Tema 1 Introducción: Materia y Medición M.Sc. Rolando Procúpez S. Escuela de Química UCR ¿Por qué de estudiar ciencias? Cha pter 1/2 La química es el estudio de la materia, sus cambios y comportamiento. 1. Materia es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa. 2. Una sustancia es una forma de materia que tiene una composición dada y propiedades específicas que la distinguen de otras. Nitrógeno líquido Lingotes de oro Cristales de silicio Elementos y compuestos • elementos: un solo tipo de átomos. • compuesto: dos o mas átomos diferentes. 4 Mercurio (Hg), Arsénico (As) Azufre(s) Bismuto (Bi), Magnesio (Mg) Yodo (I), Elementos 5 Agua (H2O) Sal común (NaCl) Azúcar de mesa y otros carbohidratos Dióxido de carbono (CO2) Compuestos 6 • Homogéneas: son uniformes en toda la extensión de la misma. • Heterogéneas: no tienen la misma composición, propiedades y apariencia en todos sus puntos. Mezclas 7 Mezclas homogéneas 8 Mezclas homogéneas 9 Mezcla heterogéneas 10 Clasificaciones de la materia Clasificación de la materia. Toda la materia se clasifica en última instancia ya sea como elemento o compuesto. Los estados de la materia 12 Los estados de la materia 13 Química y los Elementos 13 Algunas Propiedades Químicas de los elementos Propiedades Intensivas: independientes del tamaño de la muestra. • temperatura • Punto de fusión Propiedades Extensivas: dependientes del tamaño de la muestra. • longitud • volumen 14 Algunas Propiedades Químicas de los elementos Propiedades Físicas: características que no involucran un cambio en la estructura química. Propiedades Químicas: características que sí involucran un cambio en la estructura química. 16 Unidades de medida Un acuerdo internacional determinó un conjunto de unidades métricas particulares adecuadas para utilizarse en las mediciones científicas: las unidades del SI (por las iniciales de su nombre en francés, Système International d’Unités). El sistema tiene siete unidades fundamentales de las que se derivan las demás. Unidades de medida Con las unidades del SI, se utilizan los prefijos para indicar fracciones decimales o múltiplos de varias unidades. Medida de la Masa Materia: Describe cualquier cosa con una presencia física, cualquier cosa que se pueda tocar, oler o saborear. Masa: Cantidad de materia en un objeto. Peso: Medida de la fuerza con la cual la gravedad “tira” de un objeto con una masa determinada. p = m•g Cha pter 1/19 Unidades de medida Las escalas de temperatura que se utilizan en estudios científicos son la Celsius y la Kelvin. La escala Celsius se basó en la asignación de 0 °C al punto de congelación del agua y de 100 °C a su punto de ebullición en el nivel del mar. Comparación de las escalas de temperatura Kelvin, Celsius y Fahrenheit. Medida de la Temperatura °F = 9 °F °C + 32 °F 5 °C °C = 5 °C (°F - 32 °F) 9 °F 21 Unidades derivadas 22 Volumen La unidad derivada del SI para el volumen es la unidad del SI para la longitud, m, elevada a la tercera potencia: el metro cúbico, m3. Relaciones volumétricas. El volumen ocupado por un cubo que mide 1 m por lado es de un metro cúbico, 1 m3. Cada metro cúbico contiene 1000 dm3. Un litro representa el mismo volumen que un decímetro cúbico, 1 L = 1 dm3. Cada decímetro cúbico contiene 1000 centímetros cúbicos, 1 dm3 = 1000 cm3. Cada centímetro cúbico equivale a 1 mililitro, 1 cm3 = 1 mL. Densidad La densidad se define como la cantidad de masa por unidad de volumen de la sustancia. Las densidades de los sólidos y los líquidos comúnmente se expresan en unidades de gramos por centímetro cúbico (g/cm3) o en gramos por mililitro (g/mL). masa densidad = volumen Densidad Típicas unidades de volumen Sólidos - cm3 Líquidos - mL Gases - L ¡Es una propiedad intensiva! masa densidad = volumen 25 Exactitud, precisión y cifras significativas Exactitud: Que tan cerca de un valor real se encuentra la medición hecha. • Medida simple: porcentaje de error • Serie de medidas: promedio Precisión: Que tanto un número de medidas independientes se acercan entre sí. Se caracteriza por la desviación estándar. 26 Incertidumbre en las mediciones Precisión y exactitud. • Precisión: que tanto coinciden entre sí los resultados de mediciones repetitivas • Exactitud: que tanto coinciden las mediciones con el valor real Exactitud, precisión y cifras significativas Cifras significativas: El número de digitos con sentido en una medida o cantidad calculada. Provienen de la incertidumbre de cualquier medición. Generalmente el último dígito reportado en una medida es incierto (estimado). Números exactos y relaciones: tienen un número infinito de cifras significativas (7 días en una semana, 30 estudiantes en una clase, etc.) Cha pter 1/28 Números exactos 29 El número de macadamias es exacto. La masa de las macadamias es inexacto. Números inexactos 30 Exactitud, precisión y cifras significativas 0 cm 1 2 3 4 0,8 cm < longitud < 0,9 cm longitud = 0,83 cm (¿?) longitud = 0,85 cm Se lee la mitad de la menor escala disponible 31 Incertidumbre en los equipos de medición 32 Exactitud, precisión y cifras significativas (CS) Reglas para contar cifras significativas (izquierda a derecha): 1. Los ceros en el medio de un número son como cualquier otro número; son siempre significativos. 4,803 cm 4 CS 32 Exactitud, precisión y cifras significativas (CS) Reglas para contar cifras significativas (izquierda a derecha): 1. Los ceros en el medio de un número son como cualquier otro número; son siempre significativos. 2. Los ceros al principio de un número no son significativos. 0,00661 g 3 CS (ó 6,61 x 10−3 g) 33 Exactitud, precisión y cifras significativas (CS) Reglas para contar cifras significativas (izquierda a derecha): 1. Los ceros en el medio de un número son como cualquier otro número; son siempre significativos. 2. Los ceros al principio de un número no son significativos. 3. Los ceros al final de un número y luego de un punto decimal son siempre significativos. 55,220 K 5 CS 34 Cifras significativas (CS) Para notación exponencial se siguen las mismas reglas anteriores. • • • • 6,022 x 1023 4 x 107 1,3 x 10−4 0,00100 x 10−3 (4 cifras) (1 cifra) (2 cifras) (3 cifras) 36 Redondeando números Reglas matemáticas para darle seguimiento a las cifras significativas: • Multiplicación o división: La respuesta no puede tener mas cifras significativas que cualquiera de los números originales. 3 CS 4 CS 278 km = 23,8 km/L 11,70 L 3 CS 36 Redondeando números Reglas matemáticas para darle seguimiento a las cifras significativas: • Multiplicación o división: La respuesta no puede tener mas cifras significativas que cualquiera de los números originales. • Suma o resta: La respuesta no puede tener más dígitos a la derecha del punto decimal que el número con menor cantidad de decimales. 2 decimales 3,18 + 0,01315 3,19 5 decimales 2 decimales 37 Redondeando números Si hay varias operaciones aritméticas se procede de la siguiente manera I) Para suma y/o resta: •El resultado debe ir con el menor número de decimales. II) Para multiplicación y/o división: •El resultado debe ir con el menor número de cifras significativas. 1,0001 + 0,7 + 4,35) 1,00 10 − 9,900 10 6,1 9,01 10 6,8 10 39 Redondeando números Reglas para redondear números: 1. Si el primer número a ser removido es menor a 5 se deja el número anterior intacto. 5,664 525 = 5,66 39 Redondeando números Reglas para redondear números: 1. Si el primer número a ser removido es menor a 5 se deja el número anterior intacto. 2. Si el número a ser removido es mayor a 5, redondear una unidad hacia arriba el número anterior. 3. Si el número a ser removido es exactamente 5, se deja el número anterior intacto solo si es par. 4. Si el número a ser removido es exactamente cinco, se redondea una unidad hacia arriba el número anterior solo si es impar. 5,6644 = 5,664 5,6646 = 5,665 5,6645 = 5,664 5,6635 = 5,664 40 Cálculos: convirtiendo de una unidad a otra Análisis Dimensional: Un método que utiliza un factor de conversión para transformar un cantidad expresada en una unidad a una unidad diferente. Factor de Conversión: señala la relación entre dos unidades diferentes. Cantidad original x factor de conversión = cantidad equivalente 41 Cálculos: convirtiendo de una unidad a otra Relaciones: Factor de Conversión 1 m = 39,37 plg 1m 39,37 plg convierte pulgadas a metros ó 39,37 plg 1m convierte metros a pulgadas 42 Cálculos: convirtiendo de una unidad a otra 69,5 plg x Cantidad inicial 1m = 1,77 m 39,37 plg Cantidad equivalente Factor de conversión 43
