Este documento presenta una introducción a la química básica. Explica que la química estudia la materia, sus propiedades y transformaciones. También resume brevemente el origen histórico de la química desde la alquimia hasta su evolución como ciencia moderna. Finalmente, destaca la importancia de la química en la vida cotidiana y sus aplicaciones en diferentes campos como la medicina, la industria y la tecnología.

1. Química Básica La mayoría de las ideas fundamentales de la ciencia son esencialmente sencillas y, por regla general pueden ser expresadas en un lenguaje comprensible para todos. Albert Einstein. (1879-1955)

2. La ciencia se compone de errores, que a su vez, son los pasos hacia la verdad. Julio Verne Por Margarita E. Patiño Jaramillo Ingeniera Química

5. INTRODUCCIÓN La búsqueda del conocimiento científico, la elaboración de leyes, modelos y teorías que permitan hacer grandes síntesis, es uno de los objetivos principales de la Ciencia, y de gran ayuda es la química, ya que si hacemos una reflexión todo lo que nos rodea tiene que ver con el estudio de esta Asignatura y por esa razón podríamos hacernos varias preguntas como las siguientes:

6. ¿ Cómo se elaboran las medicinas? ¿De qué se compone la tinta que utilizamos para escribir?. ¿Cómo se elabora el papel para nuestro libros y cuadernos?. ¿Cómo se elaboran los cosméticos?.

7. Cómo se fabrican las joyas? ¿Cómo se fabrican los helados?. ¿Cómo se fabrican los buñuelos? ¿Cómo preparan nuestros alimentos?. ¿Cómo se elaboran telas de nuestros vestidos?.

8. En fin si quisiéramos profundizar que tan útil es el estudio de la Química la lista de estas preguntas se haría innumerable. Nada menos en nuestros hogares contamos con gran cantidad de enseres obtenidos con las más diversas materias primas que han sido transformadas, gracias a que la transformación de la materia lo ha permitido.

9. Los cambios químicos permiten que la materia se transforme en otra completamente diferente y adquiera propiedades distintas, es que podemos hacer uso por ejemplo del papel el cual se obtiene de una sustancia que se llama celulosa, del las bolsas plásticas, hechas de otro material llamado polietileno.

10. El polietileno, es un polímero, que se obtiene del etileno, si usas prendas de nylon éste es otro polímero, cuya parte fundamental son partecitas muy pequeñas llamadas chips de caprolactama,

11. las galletitas del mismo nombre (las minichips), también hacen parte de transformaciones, es decir intervienen la química; ahí que estos y un sinnúmero más de ejemplos se podrían mencionar.

12. Todo lo que te estoy contando solo tiene un propósito introducirte como estudiante al estudio de esta maravillosa y fascinante Ciencia así que comenzaremos por mencionar algunos conceptos importantes y después poco a poco nos iremos adentrando en los tremendos alcances que tiene esta ciencia. Por los motivos antes citados es conveniente comenzar definiendo el concepto de "Química“, de la que mucho se ha hablado en cuanto a sus orígenes pero lo que, si se sabe es que se deriva de la palabra alkimia.

13. ALKIMIA nombre del antiguo asociado al arte de convertir el plomo en oro o en metales preciosos. Como todo lo que utilizamos normalmente pasa por una transformación hacen de ésta una ciencia con modelos leyes y teorías.

14. Estos modelos, leyes, y teorías que hacen de la Química una ciencia, constituyen el ámbito de conocimiento de la Química General y por lo tanto justifican su inclusión en el diseño curricular de todo plan que necesite de esta área del conocimiento, como lo son tecnología en calidad, producción, mantenimiento de equipo biomédico, construcción y acabados arquitectónicos, diseño industrial, electromecánica y la ingeniería en general.

16. ¿… Y…QUÉ ESTUDIA LA QUÍMICA? Primero que todo acuérdate que la química es una ciencia experimental, y que es la encargada del estudio de los distintos tipos de materia (las sustancias) desde los siguientes puntos de vista: Q I M C I A U

17. a) sus propiedades (lo cual permite identificarlas); b) su formación; c) su composición; d) Y las transformaciones que las sustancias pueden sufrir y las leyes que rigen estas modificaciones.

18. La ciencia Química se ha venido desarrollando conforme ha transcurrido el desarrollo del hombre, interviniendo en su alimentación, algunos ejemplos tenemos: … Y Por qué es tan importante la química?

19. vestido, casa, medicina, suficientes motivos para intentar desentrañar el mundo que le rodeaba. Así el hombre pudo descubrir que sustancias servían para conservar sus alimentos, como los antioxidantes por citar la (vitamina C, ácido fosfórico, BHT) los cuales retrasan la descomposición bacteriana,

20. preservantes como: ácido benzoico, benzoato de sodio, ácido láctico. Saborizantes como: la sal para aumentar el sabor y hacerlos más atractivos al paladar y edulcorantes: como: sacarina y aspartame, el fructoswit, la splenda etc.

21. … Y Por qué es tan importante la química? Así mismo, comenzó a analizar el origen y transformación de las prendas de vestir, al encontrar que las mezclas de polímeros plásticos como: nylon, lycra, rayón, dacrón, hacían más perdurables y confortables las prendas . Utilizando lana produjo prendas más más cálidas.

22. En su vivienda aplicó las sustancias como los silicatos en los cementos lo cual dio resistencia a sus construcciones, igualmente el amianto. En la medicina, ni hablar, desarrolló nuevos compuestos que aplicó como: vacunas, sueros, antibióticos, analgésicos, etc. Todo esto gracias al conocimiento de la Química. Como todo en el Universo interactúa es importante mencionar como se relaciona esta ciencia pura con otras ciencias.

23. Al ser la Química la ciencia que trata de la constitución de la materia, no hay ninguna rama de la ciencia que posea una extensión tan amplia e incluso, un examen cuidadoso del contenido de todas ellas revela que la Química tiene una relación estrecha con cualquier ciencia particular. … Entonces, cómo se relaciona la química con otras ciencias?

24. Así, la Biología incluye el estudio de las transformaciones químicas que ocurren en las minúsculas células integrantes del organismo vivo durante los procesos de digestión y crecimiento; la Geología constituye un prodigioso lienzo natural en el que se muestran los cambios químicos verificados en las rocas durante las diversas eras geológicas.

25. LA Física se ocupa de las distintas formas de energía, pero los efectos de la energía sobre la materia son casi siempre de naturaleza química; y la Astronomía se apoya en la Química al buscar información acerca de la estructura y constitución de los astros.

26. En la Arqueología mediante la prueba con Carbono 14 un elemento radiactivo, se determinan las fechas de existencia de civilizaciones pasadas y las Matemáticas ha proporcionado las herramientas para establecer la relación o combinación de los elementos en un compuesto así mismo para realizar cálculos en las reacciones químicas.

27. ¿… Y CUÁL ES EL ORIGEN DE LA QUÍMICA? La aparición de la ciencia que llamamos "Química" requiere un proceso histórico más dilatado y lento que otras ramas de la ciencia moderna. Tanto en la antigüedad como en la Edad Media se contemplan denodados esfuerzos por conocer y dominar de alguna forma los elementos materiales que constituyen el entorno físico que nos rodea.

28. Averiguar cuáles sean los elementos originarios de los que están hechos todas las cosas así como establecer sus características, propiedades y formas de manipulación son las tareas primordiales que se encaminan al dominio efectivo de la naturaleza. No es, pues, extraño que en sus primeros balbuceos meramente empíricos los resultados no tengan otro carácter que el que denominamos "mágico":

29. la magia como conocimiento de la realidad que se oculta tras la apariencia de las cosas y como práctica que permite actuar sobre ellas según nuestra voluntad .

30. EVOLUCIÓN DE LA QUÍMICA Aristóteles y Empédocles se distinguen en Grecia; Demócrito y Leucipo aportaron a esta ciencia. Para recordar ¿QUÉ ES LA QUÍMICA? La química es una ciencia que estudia la materia, su estructura y propiedades: como dureza e inercia. También se puede estudiar el peso y la densidad y de algunos metales su gran maleabilidad.

31. LA ALQUIMIA Y luego viene la alquimia tras la “piedra filosofal” a partir de elementos buscaron el oro como metal . YATROQUÍMICA Como auxiliar en medicina viene su utilización se distingue Paracelso con más investigación

32. ERA ATÓMICA Se descubren los rayos X y la radioactividad, explota la bomba atómica Oh! qué fatalidad. Colorantes, drogas, plástico, demuestran su utilidad, beneficiando cada día a toda la humanidad . FLOGISTO En el renacimiento empieza la ciencia experimental, la composición de los cuerpos es objeto primordial

35. Cargas de distinto signo se atraen Cargas de igual signo se repelen

36. QUÉ ES LA MATERIA Denominamos materia a todo aquello que podemos percibir con nuestros sentidos, es decir, todo lo que podemos ver, oler, tocar, oír o saborear es materia. Cargas de distinto signo se atraen Cargas de igual signo se repelen

37. (podrás decir, entonces que ocupa un lugar en el espacio, que posee masa y tiene una naturaleza electrice, la que se manifiesta dos formas diferentes (positiva y negativa) asociadas a las partículas elementales que constituyen el átomo, siendo este, a su vez, la pieza fundamental de construcción de todo lo que nos rodea. MATERIA

38. El compañero que se sienta a tu lado está constituido por materia, lo mismo que la silla en la que te sientas, la mesa que usas para escribir y las hojas de papel que empleas para tomar apuntes, e incluso el reloj que usas para ver la hora.

39. y… Recibe el nombre de cuerpo una porción de materia, delimitada por unas fronteras definidas, como un folio, el lápiz o el borrador; varios cuerpos constituyen un sistema material.

40. Ten en cuenta que… Esta es una molécula de agua En azul los átomos de hidrógeno En rojo un átono de oxígeno Todos los cuerpos están formados por materia , cualquiera sea su forma, tamaño o estado. Pero no todos ellos están formados por el mismo tipo de materia , sino que están compuestos de sustancias diferentes. Para examinar la sustancia de la que está compuesto un cuerpo cualquiera, éste puede dividirse hasta llegar a las moléculas que lo componen .

41. Estas partículas tan pequeñas son invisibles a nuestros ojos, sin embargo, mantienen todas las propiedades del cuerpo completo. A su vez, las moléculas pueden dividirse en los elementos simples que la forman, llamados átomos.

42. QUÉ ES LA MASA La masa es una medida de la cantidad de materia que tiene una muestra de cualquier sustancia o cuerpo

43. De los dos cuerpos siguientes, ¿cuál es más difícil de mover? Si de encuentra en movimiento , ¿cuál es más difícil de detener, o de desviarle su recorrido?. Si esta propiedad se define como inercia, ¿Cuál de los dos cuerpos posee más inercia?. Debe contarse además, con una unidad que permita medir la inercia o las diferencias de inercia.

44. ¿Qué será más difícil de halar, un elefante o un ratón? Si halara cada uno de estos animales con la misma cantidad de fuerza, el elefante respondería en menor grado, aún cuando realmente no se rehusara . Esto es debido a que el elefante tiene más masa que un ratón .

45. La masa permanece siendo la misma, sin importar la cantidad de fuerza que se le aplique. Esto hace que masa sea diferente a peso , pues el peso depende tanto de la cantidad de masa como de la gravedad. Esto significa que, aunque un elefante pese menos en la Luna, su masa continúa siendo la misma.

46. ¿… Cómo mediré cuantitativamente la inercia? Pues la inercia se puede medir en forma cuantitativa cuando se mide la masa del cuerpo, y entre ellas existe una proporción directa, es decir, un cuerpo de gran masa posee también una gran inercia.

47. Y… la masa la vas a determinar mediante un método cuantitativo, en función del patrón de masa de 1 Kg y utilizando una balanza.

48. No debes olvidar que Todos los cuerpos tienen masa ya que están compuestos por materia. También tienen peso, ya que son atraídos por la fuerza de gravedad. Por lo tanto, la masa y el peso son dos propiedades diferentes y no deben confundirse . Otra propiedad de la materia es el volumen, porque todo cuerpo ocupa un lugar en el espacio.

49. A partir de las propiedades anteriores surgen, entre otras, propiedades como la impenetrabilidad y la dilatabilidad

50. … Y CUÁLES SON LAS PROPIEDADES FÍSCAS DE M ATERIA? Todas las sustancias poseen PROPIEDADES FÍSICAS que nos permiten identificarlas: El color, el olor, la dureza, el

51. El punto de fusión y el punto de ebullición, solubilidad, densidad, conductividad del calor y de la electricidad, brillo, transparencia, dureza, maleabilidad, ductilidad, estructura cristalina, punto de fusión, punto de ebullición, etc. Así, por ejemplo, el cobre, el oro y la plata se distinguen por su color; el agua, el alcohol y la gasolina por su olor.

52. A estas propiedades se les denomina ORGANOLÉPTICAS, por que se perciben y determinan a través de los sentidos. Las propiedades físicas se subdividen en extensivas e intensivas las que comprenden las anteriormente mencionadas

53. ESTAS SON LAS PROPIEDADES GENERALES DE LA MATERIA O EXTENSIVAS. Son aquellas propiedades de un cuerpo cuyo valor medible depende de la cantidad de masa, ejemplos: volumen, peso, número de moles, inercia, porosidad. Estas propiedades las presentan todos los cuerpos, por lo que no se emplean para diferenciar una sustancia de otra y ellas son: Volumen, peso, inercia, porosidad, y número de moles

54. DEBÉS ESTAR ATENTO Y RECORDAR Que la masa es una propiedad general de la materia, es decir, cualquier cosa constituida por materia debe tener masa .

55. Que el peso y la masa son proporcionales, de forma que al medir uno se puede conocer la otra y, de hecho, en el lenguaje corriente, ambos conceptos se confunde, debes tener cuidado y no los confundas. Que la materia ocupa un lugar en el espacio, por lo tanto, tiene un volumen RECUERDA

56. EL VOLUMEN El volumen de un cuerpo representa la cantidad de espacio que ocupa la materia de un cuerpo y que no puede ser ocupado por otro cuerpo, ya que los cuerpos son impenetrables.

57. El volumen también es una propiedad EXTENSIVA de la materia y, por tanto, no permite distinguir un tipo de materia, una sustancia, de otra, ya que todas tienen un volumen.

58. … Y LA DENSIDAD ¿A qué será igual el volumen? Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de sustancias diferentes ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá.

59. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Es decir, se calcula dividiendo la masa de un cuerpo entre su volumen.

60. PESO. Es la fuerza de atracción de la tierra sobre un cuerpo, se mide mediante un dinamómetro. Sus unidades son el kilogramo-fuerza (Kgf). INERCIA. Es el estado de reposo o movimiento nulo de un cuerpo.

61. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA. Estas propiedades no las que presentan todos los cuerpos, ya que no dependen de la cantidad de masa, son importantes porque permiten distinguir a un cuerpo de otro.

62. Son propiedades Físicas Intensivas como: la densidad, la tenacidad, la conductividad eléctrica y calorífica, la elasticidad, maleabilidad, cambios de estado o químicas como: la fuerza oxidante, la acidez o basicidad, combustibilidad, capacidad de combinación (valencia), electronegatividad.

63. TENACIDAD. Es la resistencia de un cuerpo a ser fracturado. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA.

64. DENSIDAD. Es la relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo, como ya se había mencionado, su expresión matemática es: d = m/v, Sus unidades son g/cm3 o g/mL. El significado de estas siglas es: m = Masa, v = volumen y d = densidad Cada sustancia posee una densidad única y no depende de la cantidad de masa y es diferente para cada sustancia. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA

65. CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA. Es la capacidad de los materiales de conducir corriente eléctrica. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA

66. OXIDACIÓN. Facilidad de una sustancia para perder electrones. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA

67. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA ACIDEZ. Es la característica que presentan ciertas sustancias para ceder protones.

68. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA ELASTICIDAD . Es la facilidad de un cuerpo para estirarse por una fuerza y volver a recuperar su forma al desaparecer esa fuerza. Este fenómeno lo observamos cuando estiramos una liga.

69. MAGNETISMO. Fenómeno que presentan ciertos cuerpos de ser atraídos por un campo magnético. MALEABILIDAD . Facilidad de ciertos materiales para poder moldearse. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA

70. PROPIEDADES FÍSICAS INTENSIVAS O ESPECÍFICAS DE LA MATERIA COMBUSTIBILIDAD . Es la capacidad de ciertas sustancias para poder arder fácilmente . ELECTRONEGATIVIDAD. Fuerza para atraer electrones por parte de un elemento durante la formación de un enlace.

71. Por qué flotan los cuerpos… La densidad de un cuerpo está relacionada con su flotabilidad, una sustancia flotará sobre otra si su densidad es menor. Por eso la madera flota sobre el agua y el plomo se hunde en ella, porque el plomo posee mayor densidad que el agua mientras que la densidad de la madera es menor, pero ambas sustancias se hundirán en la gasolina, de densidad más baja.

72. CÁLCULO DE LA DENSIDAD Molécula de ácido acético CH3COOH EJEMPLO. Este método se puede utilizar para encontrar la masa de 25 ml de ácido acético, en la literatura química, se encuentra que la densidad del ácido acético es 1,0439 g/mL. Masa (g) = 25 ml x 1,0439 g/ml = 26 g

73. CÁLCULO DE LA DENSIDAD Molécula de etilenglicol HO – CH2 – CH2 – OH EJEMPLO: El etilenglicol HO – CH2 – CH2 – OH, es utilizado como anticongelante automotriz. Tiene densidad de 1,1101 g/ml (o 1,1101 g/cm3). Cuál es la masa en gramos de 60 L de etilenglicol ? Nota, (60 Litros = 60000 ml = 60000 cm3)

74. SOLUCIÓN Estrategia para la solución: Se conoce la densidad y el volumen de la muestra, recuerde que la densidad es la relación entre la masa de la muestra y su volumen, entonces masa = volumen x densidad. Por lo tanto, para encontrar la masa de la muestra se multiplica el volumen por la densidad. Solución 60000 ml x 1,1101 g/ml = 66606 g

75. OTRA PROPIEDAD FÍSICA: LA TEMPERATURA Otra propiedad útil de los elementos y los compuestos es la temperatura a la cual se funde el sólido (su punto de fusión) o hierve el líquido (su punto de ebullición). La temperatura es la propiedad de la materia que determina si se puede transferir energía calorífica de un cuerpo a otro y el sentido de dicha transferencia.

76. Para medir la temperatura se han desarrollado varias escalas termométricas. La más empleada en Latinoamérica es la escala centígrada o Celsius, inventada por el astrónomo sueco Anders Celsius. En esta escala, el agua se congela a 0ºC y entra en ebullición a 100ºC . Para medir la temperatura se utiliza el termómetro

77. ESQUEMA COMPARATIVO DE ESCALAS DE TEMPERATURA Punto de congelación del agua Punto de ebullición del agua

79. Existe un cambio químico cuando una o varias sustancias se transforman en otras

80. ¿ Cuáles son las propiedades específicas o intrínsecas de la materia?. ¿Cuál es la diferencia entre propiedades físicas y químicas de la materia? ¿Qué diferencia encuentras entre materia y material? ¿Cómo diferenciamos un material de otro?

81. EJERCICIO Cuál será el estado físico de las siguientes sustancias a 100º C: nitrógeno (N), aluminio (Al), plomo (Pb), cobre (Cu)? 2,595 1,083 Cobre 1,744. 327 Plomo 2,470 660 Aluminio 78.5 -117 Etanol 100 0 Agua -183 - 218 Oxígeno 3,000 1,535 Hierro -196 - 210 Nitrógeno PUNTO DE EBULLICIÓN ºC PUNTO DE FUSIÓN ºC SUSTANCIA

82. FENÓMENOS FÍSICOS Y QUÍMICOS, ¿QUÉ SON CADA UNO DE ELLOS? FENÓMENO FÍSICO : es aquel que tiene lugar sin transformación de materia. Cuando se conserva la sustancia original. Ejemplos: cualquiera de los cambios de estado y también patear una pelota, romper una hoja de papel. En todos los casos, encontraremos que hasta podría cambiar la forma, como cuando rompemos el papel, pero la sustancia se conserva, seguimos teniendo papel.

83. FENÓMENO QUÍMICO: es aquél que tiene lugar con transformación de materia. Cuando no se conserva la sustancia original. Ejemplos: cuando quemamos un papel, cuando respiramos, y en cualquier reacción química. En todos los casos, encontraremos que las sustancias originales han cambiado, puesto que en estos fenómenos es imposible conservarlas.