El documento presenta una introducción a la química como ciencia, describiendo sus áreas de aplicación como la salud, energía y ambiente, materiales y tecnología, y alimentos. Explica los conceptos básicos de la química incluyendo la clasificación de la materia, sustancias, mezclas, elementos y compuestos. También cubre temas como átomos, moléculas, estados de la materia, y propiedades físicas y químicas.

1. Universidad Latina de Costa Rica Química General LCB-01 Profesora Adriana Largaespada Licenciada en Química

2. Química: una ciencia para el siglo XXI Química es el estudio de la materia y los cambios que ésta experimenta Áreas de aplicación de la Química: Salud (medicina, odontología, farmacia) Energía y ambiente Materiales y tecnología Alimentos y agricultura

3. Áreas de aplicación de la Química Salud Tres logros del siglo pasado han permitido prevenir y tratar las enfermedades: Las medidas de salud pública que establecen sistema de sanidad para proteger de enfermedades infecciosas La cirugía que permite a médicos y odontólogos curar casos potencialemente fatales La introducción de vacunas, antibióticos y demás medicamentos que hacen posible prevenir y tratar la diseminación de enfermedades microbianas

4. El estudio de la Química En comparación con otros temas es común creer que la química es más difícil esto pues el vocabulario es muy especializado. Sin embargo, cada uno de nosotros está más familiarizado con el tema de lo que parece. En todas las conversaciones se escuchan términos como “electrónica”, “salto cuántico”, “equilibrio”, “reacción en cadena”, “mezclas” “sustancias”, “reactivos”, “compuestos”. Además todos los días observamos y somos parte de la química, cuando cocinamos, cuando nos bañamos, cuando nos cepillamos los dientes, etc. El propósito de este curso es hacer que por un momento veamos y pensemos como un químico que desde el punto de vista macroscópico podamos ver, tocar y medir directamente y que también visualice las partículas y acontecimientos del mundo microscópico que no se pueden ver sin la tecnología moderna y sin la imaginación.

5. Clasificación de la Materia Al principio se definió química como el estudio de la materia y los cambios que ésta experimenta! Materia: es cualquier cosa que ocupa un espacio y que tiene masa*. Masa: es una medida de la cantidad de materia. Peso: es la fuerza que ejerce la gravedad sobre el objeto. * NO es lo mismo que masa! Ejemplo : una manzana posee la misma cantidad de masa en la tierra que en Júpiter; pero pesan distinto pues la gravedad de ambos planetas es diferente!!

6. Subtipos de Materia Subtipos de Materia Sustancias, elementos, Átomos y moléculas mezclas y compuestos

7. Sustancias, mezclas, elementos y compuestos Sustancia: es una forma de materia que tiene una composición definida (constante) y propiedades características. Las sustancias difieren entre sí en su composición y pueden identificarse por su apariencia, olor, sabor y otros. Ejemplos: agua, amoniaco, azúcar, oro, oxígeno. Mezcla: es una combinación de dos o más sustancias en la cual las sustancias conservan sus propiedades características. NO tienen composición constante. Ejemplos: aire, leche, cemento. 1. Mezclas Homogéneas : la composición es la misma en toda la disolución Mezclas 2. Mezclas Heterogéneas: su composición no es uniforme

8. Sustancias, mezclas, elementos y compuestos 1. Mezclas Homogéneas Ejemplo: una cucharada de azúcar disuelta en un vaso de agua Mezclas 2. Mezclas Heterogéneas Ejemplo: arena y virutas de hierro Cualquier mezcla (ya sea homogénea o heterogénea) se puede formar y volver a separar en sus componentes puros por medio físicos, SIN cambiar la identidad de dichos componentes.

9. Separación de Mezclas: por medios físicos Así el azúcar se puede separar del agua calendando y evaporando el agua. Para separar el Hierro de la Arena se puede usar un imán para recuperar las virutas de hierro.

10. Elementos y Compuestos Elemento: es una sustancia que no se puede separar en sustancias más simples por medios químicos. Tabla periódica de los elementos: los elementos se encuentran agrupados según sus propiedades químicas y físicas. Las filas horizontales se llaman periodos, las filas verticales se llaman grupos o familias. Elementos: pueden ser metales , No metales o Metaloides. También se pueden agrupar o hacer referencia a ellos en forma colectiva (por grupo). Compuesto: es una sustancia formada por átomos de dos o más elementos unidos químicamente en proporciones definidas. A diferencia de las mezclas los compuestos sólo pueden separarse en sus componentes puros por medios químicos (y no por medios físicos). Los átomos de la mayoría de los elementos pueden interactuar con otros para formar compuestos! combustión H 2 + O 2 H 2 O

12. Átomos y Moléculas Átomos: se define como la unidad básica de un elemento que puede intervenir en una combinación química. Está formado por partículas subatómicas principalmente: electrones, protones y neutrones. Moléculas: es un agregado de, por lo menos, dos átomos en una colocación definitiva que se mantienen unidos a través de fuerzas químicas (enlaces químicos). Moléculas diatómicas Existen Moléculas poliatómicas

13. Los tres estados de la materia Sólido : las moléculas se mantiene unidas en forma organizada, con poca libertad de movimiento. Líquido: las moléculas están unidas, pero NO en una posición tan rígida y se pueden mover libremente entre ellas. Gaseoso: las moléculas están separadas por distancias que son grandes en comparación con el tamaño de las moléculas. Los tres estados de la materia pueden ser convertidos entre ellos sin que cambie la composición de la sustancia. Ya sea por fusión, evaporación, congelación o condensación. fusión evaporación SÒLIDO LÌQUIDO GAS congelación condensación

14. Propiedades físicas y Químicas de la Materia Las sustancias se caracterizan por sus propiedades y por su composición. El color, punto de fusión y punto de ebullición son propiedades físicas. El agua líquida difiere del hielo sólo en apariencia, no en su composición. Por otro lado el enunciado “el hidrógeno gaseoso se quema en presencia de oxígeno gaseoso para formar agua” describe una propiedad química (en este caso la combustión ). Una propiedad física se puede medir y observar SIN que cambie la composición o identidad de la sustancia. Una propiedad química es aquella donde para observar esta propiedad se debe efectuar un cambio químico, en el caso antes descrito la combustión. Después de un cambio químico NO se pueden recuperar las sustancias originales.

15. Propiedades físicas y Químicas de la Materia Todas las propiedades de la materia que se pueden medir, pertenecen a una de dos categorías: Propiedades extensivas , que son aquellas que dependen de la cantidad de materia considerada. Ejemplo: la masa, el volumen. Propiedades intensivas , que son aquellas que NO dependen de cuánta materia se considere. Ejemplo: densidad, temperatura. NO es aditivo.

16. Medición y Unidades de Medición Medición es la forma que los químicos utilizan para obtener un número con una unidad apropiada. Por ejemplo, la cinta métrica mide longitud NO volumen, la pipeta, probeta miden volumen y NO temperatura, el termómetro mide temperatura y No longitud. De este modo existen unidades de medición, un sistema métrico revisado y actualizado que nos sirve para expresar mediciones en unidades métricas relacionadas entre sí directamente, este sistema se denomina el sistema internacional SI (Sistema Internacional de Unidades)

17. Medición y Unidades de Medición

18. Unidades del SI Masa 1 kg= 1 000 g = 1 x 10 3 g Volumen 1 cm3 = 1 mL 1 dm 3 = 1 x 10 -3 m 3 1 L = 1000 mL 1 L = 1 dm 3 Densidad = masa d= m Volumen V

19. Escalas de Temperatura En la actualidad se utilizan tres escalas de temperatura: Grados kelvin, K Grados Celsius, º C Grados Fahrenheit, ºF x º C = ( ºF – 32 ºF) * 5/9 x º F = ( 9/5 * ºC ) + 32 x K = º C + 273.15 ºC

20. Incertidumbre en las Mediciones Existen 2 tipos de números Exactos: cuyos valores se conocen con exactitud Inexactos : cuyos valores tiene cierta incertidumbre Precisión : es una medida de la concordancia de los valores medidos. Exactitud : se refiere a qué tanto las mediciones individuales se acercan al valor correcto o “verdadero”. CIFRAS SIGNIFICATIVAS : las cifras que son importantes en una medición, todos los dígitos de cierta medida, incluido, el incierto, se denominan así. Una masa de una medida que se da como 2.2 g tiene DOS cifras significativas. Una que se informa como 2.2405 tiene CINCO cifras significativas

21. Cifras Significativas (c.s.) - PAUTAS En cualquier medición todos los dígitos distintos de cero son significativos. Los ceros que están entre dígitos distintos de cero son significativos así 1005 kg tiene 4 c.s ., y 1.03 tiene 3 c.s . Los ceros al principio de cualquier número nunca son significativos así 0.02 g tiene 1 c.s .; y 0.0026 tiene 2 c.s. Los ceros que están al final del número después del punto decimal siempre son significativos así 0.0200 g tiene 3 c.s. , y 3.0 tiene 2 c.s. Cuando un número termina en ceros pero NO contiene punto decimal, los ceros podrían ser o no significativos. Ejemplo: 130 cm (puede tener 2 ó 3 c.s) Para esto se usa NOTACIÓN EXPONENCIAL N X 10 n de este modo 10 300 g se puede expresar como 1.03 x 10 4 (con 3 c.s) 1.030 x 10 4 (con 4 c.s) 1.0300 x 10 4 (con 5 c.s)

22. Cifras Significativas (c.s.) - CÀLCULOS La medición menos cierta empleada en un cálculo limita la certeza de la cantidad calculada. La respuesta final de todo cálculo debe informarse con un solo dígito incierto. MULTIPLICACIÓN Y DIVISIÓN El resultado debe informarse con el mismo número de c.s. que tiene la medición con menos c.s. ( si el resultado contiene más del número correcto de c.s. debe redondearse ) (6.221 cm) (5.2 cm) = 32.3492 cm 2 = redodeado a 32 cm2 4 c.s 2 c.s 2 c.s.

23. Cifras Significativas (c.s.) - CÀLCULOS Al redondear los números, examine el dígito que está más a la izquierda de los que se van a desechar: 1. Si el dígito más a la izquierda de los que se van a quitar es MENOR que 5 , NO se modifica el número precedente. Así 7.248 a 2 c.s. queda 7. 2 2. Si el dígito más a la izquierda de los que se van a quitar es MAYOR que 4 , el número precedente se incrementa en 1 Así 4.735 a 3 c.s . queda 4. 74; y el redondeo de 2.376 a 2 c.s. queda 2. 4

24. Cifras Significativas (c.s.) - CÀLCULOS SUMA Y RESTA El resultado NO puede tener más posiciones decimales que la medición que tiene menos posiciones decimales. 20. 4 1 posición decimal 1.32 2 3 posiciones decimales + 8 3 0 posiciones decimales 10 4.722 se deberá redondear a CERO posiciones decimales Quedando el resultado como 105

25. Análisis Dimensional Es una estrategia que ayuda a resolver problemas, multiplicando, dividiendo, utilizando factores de conversión, en el numerador y denominador, etc. Unidad dada x unidad deseada = unidad deseada unidad dada 1 pulg = 2.54 cm 1 lb = 453.6 g 1 mi = 1.6093 km