Introducción a la Química: Conceptos Básicos

Hipótesis

Una **hipótesis** es una suposición provisional que se establece como base para una investigación.

Estimación

**Estimar** significa hacer una predicción aproximada para determinar el valor de algo.

Aproximaciones

Las aproximaciones pueden ser por exceso o por defecto.

Error

El **error** es la diferencia entre el valor real y el valor aproximado.

Medición

**Medir** consiste en comparar una cantidad con su unidad correspondiente para determinar cuántas veces se repite la unidad en dicha cantidad.

Kilogramo

El **kilogramo** es la masa de un decímetro cúbico de agua a la temperatura de su máxima densidad, 4 grados centígrados.

Sistema Internacional de Unidades (SI)

El **Sistema Internacional de Unidades (SI)** es un sistema de unidades de medida utilizado a nivel mundial por los científicos. Incluye unidades para:

• Longitud
• Masa
• Tiempo
• Temperatura
• Corriente eléctrica
• Cantidad de materia
• Intensidad luminosa

Notación Científica

La **notación científica** se utiliza para expresar números muy grandes o muy pequeños. Se representa como un número entre 1 y 10 multiplicado por una potencia de 10.

Tablas y Gráficas

Las **tablas** son un sistema para recopilar datos, mientras que las **gráficas** permiten una mejor interpretación de los fenómenos naturales.

Propiedades Características de las Sustancias

Las **propiedades características de las sustancias** incluyen:

• Estado físico
• Dureza
• Densidad
• Solubilidad
• Conductividad eléctrica
• Volatilidad

Fórmulas

Los científicos utilizan **fórmulas** para expresar los resultados de sus investigaciones mediante relaciones matemáticas.

Masa y Volumen

La **masa** es la cantidad de materia que contiene un objeto. El **volumen** es el espacio que ocupa un objeto.

Cómo Medir el Volumen

Existen dos métodos para medir el volumen:

• **Método matemático:** Base x altura
• **Método experimental:** Utilizando una probeta, se mide el volumen del agua antes y después de introducir el objeto. La diferencia entre ambos volúmenes corresponde al volumen del objeto.

Estados de la Materia

Los estados de la materia son:

• **Sólido:** Mantiene su forma.
• **Líquido:** No mantiene su forma, se adapta a la del recipiente.
• **Gaseoso:** No mantiene su forma, ocupa todo el volumen del recipiente.
• **Plasma:** Gas ionizado.

Densidad

La **densidad** indica cuánta masa hay por unidad de volumen. Se calcula como masa/volumen (m/v).

Teoría Cinético Molecular

La **teoría cinético molecular** es una teoría física y química que estudia el movimiento de las moléculas.

Cambios de Estado

Los **cambios de estado** son procesos físicos que implican la transformación de una sustancia de un estado a otro.

Punto de Fusión

El **punto de fusión** es la temperatura a la que un sólido pasa a líquido a la presión atmosférica. La temperatura se mantiene constante durante el proceso y es una propiedad característica de la sustancia.

Ebullición

La **ebullición** es el proceso en el que un líquido se convierte en vapor debido al aumento de su temperatura. La temperatura se mantiene constante durante el proceso y es una propiedad característica de la sustancia.

Leyes de los Gases

Ley de Boyle y Mariotte

A temperatura constante, el producto de la presión y el volumen de un gas es constante. Se expresa como:

P x V = constante

Ley de Charles

A presión constante, el volumen de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Se expresa como:

V/T = constante

Ley de Gay-Lussac

A volumen constante, la presión de un gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta. Se expresa como:

P/T = constante

Relaciones entre Presión, Volumen y Temperatura

Para un gas ideal, se pueden establecer las siguientes relaciones:

• **Temperatura constante:** P₁ x V₁ = P₂ x V₂
• **Volumen constante:** T₁/P₁ = T₂/P₂
• **Presión constante:** T₁/V₁ = T₂/V₂

Mezclas y Disoluciones

Mezclas

Una **mezcla** es la combinación de dos o más sustancias con diferentes propiedades.

Tipos de Mezclas

• **Homogénea:** A simple vista, la mezcla parece uniforme y tiene propiedades iguales en toda su extensión. Un ejemplo es una aleación.
• **Heterogénea:** Se pueden distinguir las diferentes sustancias que la componen. No es uniforme y sus propiedades varían en diferentes puntos de la mezcla.

Aleaciones

Una **aleación** es una mezcla homogénea formada por dos o más metales.

Coloides

Los **coloides** son mezclas heterogéneas en las que las partículas de una sustancia están dispersas en otra. Las partículas son más grandes que las moléculas, pero no se sedimentan.

Separación de Mezclas

Separación de Mezclas Homogéneas

• **Cristalización:** Separar los cristales de un líquido.
• **Destilación:** Separar dos líquidos con diferentes puntos de ebullición.

Separación de Mezclas Heterogéneas

• **Filtración:** Separar un líquido de un sólido.
• **Decantación:** Separar dos líquidos que no se mezclan.
• **Separación magnética:** Separar compuestos férricos.

Disoluciones

Una **disolución** es una mezcla homogénea de varias sustancias en proporción variable. La sustancia que se encuentra en mayor proporción se llama **disolvente**, y los demás componentes se llaman **solutos**.

Tipos de Disoluciones

• **Diluida:** Contiene una pequeña cantidad de soluto disuelta en el disolvente.
• **Saturada:** No puede disolver más soluto. La solubilidad del soluto ha llegado a su límite.
• **Sobresaturada:** Contiene más soluto que la disolución saturada. Aparece soluto sin disolver.

Sustancias Puras

Una **sustancia pura** es aquella que tiene una composición química definida y propiedades constantes.

Tipos de Sustancias Puras

• **Simple:** Formada por un solo tipo de átomo.
• **Compuesta:** Formada por dos o más tipos de átomos unidos químicamente.

Iones

Los **iones** son átomos o grupos de átomos que tienen una carga eléctrica neta.

• **Iones positivos (cationes):** Tienen menos electrones que protones.
• **Iones negativos (aniones):** Tienen más electrones que protones.

Concentración de una Disolución

La **concentración de una disolución** indica la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de disolvente o de disolución.

Se puede expresar en diferentes unidades, como:

• **Gramos por litro (g/L):** Ms/Vd
• **Porcentaje en masa (%m):** (m/md) x 100
• **Porcentaje en volumen (%v):** (vs/vd) x 100

Átomos y Reacciones Químicas

Átomo

El **átomo** es la unidad básica de la materia. Participa en las reacciones químicas y posee las propiedades características de la sustancia.

Cambios Físicos y Químicos

Los **cambios físicos** no alteran la composición química de la sustancia. Un ejemplo es el cambio de estado.

Los **cambios químicos** forman nuevas sustancias. Un ejemplo es una reacción química.

Reacciones Químicas

Una **reacción química** es un proceso en el que los reactivos se transforman en productos. Se produce un intercambio de energía entre las sustancias y el medio.

Tipos de Reacciones Químicas

• **Síntesis:** Dos o más sustancias se combinan para formar una nueva sustancia. Ejemplo: Carbono + Oxígeno → Dióxido de carbono (C + O₂ → CO₂)
• **Descomposición:** Una sustancia se descompone en dos o más sustancias. Ejemplo: Agua → Hidrógeno + Oxígeno (2H₂O → 2H₂ + O₂)
• **Combustión:** Una sustancia reacciona con oxígeno para producir calor y luz. Ejemplo: Metano + Oxígeno → Dióxido de carbono + Agua (CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O)
• **Ácido-base (Neutralización):** Un ácido reacciona con una base para formar sal y agua. Ejemplo: Ácido clorhídrico + Hidróxido de sodio → Cloruro de sodio + Agua (HCl + NaOH → NaCl + H₂O)

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

• **Temperatura:** A mayor temperatura, mayor velocidad de reacción.
• **Grado de división:** A mayor grado de división de los reactivos, mayor será la velocidad de reacción.
• **Catalizadores:** Son sustancias que aceleran la velocidad de reacción sin consumirse en el proceso.

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