1. introduccón físicoquímica

FÍSICO-QUÍMICAFÍSICO-QUÍMICAFÍSICO-QUÍMICAFÍSICO-QUÍMICA

Ing. E. Huamán C.Ing. E. Huamán C.

Físico-Química• Es el estudio de los principios físicos

fundamentales que gobiernan las propiedades y el comportamiento de los sistemas quimicos.

• Un sistema químico puede estudiarse desde un punto de vista microscópico (se basa en el concepto de molécula) o macroscópico (propiedades de la materia en gran escala).

• La ciencia macroscópica de la termodinámica es una consecuencia de lo que ocurre a nivel molecular(microscópico).

Comprender los procesos químicos y físicos con el fin de poder predecirlos y controlarlos

Objetivo de la Fisicoquímica

PREAMBULO

FísicaFísica

QuímicaQuímica

GeologíaGeología

AstronomíaAstronomía

BiologíaBiología........

Ciencias NaturalesCiencias Naturales

IngenieríasIngenierías

Ciencias NaturalesCiencias Naturales

TecnologíaTecnología

Herramientas de la Física

Lenguaje de la Física

Lenguaje propiamente dicho y

la Matemática

La herramienta clave del físico es su mente.

El lenguaje normal y el matemático

Sus ojos, sus oídos y sus manos son asimismo los primeros

instrumentos para recoger información de los fenómenos del

universo

Para ayudar a sus sentidos y producir las circunstancias especiales que precisa estudiar, el físico debe utilizar muchas otras herramientas, instrumentos, máquinas e ingenios.

MagnitudMagnitudEs todo aquello que puede ser medido

MediciónMediciónConjunto de actos experimentales con el fin de determinar una cantidad de

magnitud física

MedirMedirEs comparar una magnitud dada con otra de su misma especie, la cual se

asume como unidad o patrón.

Pero cuando tratamos de asignar una Pero cuando tratamos de asignar una unidadunidad a a un valor de la magnitudun valor de la magnitud surge surge entonces la dificultad de establecer un entonces la dificultad de establecer un

patrónpatrón

MAGNITUDES Y UNIDADES.• Medir una magnitud consiste en compararla con

una cantidad arbitraria fija de la magnitud. • Existen medidas directas e indirectas.• Las leyes Físicas se expresan en términos de

cantidades básicas que requieren una definición clara, llamadas magnitudes físicas fundamentales.

• Las magnitudes físicas fundamentales son tres: longitud, tiempo y masa.

• Se define una unidad de medida única para la magnitud física, llamada patrón de medida.

• El Sistema Internacional (SI) de unidades determina el conjunto de patrones de medida.

• SISTEMAS DE REFERENCIA, se definen los sistemas de coordenadas y marcos de referencia. Un sistema de coordenadas usado para indicar las posiciones en el espacio consta de:

• 1. Un punto de referencia fijo O, llamado origen. • 2. Un conjunto de ejes o direcciones con una escala

apropiada.

• 3. Instrucciones sobre como identificar un punto en el

espacio respecto al origen y a los ejes. • Coordenadas cartesianas o

rectangulares.

• Coordenadas polares (r,θ), donde r es la distancia desde el origen al punto (x,y), generalmente llamado radio, y θ el ángulo entre el eje x y r.

• La relación entre las coordenadas cartesianas

y polares es

• Las magnitudes físicas pueden ser escalares o vectoriales.

• Las magnitudes físicas escalares quedan completamente definidas mediante un número y sus respectivas unidades de medida. Ejem. densidad del agua de 1 gr/cm3 o la temperatura del aire de 20º C .

• Para las magnitudes físicas vectoriales debe especificarse su magnitud (un número con sus unidades), su dirección (un número que puede ser un ángulo si el espacio es bi o tridimensional) y su sentido (indica hacia adonde se dirige o apunta el vector), por ejemplo una velocidad de 80 km/h hacia el noreste.

• Estimación, es asignar un valor numérico razonable a una magnitud Física conocida, cuyo valor verdadero, en el momento de usar esa magnitud, no se conoce.

• Transformación de unidades, muchos cálculos en Física requieren convertir unidades de un sistema a otro.

• Las unidades pueden convertirse sustituyéndolas por cantidades equivalentes.

• La precisión nos indica en cuanto concuerdan dos o más mediciones de una misma cantidad.

• La exactitud indica cuán cercana está una medición del valor real de la cantidad medida.

La QUIMICA es el estudio de la materia y de los cambios que experimenta.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA:• La materia está formada por partículas muy pequeñas, en continuo movimiento y unidas entre sí por fuerzas de interacción eléctricas. La ordenación de estas partículas en las sustancias y las fuerzas con las que se atraen son diferentes para cada uno de los estados.

• Sólidos: las partículas están ordenadas (forman cristales) y muy próximas entre sí, por lo que se atraen con mucha fuerza. Vibran con mayor o menor amplitud en función de la temperatura.• Líquidos: sus partículas están algo más separadas que en los sólidos (las fuerzas atractivas son menores). Están desordenas y mientras unas vibran, otras se desplazan y chocan entre sí.• Gases: las partículas están muy separadas y casi no se atraen. Se desplazan, chocan entre sí y con las paredes del recipiente a elevadas velocidades.

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS SÓLIDOS

• Dilatación y contracción: cuando calentamos un sólido su volumen aumenta, si la temperatura baja el sólido se contrae. Esto se debe a que el estado de vibración de las partículas crece al aumentar la T y disminuye al bajar la T.

• Incompresibilidad: cuando ejercemos fuerzas sobre ellos conservan su volumen (partículas muy próximas)

• Algunos presentan formas poliédricas (cristales)

• Dureza; se mide por la dificultad en rayarlo.

• Elasticidad

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS LÍQUIDOS

• Fluidez: se adaptan a la forma del recipiente que los contienen y fluyen a través de orificios y tuberías.

• Incompresibilidad.

• Viscosidad: Mide el grado de fluidez de un líquido.

ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS GASES

• Invisibilidad: debido a que sus partículas están muy separadas.

• Expansión ocupan todo el volumen disponible, y lo hace tanto si el recipiente está vacío como si contiene otros gases

(difusión). Es debido a que las partículas se mueven en línea recta hasta que chocan.

• Compresibilidad: ya que sus partículas están muy separadas unas de otras.

• Ejercen presión: debido a los choques de las partículas entre ellas y con las paredes del recipiente.

LOS CAMBIOS DE ESTADO ENLA MATERIA

• La temperatura es una magnitud física que nos indica el estado de agitación o de movimiento de las partículas de los cuerpos. Se mide con el termómetro y la unidad que se usa habitualmente el grado centígrado (ºC)

• Los cambios de estado dependen de la temperatura. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas hasta vencer las fuerzas de unión entre ellas, entonces se produce un cambio de estado.

• Mientras se está produciendo el cambio de estado de una sustancia pura, no varía su temperatura.

ÁTOMOS Y MOLÉCULAS,ELEMENTOS Y COMPUESTOS

• Existen dos tipos de partículas elementales: los átomos y las moléculas.• Los átomos son las partículas mas simples que forman la materia.

• Las moléculas están formadas por la unión de varios átomos que se atraen entre sí con grandes fuerzas. El resultado es la formación de partículas nuevas con propiedades nuevas. El fenómeno por el que se unen dos o más átomos para formar una molécula lo llamamosreacción química.

• Llamamos elementos a las sustancias que están formadas por átomos de la misma clase. Actualmente conocemos en la naturaleza 111 elementos diferentes

En la naturaleza los elementos se pueden presentar de tres formas:

• Los símbolos y las fórmulas:

• Los elementos químicos se representan mediante un símboloconstituido por una o dos letras de su nombre (o su nombre latino).• Los compuestos se representan mediante fórmulas, formadas por los símbolos de los elementos y unos subíndices que indican el número de átomos que interviene en la composición.

SUSTANCIAS Y MEZCLAS

• Los materiales en la naturaleza se presentan como sustancias puras o como mezclas de varias sustancias (la mayor parte)• Las sustancias puras tienen sus propiedades bien definidas, como pE, densidad,…. Están formadas por partículas iguales (ya sean átomos o moléculas).• Las mezclas no tienen sus propiedades bien definidas, dependen de las cantidades relativas de las sustancias mezcladas. Están formadas por partículas diferentes.Pueden ser homogéneas (no podemos distinguir sus componentes) y heterogéneas (se pueden distinguir sus componentes)

En las mezclas podemos separar unas sustancias de otras aprovechando sus diferentes propiedades.

Algunos de esos métodos son:

1. Separación magnética2. Cristalización3. Decantación4. Sedimentación5. Centrifugación6. Filtración

Medida de la masa• Masa Atómica

Es la masa del átomo de cualquier elemento comparada con la uma (doceava parte del isotopo del carbono 12) y equivale a 1,66 . 10 -24g. por tanto, la masa atómica es un numero relativo.

• Ejem. La masa atómica del calcio es de 40 uma [M (Ca) = 40]

• Masa Atómica gramo o átomo gramo

Es el numero de gramos igual al de la masa atómica. Se representa por at-g.

• Ejem. La masa atómica gramo del sodio es 23 g/át-g

• Masa molecular

Es la masa de uma que resulta de sumar las masas de los átomos que forman la molécula. Se representa

por M (m). Es un número relativo, ya que se obtiene por comparación con la doceava parte del isótopo del

carbono doce.

Ejem. El acido sulfurico (H2

SO4

) tiene de masa molecular 98 uma.

Masa molecular gramo

Es el numero de gramos igual a la masa molecular de la sustancia.

• Mol• En la molécula gramo de cualquier sustancia hay el

mismo número de moleculas reales y ese numero es, precisamente , el numero de avogadro.

• A veces se utiliza el concepto de mol indistintamente para elementos y compuestos, aunque se prefiere utilizar el átomo-gramo para elementos y el mol para compuestos.

• Ejem. La masa molecular del N2 es 28 g/mol; la masa molecular gramo del sulfuro de aluminio (Al2 S3) es

• 150 g/mol

• Numero de Avogadro Na

• Indica el numero de átomos que hay en un átomo gramo y el

número de moléculas que hay en una molécula gramo, o mol,

y es

• 6,02 . 1023

Escalas de Temperatura