LA MEDIDA, EL METODO CIENTIFICO Fenómenos físicos y químicos
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LA MEDIDA, EL METODO CIENTIFICO Fenómenos físicos y químicos La física es la ciencia que estudia los fenómenos físicos, aquellos cambios en los cuerpos materiales por los que las sustancias no se transforman en otras nuevas. La química es la ciencia que estudia los fenómenos químicos, las transformaciones que pueden experimentar las sustancias, en su composición, estructura y propiedades. Las magnitudes físicas y su medida Una magnitud física es toda propiedad de un cuerpo que se puede medir. Un factor de conversión es una fracción igual a uno que expresa la equivalencia entre dos unidades. La notación científica consiste en escribir cada valor mediante una parte entera de una sola cifra no nula, una parte decimal y una potencia de base diez. Carácter aproximado de la medida Error de resolución: Los instrumentos de medida no ofrecen unos resultados exactos. Por muy bien que se efectúe la medida siempre tienen una limitación inherente que provoca un error. Error accidental: Se comete por accidente o casualidad. Error sistemático Se debe a un error en el aparato de medida o a un uso inapropiado de él. Error absoluto: Es la diferencia entre el valor aproximado obtenido en la medición y el valor verdadero de la medida Error relativo: Es el cociente entre el error absoluto y el valor verdadero de la medida. Resolución: Es la mínima variación de la magnitud que el aparato pueda detectar. Precisión: Es el grado de aproximación entre una serie de medidas de la misma magnitud obtenidas de la misma manera. El método científico La observación: Consiste en examinar atentamente los hechos y fenómenos de la naturaleza que pueden ser percibidos por los sentidos. Formular una hipótesis: Consiste en elaborar una explicación provisional de los hechos observados y de sus posibles causas. Experimentar: Consiste en reproducir y observar varias veces el hecho o fenómeno que se quiere estudiar, modificando las circunstancias que se crean convenientes. La extracción de conclusiones: Consiste en la extracción de los hechos observados de acuerdo con los datos 1 experimentales. LA MATERIA VOLUMEN FORMA DENSIDAD MEZCLA SÓLIDO Constante Constante Grande No LÍQUIDO Constante Variable Grande Si GASEOSO Variable Variable Pequeño Si Modelo cinético molecular de la materia _La materia es discontinua, está formada por muchas partículas separadas entre sí _Estas partículas se encuentran en constante movimiento que aumenta al elevar la temperatura _Entre las partículas hay fuerzas de cohesión. Fuerzas de atracción Proximidad Movimiento Sólido Son muy intensas Muy próximas y con posiciones fijas Líquido Son intensas Están próximas pero sin posiciones fijas Solo tienen movimiento de Tienen libertad para vibración alrededor de su desplazarse sin alejarse posición de equilibrio unas de otras Gaseoso Son despreciables Están alejadas unas de otras en total desorden Total libertad de movimiento y chocan entre ellas y con las paredes del recipiente Las leyes de los gases La ley de Boyle y de Mariotte dice que a temperatura constante, al aumentar el volumen de un gas, disminuye la presión La ley de Charles y Gay−Lussac dice que para mantener la presión, si aumentamos la temperatura hay que aumentar el volumen Cambios de estado El estado de agregación de la materia puede cambiar si se modifican la presión y la temperatura. CAMBIOS EN LOS SÓLIDOS _De sólido a líquido: Es la fusión y para conseguirla hay que aumentar la temperatura: Al calentar el cuerpo sólido, aumenta el movimiento de las partículas y las fuerzas de cohesión no son suficientes para mantener las partículas fijas y empiezan a resbalar unas sobre otras. _De sólido a gaseoso: Es la sublimación y para conseguirla es necesario que los cuerpos estén a unas determinadas condiciones de temperatura y de presión. CAMBIOS EN LOS LÍQUIDOS 2 _De líquido a sólido: Es la solidificación y se necesita disminuir la temperatura. -_De líquido a gaseoso: Es la vaporación y se consigue aumentando la temperatura o disminuyendo la presión sobre él: Al calentar un líquido aumenta la velocidad de desplazamiento de las partículas y su energía, esta energía es suficiente como para que las partículas venzan las fuerzas de cohesión. Tipos de vaporación: −La evaporación: Sólo se vaporan y afecta las partículas en la superficie del líquido. −La ebullición: Se vaporan y afecta a toda la masa del líquido. CAMBIOS EN GASEOSOS _De gaseoso a sólido: Es la condensación a sólido y para conseguirla es necesario que los cuerpos estén a unas determinadas condiciones de temperatura y de presión. _De gaseoso a líquido: Es la condensación y se consigue disminuyendo la temperatura del gas o aumentando la presión sobre él. CLASIFICACIÓN DE LA MATERIA La materia puede ser: _Materia heterogénea: Es en la que a simple vista se diferencian partes distintas. _Materia homogénea: Es en la que a simple vista no se diferencian partes distintas. −Disolución: Materia homogénea de composición variable −Sustancia pura: Materia homogénea de composición fija −Compuesto: Molécula formada por varios tipos de átomos. −Elemento: Molécula formada por varios tipos de átomos. Técnicas de separación de mezclas PARA SEPARAR MEZCLAS HETEROGÉNEAS _Filtración (líquido de sólido fino): Se utiliza para separar componentes de una suspensión fina. Las partículas se separan por medio de un filtro: Se necesita un vaso de precipitados, un filtro, un soporte y un embudo _Decantación: Sirve para separar emulsiones (2 líquidos que no se pueden mezclar) y suspensiones gruesas en las que se espera a que el sólido se vaya al fondo y después se va vertiendo poco a poco el líquido sin que el sólido se vaya. _Extracción con disolvente: Consiste en separar los sólidos aprovechando que uno es soluble en un disolvente determinado y otro no. 3 PARA SEPARAR MEZCLAS HOMOGÉNEAS _Destilación: Se utiliza para separar los componentes de una disolución (composición variable) El procedimiento consiste en separar los componentes aprovechando la diferencia de punto de ebullición entre ambos. _Cristalización: Se utiliza para separar los componentes de una disolución formada por un sólido y un líquido. _Cromatografía: Se utiliza para detectar la existencia de diferentes componentes en una disolución. El proceso consiste en aprovechar la diferente velocidad de difusión de cada componente. Disoluciones Similitudes y diferencias de las disoluciones, sustancias puras y mezclas heterogéneas. VARIACION DE PROPIEDADES −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− MATERIA COMPOSICION Y COMPOSICION Materia Variable Si MEZCLA HETEROGÉNEA heterogénea Materia Variable No DISOLUCIÓN homogénea Materia Fija No SUSTANCIA PURA homogénea El soluto es la sustancia que se disuelve y es el que se encuentra en menor cantidad. El disolvente es la sustancia que disuelve y es el que se encuentra en mayor cantidad. SÓLIDO EN SÓLIDO LÍQUIDO EN SÓLIDO GASEOSO EN SÓLIDO Disolución líquida: Cuando el Disolución sólida: Cuando el sólido líquido es el disolvente es el disolvente Disolución gaseosa: Cuando el gaseoso es el disolvente SÓLIDO EN LÍQUIDO LÍQUIDO EN LÍQUIDO GASEOSO EN LÍQUIDO SÓLIDO EN GASEOSO LÍQUIDO EN GASEOSO GASEOSO EN GASEOSO Una disolución saturada es aquella que a una temperatura determinada no admite más soluto. La solubilidad de una sustancia en un disolvente a una temperatura determinada es la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad fija de disolvente a dicha temperatura FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SOLUBILIDAD _La solubilidad de los gases en los líquidos aumenta con la presión. 4 _La solubilidad de los gases en los líquidos disminuye con la temperatura. _La solubilidad de los sólidos en los líquidos aumenta con la temperatura. _Cuanto mayor es la superficie de contacto mas rápida es la disolución La teoría atómica de Dalton En 1808 John Dalton enunció su teoría atómica: _La materia está formada por pequeñas partículas, separadas en indivisibles, llamadas átomos _La materia que tiene todos sus átomos iguales es un elemento _Los átomos de los distintos elementos se distinguen por su masa y propiedades _Los átomos de elementos distintos pueden unirse en cantidades fijas para formar compuestos _Los átomos de un determinado compuesto son también iguales en masa y propiedades. En 1811 el químico Amadeo Avogadro denominó moléculas a los átomos compuestos de Dalton. ATOMOS Y MOLECULAS _Modelo atómico de Dalton: (1808 Británico) Dalton imaginaba que los átomos eran esferas macizas e indivisibles. Este modelo no dice nada sobre la constitución interna del átomo. _Modelo atómico de Thompson: (1897 Británico) Demostró que en el interior de los átomos hay unas partículas diminutas con carga eléctrica negativa a las que denomino electrones. Se trata de un modelo estático en el que los átomos pueden perder electrones, con lo que justificada el fenómeno de la electrificación. _Modelo atómico de Rutherford: (1911 Neocelandés) Demostró que no son macizos sino que están vacíos en su mayor parte. Dedujo que había un pequeño corpúsculo llamado núcleo, en el que se encuentran partículas con carga positiva e intuyó la presencia de los neutrones. _Modelo atómico de Bohr: (1913 Danés) Dijo que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas circulares en radios definidos, hay órbitas permitidas y órbitas prohibidas. _Modelo atómico de James Chadwick: Descubrió el neutrón cuya masa es similar a la del protón pero sin carga eléctrica. El núcleo tiene dos partes: NÚCLEO: Es la parte central del átomo y en él se encuentran los protones y los neutrones, estos últimos sol partículas sin carga y de masa aproximadamente igual a la de los protones (1,67 x 10 ) La masa del átomo se concentra en el núcleo porque la masa de los electrones es insignificante comparada con la de los neutrones y protones. CORTEZA: Es la parte exterior del átomo y contiene los electrones. En todos los átomos el número de protones del núcleo es igual al número de electrones. El volumen que ocupa un átomo es 10 veces mayor que el núcleo. Los orbitales son regiones del espacio donde la probabilidad de encontrar un electrón con una determinada 5 energía es muy grande. Los orbitales están agrupados en niveles energéticos El número atómico y el numero másico El número atómico (Z) es el número de protones y de electrones y determina el elemento del que se trate El número másico (A) indica la suma de neutrones y protones que tiene el núcleo Si llamamos N al número de neutrones, la relación de este con el número atómico es: A=Z+N Elemento químico es toda sustancia cuyos átomos tienen todos el mismo número atómico. ISOTOPOS: Son las formas atómicas de un mismo elemento que se diferencian en su número másico. La unidad de masa atómica, u, se define como la doceava parte de la masa de un átomo de átomo y equivale aproximadamente a la masa de un protón o un neutrón La masa atómica relativa de un isótopo o masa isotópica es el número de veces que la masa de un átomo de ese isótopo contiene la unidad de masa atómica. La radiactividad _La radiactividad natural es el proceso espontánea de radiaciones por parte de núcleos atómicos inestables que se transforman en otros núcleos _La radiactividad artificial es la radiactividad que presentan algunos isótopos estables al ser bombardeados con distintas partículas _La fisión nuclear es la reacción nuclear en la que tiene lugar la rotura de un núcleo pesado, esta da lugar a una reacción en cadena, la gran energía que se obtiene puede ser aprovechada en las centrales nucleares para generar energía eléctrica. Agrupaciones de átomos Los átomos se presentan agrupados exceptuando a los gases nobles. _Las moléculas se agrupan de una manera en la que son poco numerosas y están desordenadas _Las redes cristalinas están formadas por un número indeterminado de partículas elementales y están ordenadas geométricamente _Los átomos de elementos tienden a ganar, perder o compartir electrones con tal de que su nivel más externo tenga la configuración de un gas noble. Enlace químico Es la unión que se establece entro los átomos o las partículas elementales que constituyen una sustancia Un ión es un átomo o grupo de átomos que ha ganado o ha perdido uno o más electrones por lo que a ganado 6 o perdido uno o más electrones. Pueden ser: _Iones positivos o cationes: Se forman cuando un átomo pierde uno o más electrones en su nivel más externo y adquiere una carga positiva _Iones negativos o aniones: se forman cuando un átomo gana electrones en su nivel más externo por que adquiere una carga negativa −−−−−−−−−−−− Estructura Estado de agregación Punto de fusión Solubilidad Conductividad Ejemplos Sustancias iónicas Sustancias covalentes Metales Red cristalina iónica Red cristalina formada por iones Moléculas atómica formada por positivos y negativos átomos Sólidas, menos el Sólidas Líquidas o gaseosas Sólidas mercurio Elevado aunque varía depende del Elevado Bajo Muy elevado metal Solubles entre si en Insolubles menos en Insolubles En agua estado fundido disolventes Conducen la No conducen la No conducen la Buenos conductores corriente electrica corriente electrica corriente electrica de la electricidad Cloruro de sodio agua Sílice Cobre 7