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Química Unidad 2: Materia y energía Materia Definiciones introductorias materia: cualquier cosa que tiene masa y volumen masa: la cantidad de materia en un objeto peso: el tirón de la gravedad en un objeto volumen:el espacio que un objeto ocupa unidades: L, dm3, ml, cm3 declaraciones: sólido, líquido, o gas L3 composición: qué la materia se hace agua: cobre: muchos átomos del Cu muchos grupos de 2hy1O características: describir la materia -- qué parece, huele como; su masa, temp., etc. -- cómo se comporta átomo: un edificio básico bloque de materia diff ~100. clases Elementos contiene solamente un tipo de 1. los elementos monatomic consisten en unbonded, “como” los átomos e.g., FE, Al, Cu, él 2. los elementos poliatómicos consisten de varios “como” los átomos enlazados junto H2 O2 Br2 F2 I2 N2 Cl2 elementos diatómicos: otros: P4 S8 “7 7 7” alótropos: diversas formas del mismo elemento adentr las mismas declaraciones CARBÓN DEL OXÍGENO oxígeno-gas(O2) elemental carbón grafito ozono (O3) diamante buckyball molécula: un grupo neutral de átomos consolidado Descripción 1 átomo de oxígeno 1 molécula del oxígeno 2 unbonded átomos de oxígeno 1 fósforo átomo 1 fósforo molécula 4 unbonded Producto químico Símbolo Modelo O O2 2O P P4 4P elementos pueden consistir en las moléculas o los átomos unbond fósforo átomos Compuestos … contener tipos dos o más diversos de átomos … tener características de las cuales ser diferente los de sus elementos constitutivos sal de tabla Na (sodio): (NaCl) Cl2 (clorina): estalla en agua gas venenoso neutrón Los átomos pueden ser alterados solamente “bala” por nuclear medios del _____. Las moléculas pueden ser alteradas químico por producto medios del ______. U (es decir, reacciones químicas, cambios químicos) Ráfaga atómica en Hiroshima Vagos Kr del azúcar e.g., deshidratación C12H22O11(s) 12 C + 11 H2O (g) Electrólisis del agua 2 H2O (l) 2 H2(G) + O2(G) Composición compuesta Todas las muestras de un compuesto dado tener la misma composición. Cada muestra de NaCl prueba iguales, los derretimientos en el mismo temp., y son 39.3% Na y Cl 60.7% por Massachusetts. Gas de fosgeno (COCl2) es el carbón 12.1%, 16.2% oxígeno, y clorina 71.7% cerca Massachusetts Hallazgo # de g de cada elemento aden 254 g de COCl2. C: 254 g (0.121) = 30.7 g C O: 254 g (0.162) = 41.1 g O Cl: 254 g (0.717) de = Cl 182.1 g Una muestra del butano (C4H10) contiene el carbón de 2 e hidrógeno de 60 g. Hallazgo… Masa total del A.… de la muestra 288 g C + 60 g H = 348 g B.… % de cada elemento en butano 288 g C = 0.828 %C= 348 g 82.8% C, 60 g H 17.2% H = 0.172 %H= 348 g C.… cuánto g de C y H son en una muestra de 24.2 g C: 24.2 g (0.828) = g 20.0 C H: 24.2 g (0.172) = 4.2 g H Una muestra de 550 g de óxido del cromo (iii) (Cr2O3) tiene Cr de 376 g. Cuántos gramos de Cr y de O estar en una muestra de 212 g de Cr2O3¿? 376 g Cr % del Cr = 550 g 68.4% Cr y 31.6% O Cr: 212 g (0.684) de = Cr 145 g O: 212 g (0.316) = 67 g O óxido del cromo (iii) Clasificar la materia Sustancias (puras) … tener una composición fija … tener características fijas ELEMENTOS COMPUESTOS e.g., FE, N2, S8, U e.g., H2O, NaCl, HNO3 sulfuro (S8) cloruro sódico (NaCl) Las sustancias puras tienen una fórmula química. Mezclas dos o más sustancias mezcladas juntas … tener composición diversa … tener características diversas Las sustancias no son químicamente consolidadas, conservar sus características individuales. y ellas… Té, anaranjado jugo, océanos, y el aire es mezclas. Dos tipos de mezclas homogéneo: (o solución) las partículas son microscópicas; la muestra tiene igu composición y características en todas partes; mezclado uniformemente e.g., agua salada Ayuda de Kool aleación: una mezcla homogénea de metales e.g., bronce (Cu + Sn) estaño (Pb + Sn) latón (Cu + Zn) Dos tipos de las mezclas (cont.) heterogéneo: diversas composición y características en la misma muestra; irregularmente mezclado ensalada sacudida e.g., salvado de pasa suspensión: settles en un cierto plazo e.g., pintura regalos del nevoso-b Contraste… ORO 24K ORO 14K 24/24 de los átomos es oro14/24 de los átomos es or oro puro mezcla de oro y de cobre elemento mezcla homogénea Au + Cu Au Carta para clasificar la materia MATERIA SUSTANCIA PURA ELEMENTO MEZCLA COMPUESTO HETEROGÉNEO HOMOGÉNEO Una muestra de bronce contiene el cobre de 68 g y la la A. Encontrar la masa total de la muestra. Cu de 68 g de + Sn = 7 75 g g B. Encontrar % del Cu y % del Sn. 68 g Cu 90.7% Cu y Sn 9.3% % del Cu = 75 g C. Lo hacen cuántos gramos de cada elemento ¿una muestra de 346 g de bronce contiene? (El bronce es una mezcla y no está necesario siempre Sn 90.7% Cu y 9.3%.) No sabemos. Sin embargo, si se asume que estos % estar correcto… Cu: 346 g (0.907) de = Cu 314 g(y Sn de 32 g) Separación de mezclas … implica medios físicos, o la comprobación cambia 1. clasificando: por color, forma, textura, etc. 2. filtro: tamaño de partícula es diferente Separando las mezclas (cont.) 3. imán: una sustancia debe contener el hierro 4. cromatografía: algunas sustancias disuelven más fácilmente que otros Separando las mezclas (cont.) 5. densidad:“fregadero contra el flotador” quizás utilizar una centrifugadora sangre después de highcentrifugación de la velocidad decantar: para verter del líquido Separando las mezclas (cont.) 6. destilación: diversos puntos de ebullición termómetro agua hacia fuera (calentador) agua adentro (refrigerador) más-volátil sustancia (es decir, el con el más bajo mezcla punto de ebullición) más-volátil sustancia, ahora condensado fuente de calor Ningunas reacciones químicas ser necesario separar mezclas; as sustancias no son consolidadas amalgama dental Densidad cómo firmemente está embalado las partículas ser mass Densidad = volume m D V m D Unidades típicas: g/cm3 para los sólidos V g/ml para los líqui líquidos y gases Vidrio: ¿líquido o sólido? Para encontrar el volumen, utilizar… 1. una fórmula V = p r2 h V=lwh 2. dislocación del agua Vinit ¿V Vfinal =? Vobjeto = Vfinal - Vinit ** Densidad del agua 1.0 = g/ml = 1.0 g/cm3 Cosas que son flotador “menos denso” en las cosas que son “más densas.” (Y cosas que que es un fregadero “más denso” en las cosas que son “menos densas.” D < 1 g/cm3 D > 1 g/cm3 D < 1 g/cm3 D < 1 g/cm3 La densidad de un líquido o de un sólido es casi constante, no importa qué la temperatura de la muestra. La densidad de gases es alto - dependiente en tempera Problema galileo del termómetro En una mañana fría, un profesor camina en a sala de clase y avisos fríos que todos los bulbos en el termómetro galileo se amontonan en un grupo. Donde están los bulbos, en ¿tapa del termómetro o en la parte inferior? D1 1. Los bulbos esencialmente han fijado masas D2 y volúmenes. Por lo tanto, cada bulbo D3 tiene una densidad relativamente fija. D4 D5 2. El líquido circundante tiene un fijo la masa, pero su volumen está extremadamente temperatura-dependiente. D1 3. La densidad del líquido se puede escribir como… mliq Dliq Vliq … si el líquido es frío: mliq Vliq = Dliq D2 tan… D3 … pero si es caliente: mliq Vliq = En una mañana fría, EN LA TAPA ¿dónde están los bulbos? Dliq D4 D5 Cálculos de la densidad 1. Una muestra de plomo (Pb) tiene masa 22.7 g y volumen 2.0 cm3. Hallazgo densidad de la muestra. m D V m 22.7 g D 3 = 11.35 V 2.0 cm g cm3 2. Otra muestra de plomo ocupa 16.2 cm3 del espacio. Massachusetts de la muestra del hallazgo V g 3 = 184 g 11.35 16.2 cm m=DV 3 cm m 3. Un cilindro sólido de 119.5 g tiene radio 1.8 cm y altura 1.5 cm. Hallazgo 1.8 cm densidad de la muestra. 1.5 cm m D V m D V 119.5 g 15.3 cm3 V = p r2 h = p (1.8 cm)2(1.5 cm) = 15.3 cm3 g = 7.81 cm3 m 8.2 cm 4. Un sólido rectangular de 153 g tiene longitudes del borde 8.2 cm, 5.1 cm, y 4.7 cm. ¿este fregadero del objeto en agua? 5.1 cm 4.7 cm (La densidad del objeto del hallazgo y la compara a la densidad del V=lwh m D = 8.2 cm (5.1 cm) (4.7 cm) V = 197 cm3 m g 153 g D 3 < 1 3 = 0.78 V cm 197 cm No; flota. UNO DE ÉSTOS Características de la materia Las características QUÍMICAS dicen cómo una sustancia reacciona con otras sustancias. Las características FÍSICAS se pueden observar f químicamente cambio de la sustancia. UNO DE ÉSTOS Y Las características EXTENSAS dependen de la cantidad del presente de la sustancia. Las características INTENSIVAS no dependen de cantidad de sustancia. Ejemplos: conductividad eléctrica ........................... P, I reactividad con agua .............................. C, I P, E contenido de calor (energía total) ..................... P, alambre I dúctil: puede ser dibujado (tirado) dentro del maleable: puede ser martillado en forma…P, I frágil ................................................. P, I magnetismo .......................................... P, I Estados de la materia SÓLIDO (()) (()) (()) (()) (()) (()) (()) (()) (()) (()) el vibrar LÍQUIDO GAS (()) (()) (()) (()) (()) el traducir; cierre junto el traducir rápidamente; lejos aparte Cambios en estado La energía puso en sistema. sublimación fusión SÓLIDO ebullición LÍQUIDO congelacióncondensación deposición Energía quitada de sistema. GAS Energía capacidad de hacer el traba energía potencial:energía almacenada -- almacenado en enlaces entre los átomos e.g., en alimento, gasolina, baterías energía cinética:energía del movimiento -- el menear, traduciendo, y rotación de partículas -- movimiento “caliente” de las partículas del gas más rápidamente, tener más KE Edespués = Eantes Ley de la conservación de la energía: 2 H2 + O2 2 H2O + + + energía Para la combustión del acetileno… Se conserva la energía. calor, luz, sonido ENERGÍ A EL PEreactivo KEtapón EL PEproductos C2H2 + O2 CO2 + H2O Cambios de la energía cambio endotérmico: el sistema absorbe calor -- el cubilete siente frío cambio exotérmico: el sistema lanza calor -- el cubilete siente caliente Elegir “endo” o el “exo.” regar la ebullición ENDO empapelar el burning EXO CO2 sublimaciónENDO congelación delEXO agua cocer la condensación EXO al vapor fusión del hielo ENDO ACTIVACIÓN ENERGÍA R P Energía Energía P R exotérmico endotérmico (la mayoría de las reacciones químicas) (fotosíntesis) C + O2 CO2 CO2 + H2 C de O + de la luz del sol6H12O6 + O2 El topo El topo es la unidad del SI para la “cantidad de sustancia.” s átomos son así que pequeño, es imposible contarlos cerc las docenas, los millares, o aún millones. Para contar los átomos, utilizamos el concepto del topo. 1 topo de átomos = 602.000.000.000.000.000.000.000 átomos x 1023 del _______. Es decir, 1 topo de átomos =6.02 de átomos ¿Cómo grande es un topo? … sobre el tamaño de un chipmunk, pesaje de cerca de 5 onzas. (140 g), y tener una longitud de cerca de 7 pulgadas (18 cm). Signifiqué, “cómo son grandes es 6.02 x 1023?” GRANDE 6.02 x 1023 los mármoles cubrirían tierra entera (océanos incluyendo) … a una profundidad de 2 millas. 6.02 x 1023 $1 cuentas apilaron cara a cara estiraría del Sun a Pluto … 7.5 millones de veces. … y trasero Tarda a luz 9.500 años para viajar eso lejos. Para cualquie elemento en la tabla periódica, un topo de ese elemento (es decir, 6.02 x 1023 átomos de ese elemento) tiene una masa en los gramos iguales al decimal número en la tabla para ese elemento. 1023) Él 2 4.003 10 Ne 20.180 18 AR átomos del helio 1 topo de (es decir, 6.02 x tiene una masa de 4.0 gramos. 39.948 36 Kr 83.80 1 mol Ne = g 20.2 54 1 mol AR = 39.9 g Xe 1 mol Kr = 83.8 g 131.29 1 mol de Xe = 131.3 g 86 Rn 1 mol Rn = 222 g (222) Diagrama de la isla Masa (G) 1 mol = masa molar (en g) TOPO (mol) Partícula (átomos) 1 mol = 6.02 x 1023 partículas Problemas del diagrama de la isla 1. Cuántos topos son 3.79 x 1025 ¿átomos del cinc? ( 3.79 x 1025 en. 1 mol 6.02 x 1023 ) =Zn63.0 mol de en. 2. ¿Cuántos átomos son 0.68 topos de cinc? 0.68 mol. ( ) = 4.1 x 10 6.02 x 1023 en. 1 mol 23 en. Zn 3. ¿Cuántos gramos son 5.69 topos de uranio? 5.69 mol ( 238.0 g 1 mol gU ) == 1.354 1.35 x 10 g U 3 4. Cuántos gramos son 2.65 x 1023 ¿átomos del neón? 2.65 x 1023 en. ( 1 mol )( 6.02 x 1023 en. g 20.2 1 mol ) de = Ne 8.9 g 5. ¿Cuántos átomos son 421 g de prometio? 6.02 x 1023 en. 1 mol 421 g 1 mol 145 g ( )( ) = 1.75 x 1024 en. P.M. h h