Fundamentos de Química: Composición, Propiedades y Transformaciones de la Materia

Introducción a la Ciencia Química

La ciencia se define como un conjunto de conocimientos sobre el mundo obtenidos mediante la observación, experimentación y razonamiento.

Ramas de la Ciencia

• Física: Estudia cualquier cambio en la materia en el que no se altera su naturaleza.
• Química: Estudia la composición, las combinaciones de las sustancias y las transformaciones que afectan su propia naturaleza.

Conceptos Fundamentales

Materia

Materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

Propiedades de la Materia

Las propiedades de la materia son características que podemos medir.

Propiedades Generales

Son aquellas cuyo valor no sirve para identificar una sustancia. La masa, el volumen y la temperatura de un cuerpo son propiedades generales.

Propiedades Características

Son aquellas que tienen un valor propio y característico para cada sustancia. La densidad, el punto de ebullición, la dureza, la solubilidad en agua y la conductividad eléctrica son ejemplos de propiedades características.

• Densidad: Magnitud que mide la cantidad de masa por unidad de volumen (D = M/V).
• Dureza: Resistencia que tiene un material a ser rayado (ejemplo: diamante).
• Solubilidad en agua: Masa de una sustancia que se puede disolver en 100 g de agua.
• Conductividad eléctrica: Capacidad de una sustancia para transmitir una corriente eléctrica.

Magnitudes y Unidades

Magnitud es cualquier característica de la materia, o de los cambios que puede experimentar, que se puede medir, es decir, que es posible expresar con un número y una unidad.

Medir una magnitud es compararla con una cantidad de su misma naturaleza que llamamos unidad.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Magnitudes Fundamentales

• Longitud: metro (m)
• Masa: kilogramo (kg)
• Tiempo: segundo (s)
• Temperatura: kelvin (K)
• Cantidad de sustancia: mol (mol)
• Intensidad de corriente eléctrica: amperio (A)
• Intensidad luminosa: candela (cd)

Magnitudes Derivadas

• Superficie (S): m²
• Volumen (V): m³
• Densidad (D): kg/m³
• Velocidad (v): m/s
• Aceleración (a): m/s²
• Fuerza (F): newton (N)
• Presión (P): pascal (Pa)
• Energía (E): julio (J)

Notación Científica

La notación científica consiste en escribir las cantidades con una cifra entera seguida o no de decimales, multiplicada por una potencia de diez.

Factor de Conversión

Un factor de conversión es una fracción que tiene en su numerador y en su denominador la misma cantidad, expresada en diferentes unidades.

Instrumentos de Medida

• Cota inferior: Menor valor de la magnitud que se puede medir.
• Cota superior: Mayor valor de la magnitud que se puede medir.
• Precisión: Menor cantidad de variación de la magnitud que se puede medir.
• Exactitud: Capacidad del instrumento para dar el valor verdadero de la medida.
• Fiabilidad: Capacidad del instrumento para repetir el mismo valor al medir la misma cantidad.

Cifras Significativas

Las cifras significativas son el número de dígitos de una medida que conocemos con exactitud.

Error de Medida

• Error absoluto: Valor absoluto de la diferencia entre el valor verdadero y el valor medido.
• Error relativo: Cociente entre el error absoluto y el valor de la medida.

Seguridad en el Laboratorio

• Utilizar guantes y gafas de seguridad.
• Ordenar los materiales.
• No comer ni beber en el laboratorio.
• Lavarse bien las manos después de manipular productos químicos.
• No tocar productos de laboratorio sin protección.
• No manejar productos desconocidos.
• Utilizar material limpio.
• Ordenar el material al finalizar.
• No introducir líquidos en la boca.
• No usar material roto.

Leyes de los Gases

• Ley de Boyle-Mariotte: A temperatura constante, el producto de la presión por el volumen de un gas permanece constante (P₁V₁ = P₂V₂).
• Ley de Gay-Lussac: A volumen constante, el cociente entre la presión y la temperatura de un gas permanece constante (P₁/T₁ = P₂/T₂).
• Ley de Charles: A presión constante, el cociente entre el volumen y la temperatura de un gas permanece constante (V₁/T₁ = V₂/T₂).

Conversión de temperatura: T(K) = T(°C) + 273

Equivalencia de presión: 1 atm = 760 mmHg

Cambios de Estado

Los cambios de estado son un ejemplo de fenómeno físico, pues no alteran la naturaleza de la materia, sino solo su estado de agregación.

• Punto de fusión: Temperatura a la cual se produce el cambio de estado de sólido a líquido.
• Punto de ebullición: Temperatura a la cual se produce el cambio de estado de líquido a gas.
• Evaporación: Cambio de estado de líquido a gas que ocurre en la superficie del líquido.
• Ebullición: Cambio de estado de líquido a gas que ocurre en todo el volumen del líquido.