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Mediciones Fundamentales

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NIVELACIÓN
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Mediciones Fundamentales
Ing. Grace Guevara, Mgtr.
Mediciones
Los químicos frecuentemente realizan mediciones que usan en
cálculos para obtener otras cantidades relacionadas.
Los diferentes instrumentos permiten medir las propiedades de
una sustancia:
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con la bureta, pipeta, probeta graduada y matraz volumétrico, el
volumen
con la balanza, la masa,
y con el termómetro, la temperatura.
Mediciones
Estos instrumentos proporcionan mediciones de propiedades
macroscópicas que pueden determinarse directamente. Las
propiedades microscópicas, en la escala atómica o molecular,
tienen que determinarse con un método indirecto.
Las unidades son esenciales para expresar correctamente las
mediciones
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UNIDADES DEL SISTEMA
INTERNACIONAL (SI)
En 1960 la Conferencia General de Pesos y
Medidas, que es la autoridad internacional en
cuanto a unidades, propuso un sistema métrico
revisado, al que se llamó Sistema Internacional
de Unidades (SI, del francés Système
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  • 1. Universidad Regional Amazónica IKIAM NIVELACIÓN QUÍMICA UNIDAD 2 Mediciones Fundamentales Ing. Grace Guevara, Mgtr.
  • 2. Mediciones Los químicos frecuentemente realizan mediciones que usan en cálculos para obtener otras cantidades relacionadas. Los diferentes instrumentos permiten medir las propiedades de una sustancia: con una cinta métrica se mide la longitud; con la bureta, pipeta, probeta graduada y matraz volumétrico, el volumen con la balanza, la masa, y con el termómetro, la temperatura.
  • 3. Mediciones Estos instrumentos proporcionan mediciones de propiedades macroscópicas que pueden determinarse directamente. Las propiedades microscópicas, en la escala atómica o molecular, tienen que determinarse con un método indirecto. Las unidades son esenciales para expresar correctamente las mediciones
  • 5. UNIDADES DEL SISTEMA INTERNACIONAL (SI) En 1960 la Conferencia General de Pesos y Medidas, que es la autoridad internacional en cuanto a unidades, propuso un sistema métrico revisado, al que se llamó Sistema Internacional de Unidades (SI, del francés Système Internationale d’Unites). Las mediciones que se utilizan frecuentemente en el estudio de la química son las de tiempo, masa, volumen, densidad y temperatura.
  • 8. MASA Y PESO Aunque los términos “masa” y “peso” suelen usarse indistintamente, en sentido estricto se trata de cantidades diferentes. Mientras que la masa es una medición de la cantidad de materia en un objeto, el peso, en sentido técnico, es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un objeto.
  • 9. Por ejemplo, una manzana que cae de un árbol es atraída hacia abajo por la gravedad de la Tierra. La masa de la manzana es constante y no depende de su ubicación, en tanto que el peso sí. La unidad de masa del SI es el kilogramo (kg). En química es más conveniente usar una unidad más pequeña, el gramo (g) 1kg = 1000 g = 1 x103 g
  • 10. Tabla de conversión de unidades
  • 11. EJERCICIOS Cuantas onzas hay en 1678 gr. Cuantas libras hay 547 kg.
  • 12. VOLUMEN La unidad de longitud del SI es el metro (m) y la unidad derivada del SI para volumen es el metro cúbico (𝑚3 ). No obstante, los químicos suelen trabajar con volúmenes mucho más pequeños, como el centímetro cúbico (𝑐𝑚3 ) y el decímetro cúbico (𝑑𝑚3):
  • 13. Otra unidad de volumen muy usada es el litro (L). Un litro es el volumen que ocupa un decímetro cúbico. Un volumen de un litro es igual a 1 000 mililitros (mL) o 1 000 𝑐𝑚3 1 L = 1 000 mL  = 1 000 𝑐𝑚3  = 1 𝑑𝑚3 y un mililitro es igual a un centímetro cúbico: 1 1 mL = 1 𝑐𝑚3
  • 15. Tabla de conversión de unidades
  • 16. EJERCICIOS Cuantos galones hay en 6525 litros. Cuantos litros hay en 52 𝑝𝑢𝑙𝑔3
  • 17. DENSIDAD La densidad es una propiedad intensiva y no depende de la cantidad de masa presente, por lo que la proporción de masa sobre volumen permanece sin cambio para un material dado; en otras palabras, V aumenta conforme lo hace m. Usualmente la densidad disminuye con la temperatura.
  • 18. La ecuación para la densidad es: Densidad= 𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 d= 𝑚 𝑉 su equivalente de gramos por mililitro (g/mL) se usan más frecuentemente para las densidades de sólidos y líquidos.
  • 22. EJEMPLOS Una pieza de platino metálico con densidad de 21.5 g/𝑐𝑚3 tiene un volumen de 4.49 𝑐𝑚3 . ¿Cuál es su masa? La densidad del ácido sulfúrico en cierto acumulador de automóvil es de 1.41 g/mL. Calcule la masa de 242 mL del líquido
  • 23. Escalas de Temperatura Son tres las escalas de temperatura que están en uso actualmente. Sus unidades son °F (grados Fahrenheit), °C (grados Celsius) y °K (kelvin). El kelvin es la unidad básica de temperatura del SI; se trata de una escala de temperatura absoluta. Por absoluta debe entenderse que el 0 de la escala Kelvin, denotado como 0 K, es la temperatura más baja que puede alcanzarse en teoría.
  • 24. Comparación entre las tres escalas de temperatura: Celsius, Fahrenheit y Kelvin
  • 25. A fin de convertir grados Fahrenheit a grados Celsius, se escribe: La siguiente ecuación se utiliza para convertir grados Celsius a grados Fahrenheit: Es posible usar la ecuación siguiente para convertir grados Celsius a kelvin
  • 29. EJERCICIOS Convierta: a) 327.58℃ (el punto de fusión del plomo) a grados Fahrenheit, b) 172.98℉ (el punto de ebullición del etanol) a grados Celsius y c) 77 𝐾, el punto de ebullición del nitrógeno líquido, a grados Celsius.
  • 30. EJERCICIOS Al poner a hervir cierta cantidad de agua en la ciudad de México, esta empieza a hervir a 97℃. ¿A cuántos K y ℉ corresponde?
  • 31. EJERCICIOS Si la temperatura del cuerpo humano es de 37.5℃ aproximadamente estando en condiciones normales. ¿A cuántos ℉ equivale? Una varilla de acero se estando a la intemperie registra una temperatura de 80 ℉. ¿A cuántos K y ℃ equivale?
  • 32. Manejo de los números Después de estudiar algunas unidades empleadas en química, ahora centraremos la atención en técnicas del manejo de números relacionados con mediciones, a saber, la notación científica y las cifras significativas.
  • 33. NOTACIÓN CIENTÍFICA  Es frecuente que los químicos trabajen con cifras muy grandes o muy pequeñas. Por ejemplo, en 1 g de hidrógeno elemental hay aproximadamente 602 200 000 000 000 000 000 000 átomos de hidrógeno.  Cada átomo de hidrógeno tiene una masa de apenas 0.00000000000000000000000166 g  Estos números son difíciles de manejar y es muy fácil que se cometan errores al usarlos en cálculos aritméticos.
  • 34. Sería fácil pasar por alto un cero o añadir un cero de más luego del punto decimal. Por consiguiente, cuando se trabaja con números muy grandes o muy pequeños se usa un sistema llamado notación científica. Sin importar su magnitud, todos los números pueden expresarse en la forma: N x 10𝑛 donde N es un número entre 1 y 10, y n, el exponente, es un entero positivo o negativo.
  • 37. 1. Exprese 568.762 en notación científica: 568.762 = 5.68762 102 2. Exprese 0.00000772 en notación científica: 0.00000772 = 7.72 10−6
  • 38. Manejo de la notación científica en operaciones aritméticas Adición y sustracción A efecto de sumar o restar con uso de la notación científica, primero escribimos cada cantidad, por ejemplo, N1 y N2, con el mismo exponente n. Luego, combinamos N1 y N2, sin que cambien los exponentes. Considere los ejemplos siguientes:
  • 39. Multiplicación y división La multiplicación de números expresados en notación científica requiere en primer término multiplicar de la manera usual N1 por N2 y los exponentes se suman. En el caso de la división con notación científica, dividimos del modo habitual N1 entre N2 y luego restamos los exponentes. Los ejemplos siguientes muestran la realización de estas operaciones:
  • 41. EJERCICIOS 450000 1270 530000 0.41 0.0065 Realiza la resta 6.67×104−3.61× 103 Realiza el producto (3.4× 106 )(4.2× 103 )
  • 42. CIFRAS SIGNIFICATIVAS Las cifras significativas aportan información sobre el resultado de medición. Ellas representan el uso de una o más escalas de incertidumbre en determinadas aproximaciones. Por ejemplo, se dice que 4,7 tiene dos cifras significativas, mientras que 4,07 tiene tres.
  • 43. REGLA 1: LOS DÍGITOS DIFERENTES DE CERO SON SIEMPRE SIGNIFICATIVOS. Es así que un número como 26.38 tendría cuatro cifras significativas, mientras que 7.94 tendría tres. El problema aparece con números tales como 0.009 80 o 28.09. Ahora bien, los ceros a la izquierda del primer número distinto de cero no son significativos, ya sea 0,03 (que tiene una sola cifra significativa) o 0,0000000000000395 (este tiene sólo tres)
  • 44. REGLA 2: CUALESQUIERA CEROS ENTRE DOS CIFRAS SIGNIFICATIVAS SON SIGNIFICATIVOS. Supongamos que tienes como resultado de una medición el número 406. Según la Regla 1, el 4 y el 6 son significativos. Pero ¿Qué sucede con el cero que forma parte de las decenas en este número? A estos se les llama “ceros apresados” y deben ser tenidos en cuenta. En resumen, Los ceros situados en medio de números diferentes de cero son significativos, ya sea 901 cm (que tiene tres cifras significativas) o 10,609 kg (teniendo cinco cifras significativas).
  • 45. Regla 3: los ceros al final de la parte decimal son significativos.  Veamos dos ejemplos de esta regla, con los ceros significativos en rojo  0.00500  0.03040  Y aquí otros dos ejemplos con los ceros significativos en rojo:  2.30×10−5  4.500×1012
  • 47. REGLAS DE REDONDEO • Primera: si se necesita expresar una medida con tres cifras significativas, a la tercera cifra se le incrementa un número si el que le sigue es mayor que 5 o si es 5 seguido de otras cifras diferentes de cero.  Ejemplo: 53,6501 consta de 6 cifras y para escribirlo con 3 queda 53,7; aunque al 5 le sigue un cero, luego sigue un 1 por lo que no se puede considerar que al 5 le siga cero (01 no es igual a 0). • Segunda: siguiendo el mismo ejemplo de tres cifras significativas: si la cuarta cifra es menor de 5, el tercer dígito se deja igual.  Ejemplo: 53,649 consta de cinco cifras, como se necesitan 3 el 6 queda igual ya que la cifra que le sigue es menor de 5; por lo que queda 53,6. • Tercera: cuando a la cifra a redondear le sigue un 5, siempre se redondea hacia arriba.  Ejemplo: si el número es 3,7500 se redondearía a 3,8.
  • 48. TAREA  Nombre las unidades básicas del SI importantes en química. Señale las unidades del SI para expresar lo siguiente: a) longitud, b) volumen, c) masa, d) tiempo, e) energía, f ) temperatura.  Escriba los números que se representan con los prefi jos siguientes: a) mega-, b) kilo-, c) deci-, d) centi-, e) mili-, f ) micro-, g) nano-, h) pico-.  ¿Cuáles unidades emplean normalmente los químicos para la densidad de líquidos y sólidos, así como para la de los gases? Explique las diferencias.  Describa las tres escalas de temperatura usadas en el laboratorio y en la vida cotidiana: Fahrenheit, Celsius y Kelvin
  • 49.  a) Normalmente, el cuerpo humano soporta temperaturas de 1058F sólo durante breves periodos sin que ocurra daño permanente en el cerebro y otros órganos vitales. ¿Cuál es esa temperatura en grados Celsius?  b) El etilenglicol es un compuesto orgánico líquido que se usa como anticongelante en radiadores de automóviles. Se congela a 211.58C. Calcule su temperatura de congelación en grados Fahrenheit.  c) La temperatura en la superfi cie solar es de unos 6 3008C. ¿Cuál es esa temperatura en grados Fahrenheit?  d) La temperatura de ignición del papel es de 4518F. ¿Cuál es esa temperatura en grados Celsius? 1.25 Convierta las temperaturas siguientes a kelvin: a) 1138C, el punto de fusión del azufre, b) 378C, la temperatura normal del cuerpo humano, c) 3578C, el punto de ebullición del mercurio.  Convierta las temperaturas siguientes a grados Celsius: a) 77 K, el punto de ebullición del nitrógeno líquido, b) 4.2 K, el punto de ebullición del helio líquido, c) 601 K, el punto de fusión del plomo.
  • 50.  El bromo es un líquido pardo rojizo. Calcule su densidad (en g/mL) si 586 g de la sustancia ocupan 188 mL.  La densidad del metanol, un líquido orgánico incoloro que se usa como solvente, es de 0.7918 g/mL. Calcule la masa de 89.9 mL del líquido.  Convierta las temperaturas siguientes a grados Celsius o Fahrenheit: a) 958F, la temperatura de un caluroso día veraniego, b) 128F, la temperatura de un frío día invernal, c) fi ebre de 1028F, d) un horno que funciona a 1 852°F y e) 2273.158C (en teoría, la temperatura más baja posible).
  • 51.  ¿Cuál es la ventaja del uso de la notación científica sobre la notación decimal?  Defina el concepto de cifra significativa. Analice la importancia de usar el número correcto de cifras significativas en las mediciones y cálculos.
  • 54. EXACTITUD Y PRECISIÓN  En el análisis de las mediciones y cifras significativas, es útil la diferenciación entre exactitud y precisión. La exactitud indica cuán cerca está una medición del valor verdadero de la cantidad medida. La precisión se refiere a cuán estrechamente concuerdan entre sí dos o más mediciones de la misma cantidad
  • 55.  La distribución de los hoyos creados por los dardos en el tablero muestra la diferencia entre precisión y exactitud. a) Buena exactitud y buena precisión.  b) Poca exactitud y buena precisión.  c) Poca exactitud y poca precisión.
  • 56.  La diferencia entre exactitud y precisión es sutil a la vez que importante. Por ejemplo, suponga que se pide a tres estudiantes determinar la masa de una pieza de alambre de cobre. Los resultados de dos pesadas sucesivas por cada estudiante son:  La masa verdadera del alambre es 2.000 g.  Los resultados del estudiante C no sólo son los más precisos, sino también los más exactos, ya que el valor promedio es más cercano al valor verdadero.
  • 58.  Una de ellas es una balanza monoplato, o granatario, que da la masa en gramos con solo una cifra decimal. La otra es una sofisticada balanza analítica que da la masa con cuatro cifras decimales.  Así, los resultados obtenidos utilizando el granatario tienen menor precisión que los obtenidos utilizando la balanza analítica.
  • 59. Relación entre la densidad, la masa y el volumen  La barra cilíndrica de acero inoxidable representada a continuación, tiene una densidad de 7,75 g/cm3. ¿Qué longitud de barra debemos cortar para separar 1,00 kg de acero? El volumen de un cilindro se encontrara en la contraportada posterior.
  • 60. Determinación de la densidad de un sólido con forma irregular: Ejercicio  En la Figura se pesa un trozo de carbón dos veces, suspendido de una balanza. Cuando el sólido se suspende en el aire, pesa 156 g; y cuando se suspende en agua a 20 ℃ pesa 59 g. ¿cuál es la densidad del carbón? La densidad del agua a 20 °C es 0,9982 g/ 𝑐𝑚3