QUIMICA

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CONQCIMIENTOS

ESPECIFICaS

DE QUIMICA

Este material ha sido preparado con el fin de atender las demandas de información y ejercitación de los estudiantes de enseñanza media en la asignatura de Química. Su contenido incluye las materias esenciales contempladas en los Programas de Química del Decreto 300/81, y sus modificaciones. En el desarrollo de todo el material se tendrán en cuenta las categorías de conducta que se espera alcanzar a través de los grandes objetivos del Programa:

Conocimiento Esta categoría se refiere fundamentalmente a: - Uso y definición correcta del vocabulario científico, - Información básica y hechos que sirven de base a la abstracción química, y 1 - Conociíniento de técnicas fundamentales que conllevan el desarrollo de una investigación.

Comprensión Las conductas involucradas en la comprensión de las generalizaciones capacitan al estudiante para: - Diferenciar lo verdadero de lo falso, - Explicar fenómenos químicos, - Inferir y formular hipótesis, - Ampliar la generalización a un nuevo contexto, - Interpretar correctamente una situación dada, - Jerarquizar los conocimientos en un orden lógico,

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- Ilustrar c0!lceptos y principios químicos, - Expresar sImbólicamente principios y leyes, - Predecir resultados, - Reconocer las implicancias de una generalización, - Obtener nuevas informaciones a partir de una generalización dada, y, finalmente, - Interpretar el mundo que nos rodea.

Aplicación

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1. LA MATERIA: PROPIEDADES y CLASIFICACION

En esta categoría se espera que el alumno sea capaz de resolver problemas pertenecientes a nuevas situaciones a partir de los conocimientos adquiridos. '

Investigación El estudiante debe mostrar habilidades para: - Identificar y definir problemas, - Formular hipótesis lógicas, - Interpretar datos presentados, en forma ordenada o no, en tablas o gráficos, - Definir operacionalmente conceptos químicos, - Extrapolar e interpolar datos, - Identificar variables, - Establecer relaciones sobre la base de antecedentes dados, - Evaluar hipótesis en función de datos, y - Reconocer causa y efecto para un fenómeno dado.

OBJETIVOS - Examinar algunos conceptos fU!ldamentales de la química relacionada con las propiedades de la matena. - Clasificar la materia en.función de su naturaleza simple o compuesta. , . . - Examinar las propiedades espeCificasde los diferentes estados de la materia. - Evaluar el aprendizaje de los conteni~os de química, mediante un conjunto de preguntas tIpO prueba conocimientos específicos.

CONTENIDOS Propiedades' y clasificación de la materia 1.1. Propiedades de la materia: Conceptos de materia, energía, propiedades físicas y químicas, densidad. 1.2. Clasificación de la materia.

DESARROLLO CONCEPTUAL Es obvio que antes de entrar a defi?ir cua!quier c~n~epto químico, debemos preguntarnos. qu~ estudia la qu.rmI~a. Podemos dar una multitud de defInICIOnesde esta CIenCia, 8 PreuOIversltano PreUOIvers,tano 9

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'dependiendo del enfoque científico y de los pre-supuestos lógicos que consideremos. Posiblemente definir la química como "la ciencia que trata de la composición de la materia, de sus propiedades y de las transformaciones que experimenta" sea suficientemente clara y general como para aceptarla al empezar su estudio y al concluirlo, tener nuestra propia conceptualización sobre lo que es la química.

Propiedades de la materia Es más fácil describir intuitivamente la materia, que definirla con precisión. Una propiedad (es decir, una característica o atributo) que presenta la materia es la de ocupar un lugar en el espacio, es decir, ocupar un volumen. La cantidad de materia que ocupa dicho volumen, se mide por otra propiedad denominada masa. La'masa de los cuerpos no debe ser confundida con otra propiedad de ellos: la de ser atraídos por la Tierra, es decir, su peso. Con la balanza comparamos masas de cuerpos y c0!1el dinamómetro medimos sus pesos. Hay que hacer notar, que el tamaño y la forma no son propiedades de la materia, sino atributos de objetos o cuerpos. El universo material se presenta a nuestros sentidos y observaciones como una mezcla de sustancias. Para identificar una sustancia debemos conocer sus propiedades. Estas pueden ser de carácter físico o químico. • Propiedades físicas Estas son función de su estado físico, únicamente. Pueden ser observadas y mensuradas sin que varíe, por ello, la naturaleza de la sustancia. Por ejemplo, son propiedades física de la materia, la densidad, el color, la dureza, la conductividad térmica o eléctrica, la maleabilidad (facilidad con que una sustancia puede convertirse en láminas delgadas por martilleo), la ductilidad (facilidad con que la sustancia puede estirarse en hilo) el punto de ebullición o de fusión, la capacidad calórica, la viscosidad, etc. Ciertas propiedades físicas dependen de la masa del cuerpo, como, por ejemplo, el volumen, peso, calor absorbi-

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do, etc., por tal razón se las denomina propiedades físicas extensivas. 4.00

3.56

3.00 2.89

2.00

1.17 1.00 0.845 0.70 0.455 0.21 100

200

300

VOLUMEN

400

500

(mi)

Re/acWn lineal entre los volúmenes de distintas sustancias y S!I! respectivas. masas. El volumen esftncwn lineal de la masa, por ser una propudad extenslva . d material (kg/I ó g/mi)

Vol. (mi)

Masa (kg)

1,40 Betún

500 325 150

0,70 0,455 0,21

2,60 Granito

450 325 175

1,17 0,845 0,455

8,90 Cobre

400 325 225

3,56 2,89 2,00

Densidmi constante para cada material. Propiedad intensiva.

10 Preunlversitano PreUnlversltano

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Por ejemplo, cuanto más masa de sustancia se tenga, tanto más grande es el valor del volumen. L~ 9ue ~o dependen de .la masa son llamadas propiedades ÍlSlcas.mt~~lvas. ~?r ~je~plo, la densidad, temperatura, magnetIzaclOn, preslOn, mdlce de refracción etc. Así la densidad, definida como la razón entre la masa de una s~tancia y ~u volum~n, será una propiedad intensiva ya que su valor es mdependlente de la cantidad de materia elegida.

• Propiedades químicas Estas ~escriben q~é .~uevas sustancias se pueden origin.ar a partIr de l~ pnmltlva y de otras ya conocidas. Por ejemplo, son propIedades químicas la reactividad de los ácidos, la reactividad del sodio con-el agua, etc. Estas propiedades hacen alusión a la capacidad, o falta de ella, que po_ seen las sustancias para dar origen a otras nuevas. C?t.roconcepto asociado a la materia es el de energía. TradICIOnalmente, ~e,?efine la energía como la "capacidad para efectua: trabaj? ' ya que todo. sistema capaz de realizar un trabajO constItuye una fuente de energía. Sin embargo, energía y tr.abajo no son ~inónimos.Aunque la energía no se pu~de ver nI tocar, aprecIamos y sentimos sus efectos. La energla se presenta en la naturaleza de diversas formas: - Energía potencial gravitacional (energía de altura o energía potencial). Se produce al levantar un cuerpo quedando almacenada en el sistema. ' · .- Energía cinética. Corresponde a la energía de moVImIentode ~ cu~rpo; es función ~e la velocidaddel cuerpo. · .- Energla electnca. Es propIa de los electrones en moVImIento ~ t~avés de circuitos eléctricos, condensadores y campos ~lectncos. Se puede tranformar en mecánica (motores), lummosa (bombillas), calórica (estufas), etc. - Energía potencial elástica. Se encuentra almacenada en los cuerpos elásticos cuando son deformados. -.Energía de radiación. Está contenida en la luz y en cualqUIer on~a electroma~ética (energía solar, etc.). --:-Energla ondulatona. Todas las ondas transportan energI~, ya sea en. forma de luz, sonido, sísmica, oceánica (energIa maremotnz), etc. 12 Preuniversitario

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- Energía eólica. Es la energía propia de los vientos, un tipo especial de energía cinética. - Energía calórica o térmica. Si dos sistemas que están a distintas temperaturas se ponen en contacto, el más caliente cede calor al de menor temperatura. Las pérdidas de energía causadas por rozamiento, generalmente, tienen lugar en forma de calor. - Energía química, molecular o atómica. A nivel de partículas, cuando se combinan los átomos para formar moléculas siempre hay un desprendimiento de energía, ya que la unión (enlace) de los.átomos implica una disminución de su energía potencial. En cambio, cuando se forman compuestos diferentes, al repidenarse los átomos de manera distinta a la original puede producirse un desprendimiento de energía (energía exergónica) o una absorción de energía (energía endergónica), ya que los productos de la reacción contienen, respectivamente, menos o más energía que los reactantes. - Energía nuclear. Procede de las fuerzas que mantienen unidas las partículas que constituyen el núcleo atómico. Cuando estas fuerzas son liberadas se produce la desintegración o fisión de los núcleos atómicos, que emiten partículas. Otras veces, la energía nuclear se genera a partir de la unión o fusión de dos o más núcleos, dando lugar a otro más estable y desprendiendo energía. La característica más relevante que presenta la energía es su facilidad para cambiar de una forma a otra. De acuerdo con la teoría desarrollada por Einstein, la masa es una de las manifestaciones de la energía (la equivalencia se expresa por la conocida fórmula E = mc2), es decir, la energía y la materia son dos formas de una misma cosa. Esta conclusión ha permitido combinar en una sola ley las antiguas leyes de conservación de la masa ("en las reacciones químicas la masa no se crea ni se destruye en cantidades apreciables", muy semejante a lo enunciado por Lavoisier) y la conservación de la energía ("en cualquier proceso la energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma de una forma a otra"). El enunciado de la ley combinada sería "la materia y la energía no pueden ser creadas ni destruidas, pero pueden ser cambiadas de unaforma a otra." I)e ella se desprende que es la suma global de ambas (masa y energía) lo que permanece invariable en un sistema de cambio. Preuniversitario

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'. Densidad La densidad propiamente dicha es la densidad de masa per~ el té~mino d~nsidad también se puede emplear en u~ sentIdo .mas amplIo, lo que da lugar a una gran diversidad de densIdades. El c(;mceptose puede extender a magnitudes distintas de masa ~~mo se~ a espacio uni o bidimensionales (longitud y Supe~ÍlcIe).AsI.' la densidad ?e pintura de una pared es la "t:ant~dad de pIntu~a por um~ad de superficie pintada; ladensId~d de algodo.n en un hIlo es la cantidad de algodón por umdad de longItud; la densidad de población es el número de personas por unidad de superficie' la densidad de ~rlas en un collar es el número de ellas po~ unidad de longItud, etc. Generalmente, empleamos la definición más simple de densidad: "cantidad de masa por unidad de volu~en". Per? ~sta definición es válida ~ólo para sistemas máSIcamente Isotropos, donde la densidad tiene el mismo valor en todos los puntos. Su expresión matemática es: Densidad = cantidad de masa unidad de volumen D = m g/mI v

;.!L, etc. m3

La mas~ y .el volumen son propiedades extensivas de ~na s,:stancIa; SIn embargo, la densidad es una propiedad Inte~~Iva: su valor depende sólo de la temperatura y de la preSIOno S:0n frecuencia es útil tener, en lugar de una escala de denSIdad absoluta, una escala ,de densidad relativa , donde , se expr~sa cuantas veces es mas o menos concentrada una sustanCIa con respecto a otra:

Densidad relativa = (Densidad sustancia A) (Densidad sustancia B)

1.2. Clasificación de la materia Las diferentes muestras de materia las podemos clasificar como: a) Sustancias que no son susceptibles de ser reducidas a materiales más simples, ni por medios físicos o químicos ordinarios. A estas materias las llamaremos elementos químicos. Se han identificado 106 elementos diferentes que comprenden representantes tan comunes como el hierro, cobre, plata, oro, hasta otros tan escasos y raros, como el lutecio, prometio y tulio. A cada elemento se le ha dado un nombre y representado por un símbolo, generalmente tomado de letras de su propio nombre. Por ejemplo, Oxígeno = o; Hidrógeno = H;Helio= He. En algunos casos estos símbolos derivan del nombre latino del elemento. Por ejemplo, Sodio (Natrium ) = Na; Potasio( Kalium) = K, etc. El símbolo también puede representar a un átomo de dicho elemento, la masa de un átomo de ese elemento (en unidades de masa atómica) y un mol de ese elemento (6,02 . 1023 átomos). b) Sustancias resultantes de la combinación de dos o más elementos diferentes. A estos los llamaremos compuestos químicos. Estas sustancias retienen su identidad en los cambios físicos, pero pueden ser separadas en dos o más sustancias por procedimientos químicos (por ejemplo, análisis) o físicos (por ejemplo, electrólisis, calor, etc.) Los compuestos se diferencian de las mezclas porque la composición ponCleral de los primeros es siempre constante. Los elementos y compuestos son sustancias puras, ya que su composición y. sus propiedades son uniformes en toda la extensión de la muestra. Existen muchas otras combinaciones de elementos y/o compuestos que presentan una composición uniforme y propiedades constantes, pero que no son sustancias puras: a estas combinaciones las denominamos mezclas homogéneas o soluciones y se caracterizan por encontrarse en una sola fase (porción de materia que presenta límites físico!:definidos; es decir, es una parte del sistema física y químicamente uniforme). Como ejemplo tenemos: el agua azucarada, la mezcla de agua y alcohol, las bebidas gaseosas, etc. Aquellas mezclas que presentan más de una fase se denominan mezclas

14 Preun,vers,tano Preumvers,tano

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heterogéneas. Los componentes de estas mezclas son físicamente ~i~cernibl,es;por lo tant~ la composición y sus propiedades Í1S1Cas vana~ de una reglO~a otra de la mezcla. Ejemplo: las planchas cmcadas, el marmol, un trozo de concreto, etc.' Como .veremos más adelante, la materia se puede clasificar cons1de~