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6/4/2021 1 Universidad Autónoma de Entre Ríos Facultad de Ciencia y Tecnología Cátedra de Introducción a la Química Licenciatura en Criminalística La Química y la Materia Prof Adjunto: Bioq. Julieta Barrandeguy (C2 y C3) Prof: Bioq. Mariela Arismendi (C1) JTP Ing. Florencia Azcoaga (C4) Química en Licenciatura en Criminalística (UADER) Introducción a la Química 1er Cuatrimestre 1er año Sistemas Materiales Estructura Atómica Relaciones de masas Disoluciones acuosas y reacciones Química I 2do Cuatrimestre 1er año Teoría Cuántica. Relaciones periódicas. Enlace químico. Gases, sólidos y líquidos. Propiedades físicas de las disoluciones. Equilibrio químico. Ácidos y bases. Química II Anual 2do año Hidrocarburos alifáticos. Nomenclatura. Hidratación y resonancia. Hidrocarburos aromáticos. Otras series homólogas. Nomenclatura y estructura. Propiedades físicas y químicas. Compuestos heterocíclicos. Sustancias coloreadas y colorantes. Química molecular y biomoléculas. Pólvoras y explosivos. Química III Anual 3er año Toxicología: definición y clasificación. Métodos de separación y purificación. Sistemas analíticos. Tóxicos orgánicos e inorgánicos: volátiles gaseosos y fijos. Clasificación de estupefacientes. Drogas prohibidas, depresores del SNC, estimulantes. Plaguicidas, herbicidas. Tintas: diferentes tipos. Papel: clasificación y tipos. Técnicas separativas. Química IV Anual 4to año Estudios forenses de la sangre. Estudios forenses de semen. Otros fluidos biológicos. Estudios forenses de ADN. Cotejos de pintura, tierra, polen, pelos. Revenidos químicos. Bloque temático I: La Química y la Materia. Unidad 1: La Química y la Materia. El estudio de la química. Clasificación de la materia. Materia, cuerpo y sustancia: conceptos elementales. La Teoría Cinética de la Materia y los tres estados (sólido, líquido y gaseoso). Propiedades físicas y químicas de la materia. Propiedades intensivas y extensivas. Sustancia y mezclas. Sistemas materiales homogéneos, inhomogéneos y heterogéneos. Métodos separativos. Elementos y compuestos. Mediciones, sistema internacional (SI). Cantidad de materia: masa y peso. Volumen. Densidad. Escalas de Temperatura. Notación científica. Resolución de problemas. Bloque temático II: Estructura Atómica. Unidad 2: Los elementos químicos y la Tabla Periódica. Conocimientos elementales de la Teoría Atómica. Teoría atómica de Dalton. El átomo. Partículas subatómicas. Los elementos químicos. Símbolos. Tabla periódica. Grupos y períodos, metales y no metales. Número atómico (Z) y número másico (A). Concepto y ejemplos de isótopos. Iones: catión y anión. Moléculas. Fórmula química. Unidad de masa atómica (uma). Masa atómica relativa (Ar) y masa molecular relativa (Mr). El concepto de mol y el número de Avogadro. Estructuras de Lewis. Electrones de valencia. Enlaces químicos: iónico, covalente y metálico. Propiedades. Radio atómico, energía de ionización y eletronegatividad. Número de oxidación. Nomenclatura de compuestos inorgánicos. Resolución de problemas. Contenidos por Unidades Temáticas 6/4/2021 2 Bloque temático III: Relaciones de masas en las reacciones químicas. Unidad 3: Fórmulas y Ecuaciones químicas. Diferencia entre transformación física y química. La reacción química y la ecuación química. Escritura de las ecuaciones químicas. Reactivos y productos. Manifestaciones de las reacciones químicas: exotérmicas, endotérmicas, de precipitación, de cambio de color, explosivas, etc. Información en una ecuación química: estado físico de los reactivos y productos y condiciones de reacción. Resolución de problemas. Unidad 4: Estequiometría. Definición. Ley de conservación de la masa (Lavoisier), ley de conservación de los elementos y ley de las proporciones definidas (Proust). Balanceo de ecuaciones químicas. Subíndices y coeficientes en una reacción química. Estequiometría: relaciones entre masas y moles, relaciones entre moles y volúmenes. Reactivo limitante y reactivo en exceso. Rendimiento teórico y rendimiento real. Ejemplos y aplicaciones. Resolución de problemas. Bloque temático IV: Disoluciones acuosas y reacciones. Unidad 5: Propiedades generales de las disoluciones acuosas. Definición de disolución. Clasificación. Soluto y solvente. Concepto de solubilidad. Soluciones diluidas y concentradas. Expresión de la concentración de las soluciones (% m/m, % m/v, g/L, ppm, ppb, ppt, molaridad, etc.). Propiedades electrolíticas. Electrolitos fuertes y débiles. No electrolitos. Resolución de problemas. Unidad 6: Tipos de reacciones en disolución acuosa. Reacciones de precipitación. Ecuaciones moleculares y ecuaciones iónicas. Reacciones ácido base. Propiedades generales de ácidos y bases. Neutralización ácido base. Reacciones de óxido reducción. Agentes oxidantes y reductores. Número de oxidación. Tipos de reacciones redox: combinación, descomposición, desplazamiento, desproporción. Ejemplos y aplicaciones. Resolución de problemas. Régimen de Evaluación y Promoción Condición de REGULARIDAD 80% de asistencia * Aprobar dos evaluaciones parciales. Puntaje mínimo de 50% (cinco). * Sólo se recupera uno de los dos parciales al final del cuatrimestre. Condición de PROMOCIÓN 80% de asistencia * Aprobar dos evaluaciones parciales con un puntaje mínimo de 70% (7). * No hay recuperatorio. Alumno LIBRE * No aprobar las dos evaluaciones parciales. Puntaje mínimo de 50% (5). Examen Final para alumnos REGULARES * Evaluación escrita de teoría y problemas. * Puntaje mínimo de 60% (seis). Examen Final para alumnos LIBRES * Evaluación escrita de teoría y problemas con preguntas adicionales al examen final de alumnos reg. * Puntaje mínimo de 60% (seis). *Atkins; P.; Jones; L. "Principios de Química". Tercera edición. Editorial Médica Panamericana. 2006. *Chang, R. “Química”. Décima edición. Editorial McGraw-Hill. 2010. *Petrucci, R. H.; Harwood, W. S.; Herring, F. G. “Química General”. Octava edición. Editorial Pearson Educación. 2003. *Whitten, K. W.; Davis, R. E.; Peck, M. L. "General Chemistry". Ed. McGraw-Hill. 1998. *Alsina, D.; Cagnola, E.; Güemes, R.; Noseda, J. C.; Odetti, H. “Química. Conceptos fundamentales”. Ediciones UNL. 2008. *Whitten, K. W.; Davis, R. E.; Peck, M. L.; Stanley, G. G. "Química". Editorial Cengage Learning. 2014. Bibliografía General Cronograma tentativo 2021 (Comisión 1) Semana Clase de Teoría Resolución de Problemas 6/04/21 Presentación y Condiciones. Unidad 1: La Química y la Materia Unidad 1 13/04/21 Unidad 2: Los elementos químicos y la Tabla Periódica Unidad 1 y 2 20/04/21 Unidad 2: Los elementos químicos y la Tabla Periódica (formación y nomenclatura de compuestos inorgánicos) Unidad 2 27/04/21 Examen parcial 1: Unidad 1 y 2 (virtual). Unidad 3: Fórmulas y ecuaciones químicas. Leyes de la Química. Unidad 3 04/05/21 Unidad 4: Estequiometría Unidad 4 11/05/21 Semana de exámenes finales (suspensión de clases) 18/05/21 Unidad 4: Estequiometría Unidad 5: Propiedades generales de las disoluciones acuosas Unidad 4 Unidad 5 25/05/21 FERIADO NACIONAL 01/06/21 Unidad 5: Propiedades generales de las disoluciones acuosas Unidad 5 08/06/21 Unidad 6: Tipos de reacciones en disolución acuosa Unidad 6 15/06/21 Examen parcial 2: Unidad 3, 4, 5 y 6 (virtual). 22/06/21 RECUPERATORIO parcial 1 o parcial 2 (virtual) 25/06 Fin 1er Cuatrimestre Miércoles 7 de julio Examen final Introducción a la Química (virtual) Miércoles 4 de agosto Examen final Introducción a la Química (virtual) 6/4/2021 3 Cronograma tentativo 2021 (Comisión 2, 3 y 4) Semana Clase de Teoría Resolución de Problemas 7/04/21 Presentación y Condiciones. Unidad 1: La Química y la Materia Unidad 1 14/04/21 Unidad 2: Los elementos químicos y la Tabla Periódica Unidad 1 y 2 21/04/21 Unidad 2: Los elementos químicos y la Tabla Periódica (formación y nomenclatura de compuestos inorgánicos) Unidad 2 28/04/21 Examen parcial 1: Unidad 1 y 2 (virtual). Unidad 3: Fórmulas y ecuaciones químicas. Leyes de la Química.Unidad 3 05/05/21 Unidad 4: Estequiometría Unidad 4 12/05/21 Semana de exámenes finales (suspensión de clases) 19/05/21 Unidad 4: Estequiometría Unidad 5: Propiedades generales de las disoluciones acuosas Unidad 4 Unidad 5 26/05/21 Unidad 5: Propiedades generales de las disoluciones acuosas Unidad 5 02/06/21 Unidad 5: Propiedades generales de las disoluciones acuosas Unidad 6: Tipos de reacciones en disolución acuosa Unidad 5 Unidad 6 09/06/21 Unidad 6: Tipos de reacciones en disolución acuosa Unidad 6 16/06/21 Examen parcial 2: Unidad 3, 4, 5 y 6 (virtual). 23/06/21 RECUPERATORIO parcial 1 o parcial 2 (virtual) 25/06 Fin 1er Cuatrimestre Miércoles 7 de julio Examen final Introducción a la Química (virtual) Miércoles 4 de agosto Examen final Introducción a la Química (virtual) ✔ El estudio de la química. ✔ Clasificación de la materia. ✔ Materia, cuerpo y sustancia: conceptos elementales. ✔ La Teoría Cinética de la Materia y los tres estados (sólido, líquido y gaseoso). ✔ Propiedades físicas y químicas de la materia. Propiedades intensivas y extensivas. ✔ Sustancia y mezclas. ✔ Sistemas materiales homogéneos y heterogéneos. ✔ Métodos separativos. ✔ Elementos y compuestos. ✔ Mediciones, sistema internacional (SI). Cantidad de materia: masa y peso. ✔ Volumen. Densidad. Escalas de Temperatura. ✔ Notación científica. Bloque temático I: La Química y la Materia. Unidad 1: La Química y la Materia. Analizar la conformación y características de la materia para predecir los cambios que en ella se producen. Reconocer la importancia de los sistemas materiales como parte del mundo físico tomado para observación y experimentación. Diferenciar y reconocer los distintos sistemas materiales y ser capaz de separar sus componentes utilizando métodos separativos. Reconocer la importancia de los sistemas de medida para la determinación de propiedades físicas y químicas de la materia. Resolver problemas utilizando correctamente las unidades de medida. Objetivos. El estudio de la Química. Ciencia experimental que estudia todo lo que forma el Universo y las transformaciones de los materiales. Tiene lenguaje propio y se interrelaciona con otras ciencias: Física, Biología, Medicina, Nutrición, Geología etc. Estudia Composición Propiedades Estructura Cambios 6/4/2021 4 Nos permite comprender el mundo que nos rodea y asociarla a la vida cotidiana: Medicamentos y Vacunas. Insecticidas y plaguicidas. Lavado y limpieza. Preparación de los alimentos. Definiciones utilizadas en Química. Materia “todo lo que ocupa un lugar en el espacio e impresiona nuestros sentidos” Cuerpos “porción limitada de materia” Sustancias Simples: formadas por átomos iguales (H2, O2, F2, I2 etc.) Compuestas: formadas por átomos diferentes (H2O, CO2, C2H5OH etc.) H H O O F F I I H H O O O C H H H H H H O C C Átomos o Elementos Teoría Cinética de la Materia (Energía Interna). Gases • No tienen forma ni volumen propio • moléculas muy móviles • gran espacio entre moléculas (compresibles) Sólidos • Forma y volumen propio • moléculas vibran • moléculas muy juntas Líquidos • No tienen forma y pero si tienen volumen propio • moléculas móviles • poco espacio entre moléculas pero no son compresibles Cambios de Estado: Sólido, Líquido y Gas. Ebullición Condensación Deposición 6/4/2021 5 Una propiedad es una cualidad que puede ser apreciada por nuestros sentidos o puede ser determinada por mediciones Propiedades Físicas Se determinan sin que se forme una nueva sustancia Color, Punto de fusión, conducción eléctrica, masa etc Propiedades físicas y químicas de la Materia. Propiedades Químicas Se determinan con formación de sustancias nuevas Combustibilidad, reactividad etc Propiedades Físicas Se determinan sin que se forme una nueva sustancia Propiedades Extensivas Dependen de la cantidad de materia Masa Peso Volumen Propiedades Intensivas Dependen de la composición del material. No varían con la cantidad Densidad Punto de fusión Punto de Ebullición Sistema Material. Es una porción del Universo que se aísla para su estudio Homogéneo En toda su masa, las propiedades intensivas son constantes Heterogéneo En distintos puntos de su masa, las propiedades intensivas son variables Se distinguen FASES Inhomogéneo En toda su masa, las propiedades intensivas varían gradualmente Sustancias puras y Mezclas Sustancia Único material puro (sustancia simple o compuesta) Composición definida No puede separarse por métodos físicos Mantiene la temperatura constante durante los cambios de estado Agua, aluminio, dioxígeno, mercurio etc Mezclas Formadas por dos o más sustancias Composición variable Pueden separarse por métodos físicos Temperatura variable durante los cambios de estado Agua y arena, Agua y aceite, Aire Métodos Separativos 6/4/2021 6 Cambios de estado para sustancias puras SÓLIDO LÍQUIDO GAS Punto de fusión Punto de ebullición T ºC Calor entregado H2O Fusión 0ºC H2O Ebullición 100ºC Métodos Separativos. Tamización Se separan sólidos de diferente tamaño al pasarlos por un tamiz Decantación Se separan un sólido insoluble de un líquido al dejarlos en reposo Disolución Se separan dos sólidos, uno soluble y el otro no al agregarles un solvente (Ej: sal y arena, agrego H2O) Imantación Se separan sólidos, uno con propiedades magnéticas Filtración Se separa un sólido insoluble de un líquido al pasarlos por un embudo y papel de filtro Levigación Se separan sólidos, uno más liviano que el otro al pasar una corriente de agua que arrastra las partículas livianas Decantación de líquidos Se separan dos líquidos inmiscibles al colocarlos en ampolla de decantación Centrifugación Acelera la sedimentación de un sólido suspendido en un líquido al colocarlos en una centrífuga Destilación Se separan dos líquidos miscibles con diferente punto de ebullición 6/4/2021 7 Materia Sustancias Sustancias puras Mezclas Simples Compuestas Homogéneas Inhomogéneas Heterogéneas O O C HH H H Resumen Unidades de medida Mediciones. Sistema Internacional (SI). En 1960, la Conferencia General de Pesas y Medidas (es la autoridad internacional del sistema de unidades) propuso un sistema métrico actualizado conocido como Sistema Internacional de Unidades (SI). Magnitud Unidad Símbolo Masa Kilogramo kg Longitud Metro m Tiempo Segundo s Temperatura Kelvin K Cantidad de sustancia Mol mol Intensidad de corriente Amperio A Intensidad luminosa Candela cd Factor Prefijo Símbolo Múltiplos 1 . 103 (mil) kilo k 1 . 106 (millón) mega M 1 . 109 (mil millones) giga G 1 . 1012 (billón) tera T Submúltiplos 1 . 10-1 (0,1) deci d 1 . 10-2 (0,01) centi c 1 . 10-3 (0,001) mili m 1 . 10-6 (millonésima) micro 1 . 10-9 (milmillonésima) nano n Notación Científica: los números se expresan como potencias de diez. Así 1.102 corresponde a 10x10=100 y 1.10-2 equivale a 1/(10x10)=1/100=0,01. 6/4/2021 8 Masa y Peso. Masa Es la cantidad de materia de un cuerpo Peso Es la fuerza con que la Tierra atrae a los cuerpos Un cuerpo tiene una masa constante. El peso puede variar ya que la aceleración de la gravedad cambia según el lugar de la Tierra. Un objeto que pesa 100,0 kg en San Petersburgo (Rusia), pesará sólo 99,6 kg en Panamá (0,4% menos) y 17 kg en la Luna. Sin embargo la masa será la misma en los tres lugares. En el SI el patrón de masa es el kilogramo. En Química se utiliza el gramo (g) 1 kg = 1000 g 1 g = 1000 mg 1 mg = 1000 g Longitud. Desde 1983 se acepta definir el metro patrón como “la distancia recorrida por la luz en el vacío en 1/299.792.458 segundos” (SI). El metro se utiliza para medir longitudes (SI). Altura del ser humano entre 1,5 y 2,0 m. Las muestras de laboratorio tienen dimensiones menores que rondan 0,01 m. Por lo tanto, la unidad conveniente es el centímetro: 1 m = 100 cm = 1000 mm. Tiempo.La unidad de tiempo del SI es el segundo. Se definió como 1/86.400 de la duración del día, pero por la velocidad de rotación de la Tierra no era constante. Hoy el segundo es “el tiempo que dura 9.192.631.770 oscilaciones de las ondas de luz emitidas por átomos de 133Cs. 1 h = 60 min 1 min = 60 s Temperatura. La temperatura afecta las propiedades de la materia como su estado físico y la capacidad de experimentar cambios. El SI utiliza la escala Kelvin o absoluta. 273 K = 0ºC. T (K) = 273,15 + T (ºC). T (ºC) = T (K) – 273,15. T (ºC) = [T (F)-32] 1,8 Unidades Derivadas: Volumen y Densidad. Cantidad de sustancia. La unidad es el mol, y se desarrollará en la Unidad 2 La unidad de Volumen es el metro cúbico (m3). Suele resultar muy grande para las muestras de laboratorio. Se utiliza el cm3. Para volúmenes mayores se utiliza es litro que es aceptado por el SI 1 L = 1000 cm3 = 1000 mL = 1 dm3 (Propiedad extensiva). La Densidad es la relación entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa: Densidad = masa/volumen = = g/cm3 o g/mL (Propiedad Intensiva). 6/4/2021 9 Ejercicios y Problemas Resolver 1, 2, 3 y 6 Traer resueltos 8, 14 y 15. 1) En la siguiente lista se enumeran modificaciones sufridas por diversos sistemas materiales, analice en cada caso si el cambio ocurrido es físico o químico: Sistema Material Heterogéneo Homogéneo Sust. pura simple Sust. pura compuesta Mezcla Hielo Hierro Aire Salmuera e- Molienda del café a- Corrosión del hierro b- Combustión de la nafta de un automóvil c- Fusión del hierro d- Evaporación del alcohol 2) Clasifique los siguientes materiales y marque con una cruz el casillero correspondiente. e- Cambio físico a- Cambio químico b- Cambio químico c- Cambio físico d- Cambio físico X X X X X X 3) Analice la siguiente tabla y responda las consignas: Sustancias Punto de Fusión (°C) Punto de Ebullición (°C) Etanol -114 78 NaCl 801 1413 Amoníaco -77.7 -33.4 a- Mencione el estado físico en que se encuentran las sustancias a 20°C. b- Mencione el estado físico en que se encuentran las sustancias a -100°C. c- A que temperatura se podría encontrar a las tres sustancias en estado sólido. 20ºC Líquido Sólido Gaseoso -100ºC Líquido Sólido Sólido -115ºC Sólido Sólido Sólido 6) De la siguiente lista: tinta, agua, hierro, aire y cromato de potasio. Indique. a) ¿Cuáles son sustancias simples, cuáles son sustancias compuestas?. C CS b) ¿Cuáles son mezclas?. M M c) A partir de dicha lista elija los componentes adecuados para formar una mezcla homogénea y una mezcla heterogénea. S L G Gracias por su atención 6/4/2021 10 Átomos Partículas subatómicas Núcleo: protones (+) neutrones (0) Zona extranuclear: electrones (-)
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