/60 de grado) ysegundos de arco (1/60 de Ejemplominuto). El achiote es un arbusto o árbol pequeño. La porción carnosa que envuelve a la semilla es utilizada industrialmente como colorante para productos alimenticios como el queso y la mantequilla, en aceites, ceras, pinturas, cosméticos y, en fibras textiles como la seda y algodón. El tiempo de germinación de la semilla del achiote normalmente es de 2 semanas. Expresar este tiempo en segundos. Realizando el respectivo factor de conversión, obtenemos: 7 días . 24h . 60 min . 60 s 2 semanas . = 1209600s 1 semana 1 día 1h 1 min Densidad La densidad se la define como la razón: cantidad de masa sobre volumen. Matemáticamente se la representa como: ρ = m/ν. La densidad es una característica o propiedad de las sustancias, que nos ayuda a compararlas por medio del grado de ligereza o pesadez. Un ejemplo clásico se da con el agua y el aceite, porque si verte- mos en un recipiente volúmenes de ambas sustancias, notaremos que se forman dos fases, el agua por ser más densa (pesada) pasará a la parte inferior del recipiente, mientras que el aceite que es menos denso (ligero), pasará a la parte superior. En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la densidad es el kg / m3 ; sin embargo, la unidad más utilizada es el g / cm3 . Otra medición muy utilizada en Química es la densidad relativa, la cual no posee unidades (es adimensional), y se la obtiene como el cociente entre la densidad de la sustancia y la densidad del agua. 22
  12. 12. Unidad 1 Introducción al estudio de la QuímicaLa siguiente tabla muestra las densidades de sustancias comunes: ¿Sabías que? Entre todos los líquidos el Densidad Densidad Densidad Densidad Sustancia Sustancia que menor densidad tiene ( g / c m3 ) ( k g / m3 ) ( g / c m3 ) ( k g / m3 ) es el hidrógeno licuado: Sólidos Líquidos 0,07 g/cm3; siendo catorce Platino 21.5 21450 Mercurio 13.6 13600 veces más ligero que el Oro 19.3 19320 Glicerina 1.26 1260 agua. Es utilizado junto al Plomo 11.3 11344 oxígeno en las pilas de com- Agua a 4ºC 1.00 1025 bustible de los transbor- Plata 10.5 10500 Aceite 0.92 920 dadores de la NASA. Estas Cobre 9.0 8960 Alcohol etílico 0.79 791 pilas pueden llegar a fun- Hierro 7.9 7874 Gasolina 0.68 680 cionar hasta 80000 horas. Acero 7.8 7800 Gases Aluminio 2.7 2699 Dióxido de carbono 0.0018 1.8 Hielo 0.92 917 Madera 0.9 900 Aire 0.0013 1.3 EjemploEn una probeta de 50 ml se vierte agua hasta el nivel de 30 ml. Luego se depositaun anillo metálico de masa 4.920 g y el nivel del agua sube aproximadamente hasta30.255 ml. ¿Cuál es la densidad del anillo? ¿ De qué metal esta hecho el anillo?El primer paso a realizar es calcular el volumen desplazado originado por el anillo.V = Vf - Vo = 30.255ml - 30ml; Vf: volumen final, Vo: volumen inicialV = 0.255 mlLuego, aplicando la fórmula de la densidad se obtiene:ρanillo = 4.920 g 3 = 19.3 g 3 0.255 cm cmObservando la tabla de densidades, el anillo es de oro.Diferencia entre Masa y Peso ¿Sabías que?Comúnmente se confunden estos términos y se utilizan de manera errónea. La masa El hexafluoruro de azufre eses la medida de la cantidad de sustancia o materia de un objeto (cuerpo) y como ya un gas inerte, incoloro e ino-la hemos estudiado anteriormente, se la mide en kilogramos, gramos, toneladas, etc. doro, no soluble y cincoNo obstante, el peso es una fuerza cuya unidad es el Newton (N), y en términos físi- veces más denso que el aire. A través de él se pue-cos es la fuerza que ejerce la Tierra sobre el objeto; se lo obtiene como el producto den realizar experimentosde la masa por la gravedad (aceleración constante = 9.8 m/s2). relacionados con la grave-La masa que constituye a un cuerpo es la misma en cualquier lugar del universo; dad cero. Un ejemplo apero el peso es diferente debido a la gravedad. citar es uno de los experi- mentos realizados en la Ejemplo feria de ciencias para niños (Physikshow Bonn 2007) enSi un astronauta con su traje espacial pesa 784 N en la Tierra y se conoce que la la Universidad de Bonn, Ale-gravedad en la Luna es la sexta parte de la existente en la Tierra, entonces: mania, donde un barco he- cho con papel de aluminioa) ¿Cuál es la masa del astronauta en la Tierra y en la Luna? flota en un recipiente llenob) ¿El peso del astronauta en la Luna permanece constante o cuántas veces mayor de este gas.o menor sería? Chequéalo en:a) Determinemos la masa del astronauta: www.youtube.com, “Ship floating on nothing(2)!”W = m.g ; donde: W = peso, m = masa, g = gravedad 23
  13. 13. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química W despejando: m= g Reemplazando el peso y la aceleración de la gravedad, tenemos: m = 784N = 80kg 9.8 m s2 La masa del astronauta ya sea en la Tierra o en la Luna es la misma. b) El peso del astronauta disminuye 6 veces, puesto que la gravedad en la Luna es la sexta parte de la gravedad en la Tierra, luego: 9.8 m s2 P = 80kg . 6 P = 130.7N Equivalencias de Magnitudes entre el Sistema Inglés y el Sistema Internacional de Medidas El Sistema Inglés o Sistema Imperial (pues su origen viene de la antigua Roma), es actualmente utilizado por los Estados Unidos y países de habla inglesa. A diferencia del Sistema Internacional, sus unidades no aumentan o disminuyen en potencias de 10, por lo cual también se las conoce como medidas no métricas.¡Recuerda!Debemos realizar un factor Medidas de Longitudde conversión o varios fac- Sistema Inglés Sistema Internacional Medidas de Masatores de conversión para lle- 1 pulgada (in) 2.54 cm Sistema Inglés Sistema Internacionalgar a las unidades desea- 1 onza (oz) 28.35 g 1 pie (ft) 30.48 cmdas. Por ejemplo, si tenemos 2.205 libras (lb) 1 kg 1 vara 84 cm2345 ml de leche, ¿Cuán- 1 arroba (@) 11.34 kgtos envases de plástico de 1 yarda (yd) 91.44 cm 1 nudo 14.62 m 1 quintal (q) 45.36 kgun galón necesitaremos? 1 milla terrestre (mi) 1609.35 m, 5280 ft 20 q 0.91 tm 1 1gl2345ml x ----------------------- x ------------------- = 0.62 gl 1 milla marina 1852 m 2000 lb 0.91 tm 1000ml 3.785l Sistema Inglés Sistema Inglés Sistema Inglés Sistema Inglés Cantidad y Unidad conocida Factor(es) de conversión 1 pie 12 pulgadas 1@ 25 lb Cantidad y Unidad deseada 1 yarda 3 pies 1q 100 lb = 4 @Bastaría sólo un envase. 1 vara 33.07 pulgadas Medidas de Capacidad Medidas de Capacidad Sistema Inglés Sistema Internacional Sistema Inglés Sistema Inglés 1 galón (gl) 3.785 l 1 barril 45 gl 1 barril 170.325 l Ejemplo Una empresa petrolera quiere lograr una producción de 180 mil barriles diarios de crudo de petróleo. ¿A cuántos litros equivaldría esta producción diaria? Realizando la conversión correspondiente, obtenemos: 170.3251 180000 barriles . = 30658500 l 1 barril 24
  14. 14. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química1. Escoge el literal incorrecto entre los siguientes enun- a sus propiedades semiconductoras y su baja densi- ciados. dad. Si se necesitan solamente 3g de este elemento a. Si una persona tiene en la Tierra una masa de 150 por cada diodo y se tiene un volumen de 200 cm3. libras, en la Luna tendrá una masa 6 veces menor ¿Cuántos diodos se pueden fabricar? porque hay menos gravedad en este lugar. Dato: Densidad del silicio es 0.6 g/cm3. b. La densidad del agua es 1000 kg/m3 c. 1h 20min 40s equivalen a 4800 segundos. d. 1 m equivale 3.28 ft. e. Ninguna de las anteriores.2. Relaciona cada medida del SI con su equivalente en el Sistema Inglés. ( ) Velocidad (m/s) a. lb/pie3 ( ) Densidad (kg/m3) b. pulg3/s ( ) Caudal (m3/s) c. pie/s3. ¿Por qué el hielo, siendo un sólido, flota en presen- cia del agua, la cual es un líquido?. Justifica tu 5. La masa de un vaso vacío es 274 g. Se mide con respuesta. una probeta graduada 200 ml de aceite de4. El silicio y el germanio son elementos químicos muy bacalao y se vierten en el vaso. Se pesa el vaso con utilizados en electrónica, ya que a partir de éstos se su contenido, obteniéndose un valor de 456 g. fabrican diodos, transistores, circuitos integrados, a. ¿Cuál es la densidad del aceite en g/cm3? etc. Sin embargo, el silicio es más utilizado debido b. Expresa esta cantidad en kg/m3. Competencias Específicas: Compara y analiza proble- mas propuestos con los principios y conceptos aprendidos sobre densidad, masa y tiempo.1. Completa las siguientes proposiciones: a. 1868 lb/pie3 b. 116.45 lb/pie3 a. La masa es una cantidad que permanece c. 214.32 lb/pie3 ___________, y nos indica la cantidad de ___________ que posee un cuerpo. 4. Calcula cuánto tiempo tarda en recorrer un bus que va desde Guayaquil hasta Quevedos; si salió del 3 b. El peso es la fuerza de atracción que ejerce la __________ sobre un cuerpo. terminal a las 13:25 y llegó a las 16:45. Expresa el c. La unidad de masa en el SI es el _________ , mientras tiempo en minutos. que en el Sistema Inglés la unidad es la 5. Algunos materiales cerámicos pueden soportar tem- ____________ . peraturas extremadamente altas sin perder su solidez. Son los denominados materiales refracta-2. Escribe V de ser verdadero o F de ser falso: rios. Por ejemplo, partes de los cohetes espaciales a. La densidad puede expresarse en son construidos de azulejos cerámicos que protegen m3/kg ( ) la nave de las altas temperaturas causadas durante b. Una hora tiene aproximadamente 3600 segun- la entrada a la atmósfera. dos. ( ) Calcula la cantidad de azule- c. Una pulgada equivale a 2.54 m ( ) jos que se necesitan para el exterior de la nave si la super-3. ¿Cuál es la densidad en lb/pie3 de un átomo de ficie de la misma abarca unos hierro, si se sabe que la masa atómica de este ele- 1000 pies2. Las dimensiones mento es 9.27 x 10-23 g y su radio mide 228 pm? de cada azulejo son de 40cm Asume que los átomos tienen una forma esférica. x 40cm 4 Vesfera = ------ πr3, r = radio 3 25
  15. 15. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química Definición de Química Química es la ciencia que estudia la composición, estructura, propiedades de las sustancias y su transformación en otras, a nivel atómico, molecular y macromolec- ular, sin que se alteren los elementos que las integran. La Química está en todas partes, somos a diario testigos de muchas transforma- ciones de sustancias, por ejemplo, cuando ingerimos alimentos existe una transfor- mación que se da en nuestro organismo, creando y proporcionándonos la energía que utilizamos para caminar, correr, estudiar, entre otras actividades. Reacción QuímicaSe entiende por reacción Otro ejemplo lo vemos de manera común cuando estructuras metálicas u objetosquímica a la transformación metálicos de hierro reaccionan químicamente con el oxígeno del aire, formando dede una sustancia para gene- manera progresiva un herrumbre o también conocido como óxido, así se puede notarrar otras más simples o más una propiedad en particular que tiene este metal en presencia de oxígeno.complejas. Evolución de la Química Arriba se definió a la Química como se la conoce actualmente; sin embargo, han tenido que pasar algún tiempo para que este concepto evolucione. Realmente, después de leer los siguientes párrafos nos daremos cuenta que la Química como ciencia se ha desarrollado a partir del siglo XVII, debido a que para ese entonces seFormación de óxido organizaron y ordenaron todos los conocimientos adquiridos a lo largo de la histo- ria. En la antigüedad, los primeros pasos para el desarrollo de la Química fueron dados en la antigua Grecia; no obstante, se conoce que ya en Egipto y Mesopotamia se Aportes Científicos de desarrollaba la metalurgia (técnica de la obtención y tratamiento de los metales). Las Alquimistas principales aportaciones en Grecia fueron hechas por Aristóteles y Demócrito.María la Judía (s. IV - V): Aristóteles intentó explicar la naturaleza por medio de su teoría de los cuatro ele-Inventó el Kerotakis o baño mentos: fuego, aire, agua y tierra, en conjunto con sus respectivas cualidades:maría. caliente, frío, húmedo y seco. Demócrito fue el fundador de la teoría atómica, paraGeber (720 - 800): él la materia estaba constituida por átomos indivisibles que se movían en el vacío.Descubrió el agua regia,ácido sulfúrico, ácido nítrico En la Edad Media se destacó la Alquimia, que fue la base de la Química hasta finales dely la preparación del alcoholabsoluto. siglo XVII. El fundamento de la Alquimia consistía en que todos los materiales estaban formados por una específica proporción de los cuatros elementos descritos en la teoría deSan Alberto Magno(1193 - 1280): Aristóteles; al variar esta proporción tenía que ser posible transmutar una sustancia enDio un conocimiento científi- otra. Con este fundamento los alquimistas intentaron fabricar oro a partir de metalesco de los minerales. menos nobles (aquellos que son poco reactivos en presencia de oxígeno), por medio de loBacon (1210 - 1292): que ellos llamaron la piedra filosofal.Realizó investigaciones ex-perimentales de la trans- Cabe acotar, que los conceptos en los que se basaba la Alquimia, los cuales, no fueronmutación de los metales. aceptados por mucho tiempo, ahora son justificados de manera experimental en la trans-Paracelso (1493 - 1541): mutación de elementos, pero no de forma química, ya que la transmutación implica unaEstableció la aplicación de alteración física del núcleo de un átomo; sin embargo, existen algunas sustancias en lalos metales y de sus sales en naturaleza que transmutan de forma natural como el uranio, el cual después de 4.51 x 109medicina. Además estudióde manera sistemática sus años cambia a una sustancia denominada torio, así sigue transmutando a otras sustanciasefectos. como el paladio, radio, polonio, bismuto, hasta estabilizarse finalmente en plomo. 26
  16. 16. Unidad 1 Introducción al estudio de la QuímicaEntramos a una nueva era conocida como Química Moderna, en la cual se comien- ¿Sabías que?za a aplicar el método científico. Fue así como surgió la primera teoría en Química: El primer científico que“Teoría del flogisto”, que describió y explicó que todos los cuerpos estaban consti- aplicó el método científicotuidos por un principio inflamable, el cual, se podía transferir de un cuerpo a otro. en Química fue el inglés Robert Boyle (1627-1691).Esta teoría pretendía explicar el fenómeno de la combustión y fue postulada por el Aplicando el modelo inducti-alemán Johann Joachim Becher (1635-1682). vo, sentó algunas bases de la Química Moderna yA continuación presentamos las figuras de los principales científicos precursores de desacreditó las teorías exis-la Química Moderna. Sus teorías y descubrimientos serán explicados en las siguien- tentes en aquella época pos-tes unidades. tuladas por los alquimistas, las cuales se evidencian en la publicación de su obra El químico escéptico. Robert Boyle Antonie Lavoisier Lous Proust (1627 - 1691) (1743 - 1794) (1754 - 1826) ¿Sabías que? Los premios Nobel son otor- gados anualmente a per- sonas que hayan realizado el mayor beneficio a la humanidad. Son en total cinco premios: Física, Quí- mica, Medicina, Literatura y de la Paz. Estos premios llevan el nom- bre del inventor sueco Alfred Nobel, quien patentó más John Dalton Jacob Berzelius Jean-Baptiste Dumas de 350 inventos, de los (1766 - 1844) (1779 - 1848) (1800 - 1884) cuales el de mayor transcen- dencia fue el de la dinami-Finalmente, en los siglos XIX y XX se tuvo un mayor avance en la ciencia y se logró ta. En su testamento, Nobelcontinuos descubrimientos en Química, que han sido aplicados en el desarrollo estableció con su fortuna unindustrial, apareciendo de esta manera los países industrializados. fondo para estos premios. Los primeros premios fueronPodemos citar algunos científicos de mayor prominencia como Gay-Lussac (Ley de entregados en 1901.los volúmenes de gases); Amadeo de Quaregna (Ley de Avogadro); Edward El primer premio Nobel deFrankland (Teoría de la Valencia); Justus Von Liebig (Química Orgánica: su apli- Química fue otorgado alcación a la agricultura y a la fisiología ); Dimitri Mendeleev (Tabla Periódica); neerlandés Jacobus HenricusAugust Arrhenius (Teoría de la Disociación Electrolítica); Walther Nernst (Pilas van t Hoff, por el descubri-voltaicas, ecuación de Nernst); Ernest Rutherford (El padre de la física nuclear); miento de “Las leyes de la dinámica química y de laNiels Bohr (Estructura atómica y la radiación); Wolfgang Pauli (Mecánica cuánti- presión osmótica en solu-ca, principio de exclusión); Linus Pauling (Químico cuántico, naturaleza de los ciones".enlaces químicos). 27
  17. 17. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química División de la Química y su relación con otras ciencias Del cuadro anterior notamos que la Química se relaciona con otras ciencias para establecer una aplicación en particular; por ejemplo: Química y Biología dan origen a la Bioquímica, Química y Astrología dan origen a la Astroquímica. También podemos citar otro ejemplos como en: Matemáticas.- Los científicos químicos han tenido que utilizar el lenguaje matemáti- co para describir y enunciar leyes y teorías. Las matemáticas también constituyen una herramienta imprescindible para los cálculos en la Química, por ejemplo, en las rela- ciones estequiométricas. Importancia de la Química en los diferentes campos industriales La Química tiene una importancia bien marcada en todos los campos industriales, entre los principales podemos citar: En la industria aeroespacial y aeronáutica las sustancias químicas son muy uti-Industria Aeroespacial lizadas, principalmente para la construcción de estructuras metálicas como en los fuselajes de los transbordadores espaciales, aviones o helicópteros; en las fuentes de suministro eléctrico, de combustible y de sistemas de enfriamiento, entre otros. En la industria alimenticia la Química juega un rol muy importante, por ejemplo, para preservar alimentos se utilizan sustancias químicas que contrarrestan a losIndustria Alimenticia microorganismos (bacterias y hongos) que causan la degradación temprana del pro- ducto alimenticio, afectando su textura y sabor. Con estas sustancias se consigue alargar el tiempo de consumo. También la Química está involucrada en la industria textil, pues por medio de pro- cesos químicos se obtienen las principales fibras textiles como las de origen animal, vegetal (obtenidos de la celulosa), de vidrio (origen mineral), o sintéticas (como elIndustria Textil nailon). 28
  18. 18. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química1. Escoge el literal correcto entre los siguientes enun- c. ¿Crees que los nuevos métodos de investigación le ciados. dieron un cambio a la Química? a. Geber descubrió el ácido acético. Justifica tu respuesta b. Durante las reacciones químicas existe una transmu- 4. Uno de los factores más importantes de la fertilidad tación de los elementos de las sustancias reactivas. del suelo es el nivel de materia orgánica del mismo. c. Actualmente existe la piedra filosofal. El vermicompost, fertilizante orgánico por excelen- d. La Alquimia fue la base de la Química hasta finales cia, es el producto que sale del tubo digestor de la del siglo XIX. lombriz roja de California. Cuando hablamos de e. Ninguna de las anteriores. abonado y fertilización, nos referimos a la incorpo-2. Completa el siguiente párrafo: ración de materia orgánica y/o nutrientes mine- a. La Química es una ciencia que se encarga del estudio rales. La síntesis de ambos se encuentra en el vermi- de las ____________. compost, un fertilizante natural de extraordinaria b. La ___________ se destacó mucho en la Edad Media. calidad. c. Antiguamente se consideraba a toda sustancia com- puesta de: aire, ________, fuego y ____________. d. La teoría del flogisto se caracterizó por su explicación al fenómeno de la __________ e. Química ___________ es la ciencia que estudia al carbono y sus diferentes compuestos.3. Referente a la importancia de la Química, contesta: Relaciona la aplicación de los fertilizantes con la a. ¿De qué manera beneficia a la sociedad el estudio de importancia de la Química y menciona el tipo de la Química? industria con la que está relacionada esta rama de b. ¿De qué manera la perjudica? la Química. Competencias Específicas: Relaciona la química y su importancia con las diferentes ciencias de estudio.1. Clasifica cada una de estas aplicaciones según su 3. Asocia con las letras lo correcto. rama química y explica por qué. a. Gay Lussac ( ) Física nuclear a. Metabolismo de las grasas en el cuerpo hu- b. Mendeleev ( ) Estructura atómica c. Bohr ( ) Tabla periódica mano______________________________________ d. Arrhenius ( ) Volúmenes de los gases 4 __________________________. e. Rutherford ( ) Disociación electrolítica b. Comportamiento químico del hierro _____________ 4. Para determinar la vida promedio en el hallazgo de _____________________________. fósiles se aplica una técnica conocida como c. Cuantificación de glóbulos rojos en la sangre. Carbono 14, que implica un análisis de la composi- __________________________________________. ción y la cantidad de las sustancias que integraron al fósil. d. Compuestos cíclicos del carbono que contienen a. ¿Bajo qué rama de la Química consideras esta apli- azufre._____________________________________ cación? ___________________. b. ¿Qué significa para tí, un análisis cualitativo y cuan- e. Síntesis de vitaminas.__________________________ titativo? ___________________________.2. Escribe V de ser verdadero o F de ser falso: a. La Química Moderna nació en el siglo XVIII . ( ) b. Demócrito intentó explicar la naturaleza por medio de su teoría clásica de los cuatro ele- mentos: fuego, aire, agua y tierra. ( ) c. Paracelso fue un científico de la era moderna. ( ) 29
  19. 19. Unidad 1 Introducción al estudio de la QuímicaMétodo Científico Las Medidas de Masa (unidad patrón: kg), nos sirven para Es el conjunto de pasos a ser seguidos y empleados por el inves- medir el contenido de materia de un cuerpo u objeto. tigador, con el propósito de ampliar el conocimiento científico Las Medidas de Tiempo (unidad patrón: s), nos ayudan a medir de algún fenómeno observado, y que éste sea de aplicación útil cuán lentas y cuán veloces pueden ser las reacciones químicas. para el hombre. La Densidad nos permite realizar una comparación de ligereza Existen algunos modelos para describir el Método Científico, o pesadez entre sustancias. pero los más utilizados son el Inductivo (de lo particular a lo ge- El peso (fuerza física) es diferente a la masa. La masa es la neral) y el Deductivo (de lo general a los particular). misma en cualquier lugar del Universo. El peso varía en función El Modelo Inductivo tiene cinco pasos: Observación, de la gravedad en el Universo. Experimentación, Ley científica o natural, Hipótesis y Teoría. El Sistema Inglés es utilizado en USA y países de habla inglesa. Sus unidades no aumentan o disminuyen en potencias de 10,Sistemas de medición utilizados en Química por lo cual también se las conoce como medidas no métricas. La notación científica consiste en dejar el número de la forma Nx10n, donde 1≤n<10, nXZ -{0}, n será entero positivo si al Definición, evolución e importancia de la Química punto decimal se lo recorre hacia la izquierda del número, caso Química es la ciencia que estudia la composición, estructura, contrario será entero negativo. propiedades de las sustancias y su transformación en otras a Las Medidas de Longitud nos sirven para medir distancias y nivel atómico, molecular y macromolecular, sin que se alteren los tamaños de átomos o moléculas. Su unidad patrón es el metro elementos que las integran. (m). La Química tiene dos divisiones: Química Pura y Química Las Medidas de Superficie nos sirven para medir áreas de estruc- Aplicada. turas cristalinas (sal común) al nivel micro. La unidad en el SI es De la relación con otras ciencias se originan disciplinas intercien- el metro cuadrado (m2). tíficas como la Bioquímica, Astroquímica, entre otras; que Las Medidas de Volumen (unidad patrón: m3) y de pertenecen a la división de la Química Aplicada. Capacidad(unidad patrón: litro) son utilizadas en los laborato- Se suscitaron algunos hechos de suma importancia en la histo- rios de Química y en la vida cotidiana. Existen instrumentos que ria, los cuales ayudaron a la evolución de la Química como hoy nos permiten medir volúmenes como la probeta, matraz, entre la conocemos, obteniendo como resultado diversas aplicaciones otros. a nivel industrial. Competencias Específicas: Aplica principios, defini- ciones y límites aprendidos en esta unidad para determinar una posible solución de los problemas.1. Escribe V de ser verdadero o F de ser falso: d. Cada día en el mundo se consume aproximadamente 216 millones de píldoras de aspirina. ¿Cuántas se a. 4.1 x 10-7 + 1.35 x 10-9 + 2.13 x 10-5 ( ) consumen en un año? = 2.17 x 10-5 b. 210 °C es equivalente en el Sistema Inglés a 3. Observa la imagen de los granos: 483.15 K ( ) c. El peso es la medida de la cantidad de materia. ( ) d. Las propiedades macroscópicas son de fácil medición. ( ) e. La densidad del agua tiene un valor de 1000 kg/m3 ( ) f. Una hipótesis es una justificación a una teoría. ( ) g. Todas las sustancias químicas son beneficiosas para la humanidad. ( ) h. 210 pm son equivalentes a 2.1 x 10 cm -8 ( )2. Expresa las siguientes cantidades en notación cien- tífica: a. El tamaño promedio de un microbio: 0.000004 cm b. La cantidad de neuronas en el sistema nervioso: 10000000000 neuronas. a. ¿Se mueven o no los granos? c. Sauces, álamos y abedules son ejemplos de árboles b. ¿Existen diferencias entre mirar y observar? que pueden llegar a vivir hasta setenta años. Expresa c. ¿Todo científico o investigador sólo debería mirar este tiempo en segundos. algún fenómeno natural u objeto? 30
  20. 20. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química4. Realiza las siguientes conversiones: 8. El tiempo de solidificación es una medida de la a. 3.25 cm en pies : 2 2 _________________ capacidad de enfriamiento de un objeto, y depende de las dimensiones del objeto a enfriase. Si se tiene b. 208 °F en K: _________________ un objeto de forma cúbica cuya arista es 0.85 m. c. 6.07 g/ml en lb/pulg3: _________________ ¿Cuánto es el tiempo de solidificación d. 2 meses en segundos: _________________ V min Ts = Cm ------- ? Cm = 0.12 ----------, A: área de las cm e. 35.47 pies3 en dm3: _________________ A caras ,V: volumen del objeto.5. Completa las siguientes proposiciones: 9. Un vaso con líquido contenía 110.5 ml, luego se a. El método inductivo va de lo _____________ a lo adicionó cierta cantidad de perlas de hierro y el _________________. nivel del liquido marcó 111.71 cc. La densidad del b. En la notación científica generalmente se deja hierro es de 7.87 g/cc. Indica cuántas perlas aproximadamente se agregaron si se sabe que _____________ antes del punto decimal. cada perla tiene una masa de 500 mg. c. Existen 3 tipos de escalas de temperaturas muy uti- 10.El cloruro de sodio (sal común) se cristaliza en lizadas, las cuales son: Celsius, Fahrenheit y forma de cubos. Se sabe que la densidad relativa ___________ o también llamada escala de la sal es 1.79 y la masa de esta celda es _____________. 1.23 x 10-24 g. Con estos datos calcula la arista de esta celda en pm. Volumen de cubo = arista3 d. El prefijo ___________ equivale a 10-9. e. Generalmente los líquidos vienen expresados en 11. Un circuito eléctrico está compuesto de 3 resisten- cias colocadas en paralelo. Los datos para cada ___________________. una de estas resistencias son los siguientes: R1 = f. La ______________ es una ciencia que tiene por es- 1.52 x 105Ω, R2 = 43 x 106Ω, R3 = 0.25 x 104Ω. tudio el comportamiento de la materia, sus cambios y En base a estos datos contesta lo siguiente: propiedades. g. La densidad _____________ se la obtiene al dividir la densidad de una sustancia sobre la densidad del agua.6. Une con líneas según corresponda: a. Medir distancia método científico a. Determina cuál es la mayor resistencia b. Pasos ordenados masa b. ¿Cuál es el valor para la resistencia equivalente? Expresa tu resultado en notación científica. c. Medir flujo de calor longitud d. Relación masa-volumen capacidad La resistencia equivalente en paralelo se la determina e. Medir líquidos o gases densidad con la siguiente fórmula: 1/RE = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 +... f. Contenido de una sustancia temperatura 12. El ácido acetilsalicílico o aspirina es un analgési- g. Medir superficies volumen co (calma o alivia el dolor) y es un antinflamatorio. h. Medir cantidad de materia hipótesis Una píldora de aspirina tiene un diámetro de 1.2 i. Suposición área cm, un grosor de 6 mm y una masa de 0.5 gramos. Contesta las siguientes preguntas:7. Qué aplicación tiene la Química en: a. ¿Cuál es el área de una píldora? a. Electrónica: ________________________________ b. ¿Cuál el volumen de la píldora? __________________________________ c. ¿Cuál es la densidad de la píldora? b. Alimentos: _________________________________ d. ¿La píldora en el agua flota o se hunde? (asume que no es efervescente ) . __________________________________ e. ¿Qué rama de la Química y qué tipo de c. Cerámica: __________________________________ industria se relaciona con la elabo- __________________________________ ración de esta sustancia química? 31
  21. 21. Unidad 1 Introducción al estudio de la Química Competencias Específicas: Practicidad de los conocimientos teóricos. Identifica las diferentes aplicaciones de la química en la vida diaria.FERID MURAD, ganador del Premio Nobel de Medicina en 1998,estuvo de visita en nuestro país a finales de 2006. A él se le atribuye eldescubrimiento de cómo trabaja el óxido nítrico (NO) en el organismo,un gas cuyas propiedades son de mucha aplicación en el campo dela medicina. El NO al aplicarlo en el organismo en dosis controladashace que los vasos sanguíneos se dilaten, mejorando así la circulaciónde la sangre.Este descubrimiento ocurrió mientras él investigaba otra sustancia lla-mada GMP cíclica y otras intracelulares, para indagar cómo se trans-mite la información entre ellas. Un día observó que habían otras sus-tancias, las cuales, hacían dilatar los vasos sanguíneos y así empezóa investigar qué compuesto era y resultó ser el óxido nítrico.A raíz de este descubrimiento se conoce que el NO puede ser aplicadoen pacientes con hipertensión o diabetes que tienen una deficiencia deNO. También se lo puede administrar en bebés prematuros para mejorarsu respiración.Luego, las compañías farmacéuticas realizaron pruebas clínicas conpacientes y crearon medicamentos como el viagra (disfunción sexual),nitroposite (ataques cardiacos) e inhaladores (asma).Murad tiene un centro de investigación en Shangai (China), donde todavía sigue investigando junto con otroscientíficos otras alternativas para obtener el óxido nítrico de manera natural.Fuente: Diario El Universo, domingo 26 de noviembre de 20061. Respondo: a. El Dr. Murad descubrió el óxido nítrico por a. ¿Crees que el Dr. Murad aplicó algún método de pura casualidad o alguna corazonada. investigación para descubrir cómo reaccionan los b. El método científico no es una herramienta vasos sanguíneos en presencia del NO? útil al momento de realizar alguna investigación de cualquier índole. Sí No c. En el transcurso del trabajo para descubrir la apli- ¿Por qué?__________________________________ cación el óxido nítrico se necesitaron evaluar los resultados obtenidos hasta ese momento. __________________________________________ d. Ninguna de las anteriores. __________________________________________ 4. Uno con líneas según corresponda. b. Si utilizó algún método en particular. ¿Cuál hubiera sido el más adecuado? Expansión de los vasos sanguí- neos. Inductivo Deductivo2. Escribo V de ser verdadero o F de ser falso: a. Observación El NO ayuda a la circulación de b. Hipótesis la sangre. a. El Dr. Murad creó el viagra. ( ) b. A partir de la observación el Dr. Murad comen- c. Ley El NO ayuda a mejorar la circu- zó a investigar la nueva sustancia. ( ) lación de la sangre, porque di- c. La aplicación del óxido nítrico resultó ser el lata los vasos sanguíneos. producto de varias experimentaciones de tipo controlado. ( ) 5. Subrayo las ciencias que no tienen relación con el3. Encierro en un círculo el literal correcto: descubrimiento del NO. 32

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