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1 MATERIA Pre – Universitario 2021-2 1 2 QUÍMICA • La QUÍMICA es una rama de las ciencias naturales, que estudia a la MATERIA y nos da a conocer su composición, estructura, propiedades y sus procesos de trasformación. • Es una ciencia experimental, debido a que de la observación- experimentación se infieren los principios generales de la química. 3 La química es la ciencia que asocia las propiedades de la materia con su composición íntima. Todos los materiales que utilizamos está constituido por sustancias y/o mezclas, y por lo tanto, la química se puede considerar la ciencia de las cosas cotidianas. 4 Hasta los nanomateriales de de sus héroes favoritos ya son posibles debido a los avances de la nanotecnología, ciencia estrechamente relacionada con el estudio de la estructura de la materia y sus transformaciones Aportes de la química a la Sociedad https://www.youtube.com/watch?v=y6Zl7MsXbag QUÍMICA 5 CAMPOS DE LA QUÍMICA 6 Indique si cada una de las siguientes proposiciones es verdadera (V) o falsa (F), según corresponda. I. La química estudia las propiedades de las sustancias. II. La química estudia la composición de la materia. III.La química estudia los cambios que experimenta la materia. A) VVV B) VVFC) VFV D) VFF E) FVF PROBLEMA : 1 Rpta: A 7 PROBLEMA : 2 Rpta: E La química es una ciencia experimental que estudia la estructura de la materia, su composición, reacciones y sus relaciones entre sí. En este contexto, identifique ¿qué actividad no tiene una relación directa con la química? A)La química molecular (cocina molecular) B)La síntesis de elementos radiactivos C)La génesis de los minerales en la litósfera D)La síntesis de los elementos en las estrellas E)Comportamiento sociológico de la sociedad de químicos de la UNI. 8 La materia es todo aquello que existe en el universo y que presenta dos propiedades fundamentales: la inercia relacionada con al masa y la extensión, relacionada con ocupar un volumen en el espacio. De acuerdo a su composición toda materia se clasifica en sustancia, cuando su composición es constante e invariable y en mezcla, cuando su composición puede variar. MATERIA 9 Las sustancias son la variedad de materia cuya composición es definida, constante, invariable y cuyas propiedades son independientes de su origen. SUSTANCIA 10 La sustancia simple, sustancia elemental o elemento químico, son aquellas sustancias que por cambios químicos convencionales no pueden descomponer en otras sustancias más simples. Sus unidades químicas pueden ser átomos o moléculas, constituida por átomos de igual Z. ELEMENTO 11 La sustancia o compuesto químico, son aquellas sustancias que por cambios químicos convencionales pueden descomponer en otras sustancias más simples. Sus unidades químicas, los pares iónicos o moléculas, están constituidas por átomos de diferente Z. Las sustancias compuestas se pueden separar por medios químicos COMPUESTO 12 MEZCLAS Resultan de la adición de dos o más sustancias. Cabe resaltar la utilización del vocablo adición para denotar que cada sustancia conserva su identidad y que pueden ser recuperados por procesos físicos, tales como la sedimentación, decantación, filtración, centrifugación tamizado, imantación, etc. Las mezclas pueden tener composición constante, pero puede variar, sus propiedades depende del origen y se pueden clasificar en mezclas homogéneas y heterogéneas. 13 14 SEPARACIÓN DE MEZCLAS 15 PROBLEMA : 3 Rpta: E ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es INCORRECTA? A)Materia es todo aquello que posee masa y volumen. B)La materia se puede clasificar como sustancia y mezcla. C)Sustancia es la variedad de materia de composición constante e invariable. D)Algunos elementos químicos se encuentran en la naturaleza bajo diferentes formas alotrópicas. E) Las sustancias simples son la variedad de materia que se puede descomponer en formas más simples por cambios químicos convencionales. 16 PROBLEMA : 4 Rpta: C Identifique como verdadera (V) o falsa (F), según corresponda a cada una de las siguientes proposiciones: I. Los compuestos químicos se separan en sus correspondientes elementos por procedimientos químicos. II.Una sustancia compuesta está formada por la mezcla de dos o más sustancias simples. III. Las mezclas homogéneas se pueden separar por filtración. A) VVV B) VVF C) VFF D) FFV E) FVF 17 PROBLEMA : 5 Rpta: A Variedad de materia de composición uniforme, pero que puede variar y cuyas propiedades son dependientes de su origen. Esta descripción corresponde a A) una mezcla homogénea. B) una mezcla heterogénea. C) un compuesto. D) un elemento. E) una sustancia. 18 CRISTALIZACIÓN Sirve para separar sólidos disueltos en un líquido, basados en las diferencias de solubilidad en caliente y en frío DESTILACIÓN Se utiliza para separar líquidos disueltos y se basa en la diferencia de temperaturas de ebullición de que los componente. Cristales de sulfato de cobre obtenidos mediante cristalización Alambique o destilador Técnicas de separación de mezclas homogéneas 19 EVAPORACIÓN Sirve para recuperar sólidos de las soluciones acuosas, basados en la evaporación del solvente CROMATOGRAFÍA Se utiliza para separar componentes de una mezcla basados en la diferencia de movilidad de los componentes entre una fase estacionaria y una fase móvil. Recuperación del NaCl, por la evaporación del agua. 20 La gravedad separa los componentes de una mezcla con distinta densidad. FILTRACIÓN Permite separar los componentes de una suspensión, usando papel filtro. TAMIZADO Separación de dos sólidos de distinto tamaño de grano con un tamiz o criba que deje pasar sólo a los de menor tamaño SEDIMENTACIÓN DECANTACIÓN 21 FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS Fenómenos físicos.- son aquellos cambios en los que las sustancias no se transforman en otras diferentes, debido a que no se altera su estructura interna. Fenómenos químicos.- son aquellos cambios en los que las sustancias se transforman en otras diferentes, debido a que se altera su estructura interna. 22 23 Son aquellas propiedades que son independientes de la cantidad que se trate, es decir no dependen de la masa. Esta propiedades de obtienen por la relación de 2 propiedades extensivas y no son aditivas. P ro pi ed ad es in te ns iv as 24 Son cualidades que dependen de la cantidad de masa, son aditivas se cuantifican para toda la cantidad de materia en el sistema, es decir cambian de valor al cambiar la extensión 25 Propiedades extensivas Propiedades intensivas • Cambian las propiedades cuando varía el tamaño de la muestra. • Dependen de su extensión. • son aditivas. • No permite identificar a una sustancia, son propiedades generales. • Ej.: peso, masa, volumen, inercia, fuerza, área, impenetrabilidad, porosidad. • No cambian las propiedades cuando varía el tamaño de la muestra. • No dependen de su extensión. • No son aditivas • Permite identificar a una sustancia, son propiedades específicas. • El cociente de 2 propiedades extensivas es una prop. Intensiva. • Ej.: color, densidad, viscosidad, presión, dureza, maleabilidad, solubilidad, propiedades químicas,… 26 Son cualidades o atributos que nos permiten identificar o diferenciar una sustancia de otra. Hg Na • Estado físico: líquido (a 25oc) • T. f.: -38,4ºC • T. e.: 357 ºC • D = 13,6 g/mL • Color: blanco plateado • Muy tóxico • c.e.: 0,033 cal/g.ºC • Estado físico: sólido (a 25oc) • T.f.: 97,8 ºC • T.e.: 892 ºC • D = 0,97 g/mL • Blanco plateado • Reacciona con rapidez con el agua • Inerte en gasolina PROPIEDADES DE LA MATERIA 27 PROPIEDADES QUÍMICAS Una propiedad química es aquella propiedad que al ser medida, implica un cambio de la identidad química de la sustancia. Cuando se enfrenta una sustancia química a distintos reactivos o condiciones experimentales puede o no reaccionar con ellos. Las propiedades químicas se determinan por ensayos químicos y estánrelacionadas con la reactividad de las sustancias químicas. Son ejemplos de propiedades químicas la inflamabilidad, la combustibilidad, la reactividad, la corrosividad, corrosibilidad, etc. Corrosibilidad Reactividad Oxidabilidad Combustibilidad 28 Las propiedades físicas de la materia son aquellas características propias de la sustancia, que al ser observadas o medidas no producen nuevas especies químicas, por ejemplo: Olor, color, sabor, forma cristalina, temperatura de fusión, temperatura de ebullición, densidad, viscosidad, tensión superficial, presión de vapor, solubilidad, dureza, brillo, maleabilidad, ductibilidad, conductividad. PROPIEDADES FÍSICAS Viscosidad Tensión superficial Densidad 29 30 PROBLEMA : 6 Rpta: C En relación al ozono (O3(g)), y oxígeno gaseoso (O2(g)) ¿cuántos enunciados son correctos ? I. Son sustancias simples o elementales. II.Son variedades alotrópicas del oxígeno. III. El ozono es un compuesto químico. IV. La mezcla de ambas sustancias elementales forma un mezcla heterogénea. A) 0 B) 1 C) 2 D) 3 E) 4 31 PROBLEMA : 7 Rpta: D Indique la alternativa CORRECTA, en relación a los estados de agregación de la materia. A) La sublimación es el cambio de la fase sólida a la fase líquida. B) La vaporización es el cambio de fase sólida a la fase vapor. C) La condensación es el paso de la fase líquida a la fase sólida. D) La licuefacción es el cambio de la fase gaseosa a la fase líquida. E) La solidificación es la sublimación inversa. 32 PROBLEMA : 8 Rpta: D Indique la alternativa CORRECTA, en relación a los estados de agregación de la materia. A) La sublimación es el cambio de la fase sólida a la fase líquida. B) La vaporización es el cambio de fase sólida a la fase vapor. C) La condensación es el paso de la fase líquida a la fase sólida. D) La licuefacción es el cambio de la fase gaseosa a la fase líquida. E) La solidificación es la sublimación inversa. 33 Señale la alternativa que contiene a una mezcla heterogénea, una solución y una sustancia en ese orden, respectivamente. A) Granito, agua dura, agua pesada(D2O). B) Agua residual, agua potable, agua regia. C) Granito, bronce, agua oxigenada. D) Leche de magnesia, aire, petróleo. E) Gasolina, bencina, ozono. PROBLEMA : 9 Rpta: A 34 En un laboratorio de Química de la UNI se realizó el análisis de una muestra de calcita (un mineral del carbonato de calcio) con una masa de 27 g y un volumen de 10 mL, reportándose los siguientes resultados: sólido de color blanco, punto de fusión de 1710 °C, dureza 3 en la escala de Mohs y reacciona en ácido clorhídrico produciendo efervescencia. Respecto de estas propiedades resaltadas, marque lo correcto: A) Hay 5 propiedades físicas y 2 propiedades químicas. B) Hay 6 propiedades intensivas y una propiedad extensiva. C) Hay 6 propiedades físicas y una propiedad química. D) Todas las propiedades son intensivas. E) Hay 2 propiedades extensivas y 5 propiedades físicas intensivas. PROBLEMA : 10 Rpta: C 35 Respecto a la clasificación de la materia, indique cuál de las siguientes alternativas es incorrecta. A) Materia es todo aquello que posee masa y volumen. B) Materia y energía se relacionan según la expresión E = mc2 . C) Sustancia es la variedad de materia de composición constante, definida e invariable, cuyas propiedades son independientes de su origen. D) Todos los elementos químicos se encuentran en la naturaleza bajo diferentes formas alotrópicas. E) Los elementos químicos son la variedad de materia que no se puede descomponer en formas más simples. PROBLEMA : 11 Rpta: D 36 La sustancia A es un sólido a temperatura ambiente (25 ºC). A 500 ºC una muestra de esta sustancia se encuentra en estado líquido; si el líquido se enfría a temperatura ambiente ya no logra solidificar. ¿Qué se puede concluir sobre A? A) La sustancia A es elemento químico y se produjo un cambio químico. B) La sustancia A es un elemento químico y se produjo un cambio físico. C) La sustancia A es un compuesto químico y se produjo un cambio químico. D) La sustancia A es un compuesto químico y se produjo un cambio físico. E) La sustancia A es una mezcla homogénea. PROBLEMA : 12 Rpta: C 37 Respecto a las variedades de materia, indique la alternativa incorrecta: A) Las sustancias tienen composición y propiedades definidas, independientes de su origen. B) El gas natural es una mezcla heterogénea. C) Los componentes de una mezcla se pueden separar por medios físicos. D) Algunos métodos de separación de mezclas heterogéneas son: sedimentación, decantación, filtración, centrifugación y tamizado. E) Los compuestos tienen composición definida y pueden descomponerse por medios químicos. PROBLEMA : 13 Rpta: B 38 Con relación a las diferentes variedades de la materia, relacione correctamente los términos propuestos: i. Material de composición constante e invariable. ii. Material uniforme de composición variable. iii. Material que se separa por medios físicos. iv. Material de punto de fusión definido y que puede descomponerse por medios químicos. A) Compuesto B) Mezcla C) Mezcla homogénea D) Mezcla heterogénea E) Sustancia PROBLEMA : 14 Rpta: A 39 El agua oxigenada es una mezcla que contiene agua y peróxido de hidrógeno. Es un líquido incoloro, que tiene aplicaciones tales como blanqueador de pieles, desinfectante y oxidante, con una densidad de 1 g/mL. Al respecto de las características subrayadas, indique cuál de las siguientes proposiciones es incorrecta. A) Una propiedad química del agua oxigenada es ser oxidante. B) Las propiedades físicas que se indican es su densidad y color. C) Hay igual número de propiedades físicas y químicas. D) Su capacidad blanqueadora es una propiedad química. E) La propiedad química de ser blanqueador de pieles es intensiva. PROBLEMA : 15 Rpta: C 40 41 Glosario • ALEACIÓN.- Mezcla de dos o más metales, o de uno o más metales con algunos elementos no metálicos o semimetálicos. • ACERO: Aleación de hierro con bajo contenido de carbono (<2%). Se añaden otros elementos como manganeso, níquel, cromo, en este caso se denominan aceros inoxidables. BRONCE: Aleación metálica de cobre y estaño en la que el primero constituye su base y el segundo aparece en una proporción entre 3 al 20 %. LATÓN: Aleación de cobre y zinc. ORO 18 K: Aleación formada por 18 partes de oro y 6 partes de AMALGAMAS: Aleación del mercurio con otros metales, como plata, estaño, cobre, zinc u oro. 42 • ALOTROPÍA: Propiedad que poseen determinados elementos químicos de presentarse bajo estructuras químicas diferentes, dentro del mismo estado de agregación. • Ejemplo, el oxígeno que puede presentarse como dioxígeno u oxígeno elemental (O2) y como trioxígeno u ozono (O3). • El Carbono presenta diferentes formas alotrópicas. Glosario 43 • AGUA REGIA: Mezcla homogénea de HNO3 y HCl en una relación en volumen de 1 a 3 respectivamente, capaz de disolver hasta el oro. • AGUA DURA: Mezcla de agua con concentraciones significativas de sales de calcio y magnesio disueltos. • AGUA BLANDA: Mezcla de agua con un determinado contenido de sales, a la que se le ha retirado los iones calcio y magnesio. • AGUA DESTILADA: Mezcla de agua con una mínima concentración de impurezas, obtenido por un proceso de evaporación y posterior recuperación por condensación. • AGUA PESADA (D2O): sustancia compuesta formada por la combinación química del isótopo deuterio con el oxígeno, usado como moderador de reactores nuclear. Glosario 44 • CEMENTO: Compósito conglomerante formada a partir de una mezcla de caliza y arcilla calcinadas y posteriormente molidas, que tiene la propiedad de endurecer al contacto con el agua. • GASOLINA: Mezcla homogénea compleja, principalmente de hidrocarburos alcanos entre C5-C10, utilizado como combustible. • GLP: Gas licuado de petróleo, es mezcla de hidrocarburos (propano y butanos) condensables a presiones moderadas, cuyo principal uso es como combustible.• GNV: Gas natural vehicular: es mezcla de hidrocarburos cuyo componente principal es el metano, su principal uso es como combustible. • AIRE: Mezcla gaseosa cuyos componentes principales son: Oxígeno (21 %) y nitrógeno (79 %). Glosario 45 • AIRE ATMOSFÉRICO: Aie con suspensión de macropartículas sólidas y líquidas. • COBRE ELECTROLÍTICO: mezcla de cobre (99,9 %) e impurezas metálicas en baja proporción (0,1 %). • INFLAMABILIDAD: Capacidad de arder de algunos compuestos. • COMBUSTIBILIDAD: Capacidad de liberar calor durante el proceso de combustión. • MALEABILIDAD: Capacidad a la deformación plástica para formar láminas, típica de los metales. • DUCTIBILIDAD: Capacidad a la deformación plástica para formar hilos, típica de los metales. • DUREZA: Resistencia de los materiales a ser rayados por otros. El diamante es el mineral de mayor dureza en la escala de Mohs. Glosario 46 • TENACIDAD: Es la resistencia que opone un mineral u otro material a ser roto, molido, doblado. • FRAGILIDAD: es una medida de la facilidad con la que se rompe un material. • REACTIVIDAD: Capacidad de las sustancias para reaccionar con otras sustancias. • CORROSIBILIDAD: Propiedad de los metales para ser oxidados por efectos medioambientales agresivos (humedad, aire, etc.). • DENSIDAD: Propiedad de los materiales que determina la relación de masa por unidad de volumen. Glosario 47 • VISCOSIDAD: Propiedad típica de los líquidos que determina la resistencia a la fluidez. La miel, clara de huevo y los aceites lubricantes tiene mayor viscosidad, comparado con el agua. • TENSIÓN SUPERFICIAL: Propiedad típica de los líquidos que está relacionada con la tendencia de los mismos a formar gotas esféricas cuando se deslizan por un gotero. Glosario
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