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Liceo Marta Donoso Espejo
La Química como ciencia
experimental
Profesor: Sr. Edmundo Olave S.M
Universidad de Chile
Aprendizajes esperados
► Comprender
la evolución de la química desde los
orígenes de la humanidad hasta nuestros días.
► Conocer los aspectos más relevantes de la química
como ciencia experimental.
► Comprender los conceptos fundamentales de la
química: clasificación, composición y estructura de
la materia y las transformaciones que experimenta
► Reconocer la importancia de la química como
parte del desarrollo humano.
¿Qué es Química?
► En
cada momento de nuestra de vida
estamos en contacto con la química, en el
interior de nuestro cuerpo, fabricación de
materiales, medicamentos, etc.
► La Química es una ciencia que
que estudia la materia, su
composición, estructura y los
cambios que experimenta.
Ramas de la química
►
Química del petróleo o Petroquímica:
Investiga y desarrolla
nuevos productos, tales
como plásticos, combustibles
y otros materiales sintéticos.
►
Química farmacéutica:
Trabaja en el desarrollo de
nuevos medicamentos para
el diagnóstico y el tratamiento
de nuevas enfermedades
Ramas de la Química
►
Química ambiental:
Estudia la contaminación
del ambiente, los efectos
de los contaminantes; y
las medidas de prevención
y descontaminación.
►
Química industrial:
Estudia las propiedades físico-químicas
de un sinfín de materiales y
transforma las materias primas en
otros productos.
La Química a través del tiempo
►
En el desarrollo histórico de la Química como ciencia, se
observan períodos caracterizados por el conocimiento que
se alcanza y por la aplicación de técnicas.
►
•
Período Prehistórico
Las personas exploran su territorio, tratando de adaptarse
y de comprender su entorno.
Se usan materiales extraídos directamente
de la naturaleza, como piedras,
ramas de los árboles, huesos y
pieles de animales para fabricar
utensilios de uso diario.
Se usa el fuego para la cocción de
alimentos.
•
•
La Química a través del tiempo
► Período
Antiguo (2500-600 a.C):
• Se conocen los primeros metales, como el cobre y el
oro. Gracias al fuego se experimentan las primeras
transformaciones químicas que darán origen a las
aleaciones, como el bronce (aleación de Cu y Sn)
usado para fabricar utensilios.
• Los egipcios utilizan las técnicas
metalúrgicas para la obtención
de metales; preparan colorantes,
pigmentos, vidrios, cerámicos,
bálsamos y venenos. Aplican la fermentación para
la elaboración del pan y la cerveza.
La Química a través del tiempo
►
•
•
•
Período Griego (600-300 a.C)
Se definen las primeras teorías sobre la naturaleza de la
materia.
En el siglo V, Demócrito de Abdera (460-370 a.C), postula
que el átomo es la partícula más pequeña de la materia
(materia discontinua).
Aristóteles de Estagira (384-323 a.C) propone, a diferencia
de Demócrito, que la materia es continua y uniendo los
pensamientos de Thales de Mileto, Anaxímines, Heráclito
y Empedocles, establece la teoría de los
cuatro elementos, la cual consiste en que la
materia está formada por cuatro elementos
(tierra, aire, agua y fuego) en distintas
proporciones, prevaleciendo esta teoría por
más de 2000 años.
La Química a través del tiempo
►
•
•
•
•
•
Alquimia (100 a.C a 1500 d. C)
Época precursora de la Química, relacionada con la “magia
oscura”.
Se cree que la materia puede transformarse hasta alcanzar su
perfección; se buscan métodos para obtener la piedra
filosofal, capaz de transformar los metales en oro, mediante la
transmutación, y el elixir de la inmortalidad.
Se descubren muchas sustancias químicas,
como los ácidos fuertes y se desarrollan
técnicas de laboratorio como la destilación,
además se implementan métodos efectivos
para medir la masa de sus ingredientes,
usados hasta el día de hoy.
Se inicia la simbología química.
Alquimistas destacados: Geber, Al-Razi
Nicolás Flamel.
La Química a través del tiempo
► Iatroquímica
(siglo XVI)
• Se aplican los conocimientos y técnicas adquiridas
por la Alquimia para la elaboración de remedios y
drogas. Se curan enfermedades a base de
extractos minerales y vegetales.
• Paracelso (1493-1541) se destaca
por la utilización de compuestos
químicos en la medicina. Adquiere
conocimientos sobre las reacciones
químicas y los efectos de los
medicamentos que produce.
La Química a través del tiempo
►
•
•
Flogisto (siglo XVII)
Se inicia el estudio de las transformaciones químicas,
especialmente del fenómeno de la combustión,
proceso durante el cual las sustancias arden.
George Sthal (1650-1734) postula la teoría del
flogisto para explicar porque algunas sustancias arden
y otras no, plantea que los combustibles al arder una
pierden una sustancia llamada
flogisto, el cual se perdía al
entrar en contacto con el aire.
La Química a través del tiempo
Período Moderno (siglo XVIII a XIX)
Surge oficialmente la química, como una ciencia inductiva,
experimental y racional, diferenciándola de su predecesora, la
alquimia.
• Centra su interés en el estudio de los gases, la composición de
las sustancias químicas y la combustión.
• Destacan científicos como: Joseph Priestley
(1733-1804), que logró aislar el oxígeno;
Henry Cavendish (1731-1810), que determina
la composición del agua; Antoine Lavoisier
(1743-1794), que interpreta la combustión
como una reacción química y enuncia la Ley de
conservación de la masa, que derriba la teoría
del flogisto; John Dalton (1766-1844) que
enuncia la teoría atómica, que derriba la teoría
de la continuidad de la materia de Aristóteles.
A. Lavoisier
►
•
La Química a través del tiempo
Período Atómico (siglo XX - …)
• Se descubren las partículas subatómicas, se plantean
modelos atómicos, se interpreta el fenómeno de la
radioactividad y se aplica la energía nuclear.
• Destacan científicos como J. J. Thompson (1856-1940),
que descubre el electrón; Ernest Rutherford (18711937), que descubre el núcleo atómico;
Niels Bohr (1885-1962) que postula
niveles de energía en el átomo.
• En radioactividad destaca el matrimonio
Curie, quienes descubrieron los
elementos como el Polonio (Po) y
el Radio (Ra)
►
Técnicas básicas de laboratorio
►
Filtración: Sirve para separar un
sólido que se encuentra en
suspensión en un líquido. La mezcla se
vierte sobre un material poroso como el
papel filtro que permite el paso
solamente del líquido y retiene el
sólido.
►
Destilación: Se usa para separar mezclas
líquidas: de un sólido disuelto en un líquido
o de dos líquidos con diferentes puntos de
ebullición. De esta forma al calentar la
mezcla el líquido más volátil se evapora
y se hace pasar por un refrigerante, condensándose.
Técnicas básicas de laboratorio
► Tamizado:
Se usa para separar los componentes
de una mezcla de sólidos de distinto tamaño o de
sólidos no disueltos en un líquido, a través de un
tamiz (colador), que es una malla o tela muy
tupida.
Propiedades de la materia
►
Para diferenciar la gran variedad de materia que existe a nuestro
alrededor debemos considerar sus propiedades o características.
•
Propiedades físicas: Son las características que pueden observarse
y medirse sin que se modifique la composición o estructura de la
materia, se cuantifican de acuerdo a los unidades acordadas por el
Sistema Internacional de Unidades (SI).
Ejemplos:
• Masa: Cantidad de materia de un cuerpo.
• Volumen: Espacio que ocupa un cuerpo.
• Densidad: Relaciona la masa y volumen de un
cuerpo.
• Peso.
• Punto de fusión.
• Color y textura.
Propiedades de la materia
•
Propiedades químicas: Corresponden a las características que
determinan qué cambios o transformaciones puede
experimentar la materia en su composición y estructura
interna.
Ejemplos:
• Capacidad de reaccionar con oxígeno, por
ejemplo al quemar un papel.
• Reacción con ácidos; como limón, vinagre, ácido
clorhídrico (HCl), ácido sulfúrico (H2SO4).
• Reacción con bases, como el hidróxido de sodio
(NaOH), y las pastillas antiácidas.
• Reacción con el agua, como la oxidación de
metales con agua.
Estructura de la materia
►
El átomo está conformado por una por una parte central
llamada núcleo, rodeado de una capa externa llamada
electrósfera donde se encuentran los electrones.
• Núcleo atómico:
Es muy pequeño: menos del 0,1% del volumen
total.
Es muy masivo: contiene el 99,9% de la masa
total.
Contiene las partículas subatómicas llamadas
protones, con carga positiva y neutrones, sin
carga eléctrica.
Estructura de la materia
• Electrósfera:
Los electrones forman una “envoltura” de carga
negativa en torno al núcleo atómico.
Constituye el 99,9% del volumen del átomo.
Los electrones, ubicados en esta región, pueden
cederse, aceptarse o compartirse entre dos
átomos.
Núcleo
Estructura de la materia
►
Conceptos relacionados con la estructura atómica.
•
Número atómico (Z): Corresponde al número de protones
(p+) de un átomo.
Z = p+
•
Número másico (A): Corresponde a la suma de protones y
neutrones (nº) de un átomo.
A = p+ + nº
•
La estructura del átomo permite reconocer que el átomo es
eléctricamente neutro, es decir el número de electrones es
igual al número de protones
Z = p+ = e-
Estructura de la materia
► Actividad:
Elemento
Complete la tabla.
Z
A
p+
6
nº
6
31
15
24
28
35
49
115
83
77
e-
192
126
30
Modelos atómicos
Un modelo científico es una imagen mental que nos permite
comprender algo que no podemos ver ni vivenciar directamente, lo
cual puede representar materia macroscópica (modelos del
Universo) y materia microscópica (los modelos atómicos).
► La idea que tenemos actualmente de átomo, descrita
anteriormente, es resultado de un largo proceso de investigación
en el que se han postulado algunas teorías hasta llegar al modelo
actualmente aceptado.
► Se han propuesto cinco modelos, atómicos a lo largo de la historia,
los cuales se han ido descartando en la medida que aparecen:
►
 Teoría atómica de
 Modelo de Joseph
la materia de Dalton (1809).
John Thomson (1897).
 Modelo de Ernest Rutherford (1911).
 Modelo de Niels Bohr (1913).
 Modelo Mecanocuántico (1927) Erwin Schrödinger y otros.
Modelos atómicos
Clasificación química de la materia
► Considerando
la composición química de la
materia, existen dos tipos de sustancias:
sustancias puras y mezclas.
► Sustancias
puras: Clase de materia formada
por un mismo tipo de partículas (átomos o
moléculas), que posee una composición
definida, donde encontramos elementos y
compuestos químicos.
Clasificación química de la materia
•
Elementos químicos:
 No pueden descomponerse en sustancias más
simples.
 Constituida por átomos de la misma clase
(igual número atómico).
 Se representan mediante símbolos químicos.
•
Compuestos químicos:
 Pueden descomponerse en sustancias más
simples, mediante procesos químicos.
 Constituidos por dos o más elementos
diferentes, con composición definida y
constante.
 Se producen en un cambio químico.
 Se representan mediante fórmulas químicas.
Clasificación química de la materia
►
Mezclas: Corresponde a la unión de dos o más sustancias con
una composición variable, que no se encuentran químicamente
combinados. Existen de dos tipos:
•
Mezclas homogéneas:
 Sus componentes están mezclados
uniformemente, son miscibles formando
una sola fase.
 Se llaman también soluciones químicas.
 El componente de menor proporción
se denomina soluto (fase dispersa) y
el de mayor proporción solvente
Sal disolviéndose
(fase dispersante).
en agua
Tipos de soluciones según su estado
físico
Solvente
Soluto
Gas
Líquido
Sólido
Gas
Líquido
Sólido
Aire
CO2 en
agua
H2 en platino
Aire
húmedo
Alcohol
en agua
Mercurio en oro
Yodo
Azúcar en
Aleaciones:
sublimado
agua
Bronce: Sn + Cu
Latón: Cu + Zn
Clasificación química de la materia
► Mezclas
heterogéneas: Son aquellas mezclas cuyos
componentes no están distribuidos de manera
totalmente uniformemente y pueden distinguirse con
facilidad, son inmiscibles. Existen de dos tipos:
•
Suspensión: Mezcla heterogénea en
que el sólido (medio disperso) y el
líquido (medio dispersante) no
se forman un cuerpo uniforme,
separándose en sus fases. Ej: mote
huesillos, agua con arena.
Mote con huesillos
Clasificación química de la materia
► Emulsión:
Mezcla heterogénea de dos
líquidos inmiscibles, es decir que no se unen
debido a su distinta naturaleza.
► Las sustancias inmiscibles se
separan mediante el embudo de
decantación
Iones y moléculas
►
En la naturaleza, los átomos neutros interactúan
constantemente formando nuevas partículas: iones y
moléculas.
►
Iones: Corresponden a átomos neutros que ganan o
pierden electrones, transformándose en átomos cargados
eléctricamente. Si un átomo pierde electrones se convierte
en un ion positivo o catión.
En caso que acepta o reciba
electrones queda cargado
negativamente y se denomina
anión.
Iones y moléculas
Moléculas: Agrupaciones
de átomos iguales o
distintos de cantidad
definida que representan
la mínima cantidad de
materia en estado libre.
► Existen moléculas de
elementos: H2, N2, O2,
Cl2, O3, Br2, P2, P4, S8.
► Existen moléculas de
compuestos: NH3, CO,
CO2, H2O, H2O2, HNO3,
C6H12O6.
►
Iones y moléculas
► Red
cristalina:
Estructura ordenada
de átomos que
obedecen a un patrón
geométrico que se
repite numerosas
veces, que a diferencia
de la molécula, está
formada por un
número indefinido de
átomos. Ej: la sal.
Estructura cristalina de la
sal (NaCl)
Los cambios de la materia
►
Una característica fundamental de la materia es que no
se mantiene estática ni invariable, sino que se
transforma y modifica. Podemos distinguir dos tipos de
cambios:
•
Cambios físicos:
 Transformaciones que sufre la materia sin que se
altere ni modifique su composición.
 En su mayoría son reversibles.
 La masa se mantiene constante durante el cambio
físico.
 Ej: cambios de estado, arrugamiento de un papel,
etc.
Los cambios de la materia
►
Cambios químicos:
 Transformación en las que se altera la composición
química de la materia.
 Suelen ser procesos irreversibles.
 Corresponden a las llamadas reacciones químicas.
 Ej: Combustión, oxidación, digestión de alimentos,
etc.
Identificar procesos químicos en las
siguientes imágenes
F2
F1
F3
Reacciones químicas
►
Las reacciones químicas se producen cuando una o más
sustancias químicas, llamadas reactantes, se transforman en
nuevas sustancias, llamadas productos.
►
Características:
 Obedecen a la Ley de conservación de la materia, lo
que significa que la masa de los reactantes es igual a la
de los productos.
 Ocurren por un cambio energético: se puede liberar
calor (reacción exergónica) o absorber calor del
entorno (endergónica)
 Se representan mediante ecuaciones químicas.
Reactantes
Productos
Equilibrio de ecuaciones
►
Balancee las siguientes ecuaciones
químicas y complete el cuadro:
N2 (g) + H2 (g) + energía
Nº de moléculas
Reactantes
Productos
Nitrógeno reactante
Nitrógeno producto
Hidrógeno reactante
Hidrógeno producto
NH3
Nº de átomos