capitol 1 (1)

LLIÇÓ 1

© Pearson Educación, S. A. Química General: Capítulo 1

Propiedades de la materia

Materia: Ocupa espacio, tiene una propiedad llamadamasa y posee inercia.

Composición: Partes o componentes.Por ejemplo: H2O, 11,9% H y 88,81% O.

Propiedades: Características distintivas. Propiedades físicas y químicas.


Estados de la materia


1_15

Materia(materiales)

Sustancia Mezcla

Elemento CompuestoMezcla

homogénea(soluciones)

Mezclaheterogénea

Procesos físicos

Reacciones

químicas

Clasificación de la materia


Cifras significativas

Número

6,29 g0,00348 g9,01,0 × 10-8

100 huevos100 gπ = 3,14159

Cuente desde la izquierdaa partir del primer dígitodistinto de cero.

Suma y resta.

El resultado debe expresarsecon el mismo número de cifrasdecimales que la magnitud con menos cifras decimales.

1,140,611,67613,416

Cifrassignificativas

3322

infinitomala notación 13,4


Cifras significativasMultiplicación y división.

Utilice las cifras menos significativas.

0,01208 ÷ 0,236

Redondeo.

Se aumenta el tercer dígito,si el cuarto dígito es ≥ 5

Presente 3 cifras significativas.

10,235 12,4590 19,75 15,651

.

10,212,519,815,7

= 0,512

= 5,12 × 10-3


UnidadesUnidades SI:Longitud metro, mMasa kilogramo, kgTiempo segundo, sTemperatura kelvin, KCantidad mol, 6,022×1023 mol-1

Unidades derivadas SI:Fuerza newton, kg m s-2

Presión pascal, N m-2

Energía julio, kg m2 s-2 (joule)

Otras unidades comunes:Longitud ångstrom, Å, 10-8 cmVolumen litro, L, 10-3 m3

Energía caloría, cal, 4,184 JPresión

1 atm = 1,013 x 102 kPa1 atm = 760 mm Hg


Unidades erróneas

Mars Lander crash (1999)


Incertidumbres• Errores sistemáticos:

– Un termómetro podría dar lecturas 2 °C demasiado bajas.

• Errores accidentales:– Limitación al leer una escala.

• Precisión:– Reproducibilidad de la magnitud medida.

• Exactitud:– En cuánto se acerca al valor real.

© Pearson Educación, S.A. Química General: Capítulo 2

Los primeros descubrimientos químicos

Lavoisier 1774 Ley de conservación de la masa.

Proust 1799 Ley de la composición constante.

Dalton 1803-1888 Teoría atómica.


La teoría atómica de Dalton Cada elemento se compone de partículas diminutas denominadas átomos.

Los átomos no pueden ni crearse ni destruirse durante una transformación

química.

Todos los átomos de un elemento son semejantes.

Los compuestos se forman cuando los átomos de diferentes elementos se

combinan.

Dalton theory prediction: Law of Definite Proportions: if two elements form multiple compounds, the ratios of the

masses of the second element combining with a fixed mass of the first elements will be in ratios of small whole numbers.

EARLY DISCOVERIES AND THE ATOMIC THEORY

In forming carbon dioxide 2.66 g of oxygen combines with 1.00 g of carbon

In forming carbon monoxide, 1.33 g of oxygen combines with 1.00 g of carbon

1.33

1.00= 1.33

2.66

1.00= 2.66

2.66

1.33= 2


Diámetro atómico 10-8 cm Diámetro nuclear 10-13 cm

Estructura nuclear

Partícula Masa Cargakg uma Culombios (e)

Electrón 9,109 x 10-31 0,000548 –1,602 x 10-19 –1Protón 1,673 x 10-27 1,00073 +1,602 x 10-19 +1Neutrón 1,675 x 10-27 1,00087 0 0

1 Å


Isótopos, números atómicos y números de masa

Para representar la composición de cualquier átomo particular, empleamosel siguiente simbolismo:

A= número de masa Z = número atómico

Prentice-Hall © 2007 General Chemistry: Chapter 2 Slide 16 of 34

The Periodic tableAlkali Metals

Alkaline Earths

Transition Metals

Halogens

Noble Gases

Lanthanides and Actinides

Main Group

Main Group


La tabla periódica

• Muestra las masas atómicas.• Muestra los iones creados por los elementos del

grupo principal.• Muestra la configuración de electrones. • Ilustra las tendencias en las propiedades físicas y

químicas.

Estos puntos se tratarán con más detalle en su debido momento


El concepto de mol

• El conteo físico de los átomos es imposible.

• Debemos ser capaces de relacionar la masa medida de un elemento y algún número de átomos conocido aunque no se pueda contar.


El número de AvogadroUn mol es una cantidad de sustancia que

contiene el mismo número de entidadeselementales que el número de átomos de carbono-12 que hay en una cantidad de 12 g exactamente de carbono-12.

NA = 6,02214199 x 1023 mol-1

Johann Loschmidt(1821-1895)

Amedeo Avogadro(1776-1856)


Masa molar

• La masa molar, M, es la masa de un mol de una sustancia.

M (g/mol 12C) = A (g/átomos 12C) x NA (átomos 12C /mol 12C)


Combinación de varios factores en un cálculo: masa molar, constante de Avogadro y porcentajes de abundancia.El potasio-40 es uno de los pocos isótopos radiactivos naturales de elementos de número atómico bajo. Su porcentaje de abundancia natural entre los isótopos de potasio es 0,012 por ciento. ¿Cuántos átomos de 40K se toman al beber una taza de leche entera que contiene 371 mg de potasio?

Ejemplo


mK(mg) x (1g/1000mg) mK (g) x 1/MK (mol/g) nK(mol)

Convertir la masa de K(mg K) en moles de K (mol K)

Convertir los moles de K en átomos 40K

nK(mol) x NA átomos K x 0,012% átomos 40K

nK = (371 mg K) x (10-3 g/mg) x (1 mol K) / (39,10 g K)

= 9,49 x 10-3 mol K

átomos 40K = (9,49 x 10-3 mol K) x (6,022 x 1023 átomos K/mol K)x (1,2 x 10-4 40K/K)

= 6,9 x 1017 átomos 40K

Solución:


Compuestos moleculares


Algunas moléculasH2O2 CH3CH2Cl P4O10

CH3CH(OH)CH3 HCO2H


Masa molecular

HOO

H

H

HO

H

OHOHH

H

OH

Fórmula molecular C6H12O6Fórmula empírica CH2O

Glucosa

6 x 12,01 + 12 x 1,01 + 6 x 16,00

Masa molecular: utiliza la mezcla natural de isótopos,

= 180,18

Masa exacta: utiliza los isótopos más abundantes,

6 x 12,000000 + 12 x 1,007825 + 6 x 15,994915

= 180,06339


Halotano C2HBrClF3

M(C2HBrClF3) = 2MC + MH + MBr + MCl + 3MF

= (2 x 12,01) + 1,01 + 79,90 + 35,45 + (3 x 19,00)= 197,38 g/mol

Composición química

Razón en moles nC/nhalotanoRazón en masa mC/mhalotano


EjemploCálculo de la composición centesimal, en masa, de un compuesto.

Calcule la masa molarM(C2HBrClF3

) = 197,38 g/mol

Formule la razón y el porcentaje en masa de un mol de compuesto:

%17,12%10038,197

)01,122x(% =x=

gg

C


Ejemplo

%88,28%10038,197

)00,193(%

%96,17%10038,197

45,35%

%48,40%10038,197

90,79%

%51,0%10038,197

01,1%

%17,12%10038,197

)01,122(%

=xx

=

=x=

=x=

=x=

=xx

=

g

gF

g

gCl

g

gBr

g

gH

g

gC


Fórmula empírica

1. Escoger un tamaño de muestra arbitrario (100 g).2. Convertir las masas en cantidades, en moles.3. Escribir una fórmula.4. Convertir la fórmula en números enteros

pequeños.5. Multiplicar todos los subíndices por un número

entero pequeño que los convierta en números enteros.

Esquema en cinco etapas:


Determinación de las fórmulas empírica y molecular de un compuesto a partir de su composición centesimal en masa.

Etapa 1: calcule la masa de cada elemento en una muestra de 100 g.

62,58 g C, 9,63 g H 27,79 g O

El succinato de dibutilo es un repelente de insectos utilizado en las casascontra hormigas y cucarachas. Su composición es 62,58% de C; 9,63 % de H; y 27,79 % de O. Su masa molecular determinada experimentalmente es230 uma. ¿Cuáles son las fórmulas empírica y molecular del succinato de dibutilo?

Ejemplo


Etapa 2: convierta cada una de estas masas en una cantidad en moles.

OmolOg

OmolOgn

HmolHg

HmolHgn

CmolCg

CmolCgn

O

H

C

737,1999,15

179,27

55,9008,1

163,9

210,5011,12

158,62

=x=

=x=

=x=

Etapa 3: escriba una fórmula tentativa basada en estos números de moles.

Etapa 4: divida cada uno de los subíndices de la fórmula de prueba por el más pequeño (1,74).

C5,21H9,55O1,74

C2,99H5,49O

Ejemplo


Etapa 5: convierta a todos los subíndices en enteros.

Multiplique por 2 para obtener C5,98H10,98O2

La fórmula empírica es C6H11O2

Etapa 6: determine la fórmula molecular.

La masa de la fórmula empírica es 115 u.La masa de la fórmula molecular es 230 u.

La fórmula molecular es C12H22O4

Ejemplo

COMPOSITION OF CHEMICAL COMPOUNDSCOMBUSTION ANALYSIS

O2 + CxHyOz → x CO2 + y/2 H2O

% O can be calculated by difference(if the sample contains only C, H and O)

% C % H


Estados de oxidación

Los metalestienden a perderelectrones.Na Na+ + e-

Los no metalestienden a ganarelectrones.Cl + e- Cl-

Agentes reductores

Agentes oxidantes

Utilizamos el estado de oxidación para seguir la pista del número de electrones que un elemento gana o pierde.


Reglas para los estados de oxidación(por orden de preferencia)

1. El estado de oxidación (EO) de un átomo individual en un elemento libre es 0.

2. El total de los EO en todos los átomos en: i. Las especies neutras es 0.ii. Las especies iónicas es igual a la carga en el ión.

3. En sus compuestos, los metales alcalinos y los alcalinotérreos tienen un EO +1 y +2, respectivamente.

4. En los compuestos, el EO del flúor es siempre –1.


Reglas para los estados de oxidación

5. En sus compuestos, el EO del hidrógeno es +1.

6. En sus compuestos, el EO del oxígeno es –2.

7. En sus compuestos binarios con metales:

i. El EO de los halógenos es –1.

ii. El EO del Grupo 16 es –2, y

iii. el EO del Grupo 15 es –3.

Common oxidation states: main groups elements

Group 1 2 13 14 15 16 17

Li Be B C N O F

Na Mg Al Si P S Cl

K Ca Ga Ge As Se Br

Rb Sr In Sn Sb Te I

Cs Ba Tl Pb Bi

+1 +2 +3 +4 +3,+5 -2 -1

+1,+3 +2,+4 -2,+4, -1,+1,

+6 +3,+5,+7

Common oxidation states: transition elements

Group 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn

Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd

La* Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg

Ac

+3 +3,+4 +3,+4, +2,+3, +2,+4, +2,+3 +2,+3 +2 +1,+2 +2

+4 +5 +6 +7 -2,+3, +1,+3 +2,+4 +1 +1,+2

+5 +4,+6 +4,+6, +4 +1,+3, +1,+3

+7 +4


Asignación de los estados de oxidación.

¿Cuál es el estado de oxidación del elemento subrayado en cada una de las siguientes especies químicas? a) P4 ; b) Al2O3 ; c) MnO4

- ; d) NaH.

a) P4 es un elemento. P OS = 0b) Al2O3: O es –2. O3 es –6. Dado que (+6)/2=(+3), Al OS = +3.c) MnO4

-: EO neto = -1, O4 es –8. Mn OS = +7.d) NaH: EO neto = 0, regla 3 se cumple frente a regla 5, Na OS = +1

y H OS = -1.

Ejemplo

NAMES/FORMULAS: INORGANIC COMPOUNDS

Trivial names are used for common compounds.

A systematic method of naming compounds is known as a system of nomenclature.

these systematic rules are established periodically by the IUPAC (International Union of Pure an Applied Chemistry)


Elements

Names commonly end with “ium” (titanium, sodium, potassium..)Exceptions (old names): hydrogen, boron, carbon, silicon (Si), tin (Sn), lead (Pb), nitrogen, phosphorus, arsenic, antimony, bismuth, oxygen, sulfur, fluorine, bromine, chlorine, iodine, neon, argon, krypton, xenon, radon, tungsten (W), manganese, iron (Fe), cobalt, nickel, copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), zinc, mercury

Molts noms acaben en ”i” (titani, sodi, potassi, carboni...)Les excepcions son noms antics: hidrogen, bor, estany, plom, or, plata, ferro, níquel, clor, brom, tungstè (o wolframi), etc.

Muchos nombre acaban en ”io” (titanio, sodio, potasio, carbono.. )Las excepciones son nombres antiguos: hidrogeno, boro, estaño, plomo, oro, plata, hierro, níquel, wolframio, etc.

http://www.webelements.com/


Cations andanions

H+

hydrogen(+1) ionhydrogen(I) cation

ió hidrogen(+1)catió hidrogen(I)

ion hidrógeno(+1)catión hidrógeno(I)

Cl-

chloride ionchloride anion

ió cloruranió clorur

ion cloruroanión cloruro

NH4+

ammonium ionammonium cation

ió amonicatió amoni

ion amoniocatión amonio

Fe2+

iron(+2) ioniron(II) cation

ió ferro(+1)catió ferro(II)

ion hierro(+2)catión hierro(II)

O2-

oxide ionoxide anion

ió òxidanió òxid

ion óxidoanión óxido

Na+

sodium ionsodium cation

ió sodicatió sodi

ion sodiocatión sodio


Binary compounds with H

(non metals)

HFhydrogen fluoridefluorur d’hidrogen

fluoruro de hidrogeno

HClhydrogen chlorideclorur d’hidrogen

cloruro de hidrogeno

H2Shydrogen sulfidesulfur d’hidrogen

sulfuro de hidrogeno

BH3borane

boràborano

CH4methane

metàmetano

SiH4silane

silàsilano

PH3phosphine

fosfinafosfina

NH3ammoniaamoníac

amoniaco

H2O

HBrhydrogen bromidebromur d’hidrogen

bromuro de hidrogeno

HIhydrogen iodideiodur d’hidrogen

yoduro de hidrogeno


Binary compounds with H

(metals)

LiHlithium hydride

hidrur de litihidruro de liti

AlH3aluminum hydride

hidrur d’aluminihidruro de aluminio

CaH2calcium hydridehidrur de calci

hidruro de calcio


Binary compounds with O

(oxides)

SO2sulfur(IV) oxide(sulfur dioxide)

òxid de sofre(IV)(diòxid de sofre)

óxido de azufre(IV)(dióxido de azufre)Na2O

sodium oxide

òxid de sodiòxid sòdic

óxido de sodioóxido sódico

CaOcalcium oxideòxid de calci

óxido de calcio

N2O5nitrogen(V) oxide

(dinitrogen pentoxide)

òxid de nitrogen(V)(pentaòxid de dinitrogen)

óxido de nitrógeno(V)(pentaóxido de dinitrógeno)

Fe2O3iron(III) oxide

(diiron trioxide)

òxid de ferro(III)(triòxid de diferro)

óxido de hierro(III)(trióxido de dihierro)

Al2O3aluminum oxide

(dialuminum trioxide)

òxid d’alumni(triòxid de diferro)

óxido de aluminio(trióxido de dialuminio)


Binary compounds(halides, sulfides,

etc)

Ag2Ssilver(I) sulfide

sulfur de plata(I)sulfuro de plata(I)

HgI2mercury(II) iodide

iodur de mercuri(II)yoduro de mercurio(II)

SrBr2strontium bromidebromur d’estronci

bromuro de estroncio

MoF6molybdenum(VI) fluoride

fluorur de molibdè(VI)fluroro de molibdeno(VI)

Al3S2aluminum sulfidesulfur d’alumini

sulfuro de aluminio

OF2oxygen fluoridefluorur d'oxigen

fluoruro de oxígeno

Na3Psodium phosphide

fosfur sòdicfosfuro sódico

ICl3iodine(III) chlorideclorur de iode(III)

cloruro de yodo(III)

Li3Nlithium nitride

nitrur de litinitruro de litio


Pseudobinary compounds

Co(OH)2cobalt(II) hydroxide

hidròxid de cobalt(II)

hidróxido de cobalto(II)

KOHpotassium hydroxide

hidròxid de potassi(hidròxid potàssic)

hidróxido de potasio(hidróxido potásico)

NaCNsodium cyanide

cianur de sodi

peróxido de sodio

Ca(HS)2calcium hydrogen sulfide

Calcium hydrosulfide

hidrogensulfur sòdico

hidrogenosulfuro sódic

H2O2hydrogen peroxide

peròxid d’hidrogen

peróxido de hidrógeno

Na2O2sodium peroxide

peròxid de sodi

peróxido de sodio

BaO2barium peroxide

peròxid de bari

peróxido de bario

Pb(NH2)2lead(II) amide

amidur de plom(II)

amiduro de plomo(II)


OxoacidsHNO2

nitrous acidàcid nitrós

ácido nitroso

H2PHO3 (H3PO3)phosphorous acid

àcid fosforósácido fosforoso

H3PO4phosphoric acid

àcid fosfòricácido fosfórico

H3BO3boric acidàcid bòric

ácido bórico

H2CO3carbonic acidàcid carbònic

ácido carbónico

H4SiO4silicic acidàcid silícic

ácido silícico

H2SO3sulfurous acidàcid sulfurós

ácido sulfuroso

H2CrO4chromic acidàcid cròmic

ácido crómico

HMnO4permanganic acidàcid permangànic

ácido permangánico

HNO3nitric acidàcid nítric

ácido nítrico

H2SO4sulfuric acidàcid sulfúric

ácido sulfurico


Oxoanionsand derivatives

NO3-

nitrate anionanió nitrate

anión nitrato

CO32-

carbonate anionanió carbonat

anión carbonato

HCO3-

hydrogencarbonate anionanió hidrogencarbonat

anión hidrogenocarbonato

NO2-

nitrite anionanió nitrit

anión nitrito

PHO32- (HPO3

2-)phosphite anion

anió fosfitanión fosfito

PO43-

phosphate anionanió fosfat

anión fosfato

HPO42-

hydrogenphosphate anionanió hidrogenfosfat

anión hidrogenofosfato

H2PO4-

dihydrogenphosphate anionanió dihidrogenfosfat

anión dihidrogenofosfato


Oxoanionsand derivatives

Cr2O72-

dichromate anionanió dicromat

anión dicromato

SO32-

sulfite anionanió sulfit

anión sulfito

HSO3-

hydrogensulfite anionanió hidrogensulfit

anión hidrogenosulfito

SO42-

sulfate anionanió sulfat

anión sulfato

HSO4-

hydrogensulfate anionanió hidrogensulfat

anión hidrogenosulfato

MnO4-

permanganate anionanió permanganat

anión permanganato

CrO42-

chromate anionanió cromat

anión cromato


Oxoanionsalts

Na2Cr2O7sodium dichromate

dicromat sòdicdicromato sódico

BaSO3barium sulfitesulfit de bari

sulfito de bario

CoCO3cobalt(II) carbonate

carbonat de cobalt(II)carbonato de cobalto(II)

VPO4vanadium(III) phosphate

fosfat de vanadi(III)fosfato de vanadio(III)

Sn(NO3)2tin(II) nitrate

nitrat d’estany(II)nitrato de estaño(II)

KMnO4potassium permanganate

permanganat potàssicpermanganato potásico

PbCrO4lead(II) chromate

cromat de plom(II)cromato de plomo(II)

Ca(H2PO4)3calcium dihydrogenphosphate

dihidrogenfosfat càlcicdihidrogenofosfat cálcico

CuSO4·5H2Ocopper(II) sulfate pentahydratesulfat de coure(II) pentahidrat

sulfato de cobre(II) pentahidrato

NH4NO2ammonium nitrite

nitrit amònicnitrito amónico

Dissolucions: mesures de la concentració

• Molaritat (M): mols solut/litre dissolució• Normalitat (N): A extingir• Molalitat (m): mols solut /kg dissolvent• % en pes: grams solut/100 grams dissolució• densitat: grams dissolució /cm3 dissolució

• S’entén per dissolució qualssevol mescla homogènia de 2 (o més) components. Enquímica el més habitual és trobar-se dissolucions d’un sòlid (habitualment una sal) enaigua• En el cas de sals dissoltes en aigua cal tenir present que la sal es dissocia en el seusions (P.e.: Na+ i Cl-) en el moment de dissoldre’s.

Exemple: Trobeu la molaritat i la molalitat d’una dissolució de sulfat càlcic al 4,6% sabent que la seva densitat és de 1,01 g.cm-3

Gasos (ideals)

P.V = n.R.T R = 0,082 atm.l.mol-1.K-1

Densitat: (on M és la massa molecular)

Condicions normals: 1 atm. i 0ºC (!!##??) V = 22,4 l.1 atm i 25ºC V = 24,4 l.

Unitats de pressió (recordatori)1 N/m2 = 1Pa.1 bar = 105 Pa.1 atm = 1,013 x 102 kPa.1 atm = 760 mm Hg (torricelli)

PROBLEMES:1. Opereu conservant el nombre correcte de xifres significatives:

a) 4,0x10-5 + 323x10-8 - 56,4x10-7

b) (740 x 3,1x104 / 232x102 ) + 0,45x102

2. El bor natural està format per un 80,20% de B11 (11,009 uma) i la resta d’unisòtop desconegut. Si la massa del bor atòmic és 10,811 uma, quina és la massad’aquest isòtop desconegut?

3. Tres mostres d’oxigen de 120,00 g cadascuna es combinen amb 344,84, 172,42i 114,95 g de sodi per formar, respectivament, l’òxid, el peròxid i el superòxidde sodi, respectivament. Trobeu les fórmules empíriques d’aquests trescompostos.

4. El sorbitol (edulcorant que substitueix el sucre) té una massa molecular de 182uma i la seva composició és de 39,56% en C, 7,74% en H i 52,70% en O.Trobeu la fórmula empírica i molecular del sorbitol.

5. Ens ofereixen dos fertilitzants: NaNO3 i NH4NO3 als preus respectius de 0,15 i0,20 €/kg. Si el que ens interessa del fertilitzant és el seu contingut en nitrogen,quin dels dos fertilitzants és més econòmic?

6. Trobeu la composició en % dels compostos: a) Pb(OH)2 ; b) NaIO3 ; c)C4H10O

7. Calculeu el nombre d’àtoms d’hidrogen en a) 1 l d’aigua (densitat : 1g/cm3) ;b) 1 l. de butà (C4H10) a 25ºC i 1 atm. de pressió; c) 100 g de sucre (C12H22O11)

8. Trobeu els nombres d’oxidació de tots els elements en les fórmules següents:a) HClO4 ; b) NO2 ; c) ReO4

2- ; d) CoBr(OH) ; e) Ca(H2PO4)2 ; f)[Ni(NH3)6]2+ ; g) BaO2 ; h) Futbolà (C60) ; i) Al (NH4)(SO4)2 ; j) Cr2O7

2-

capitol 1 (1)

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