Introducción a la Química
Definición de Ciencia
La ciencia se define como un conjunto de conocimientos sobre el mundo obtenidos mediante la observación, la experimentación y el razonamiento, de los que se deducen leyes a partir de las cuales se construyen teorías comprobables.
Ramas de la Ciencia
Física
La física es la ciencia que estudia cualquier cambio en la materia en el que no se altera la naturaleza de la misma.
Química
La química es la ciencia que estudia la composición y combinaciones de las sustancias y las transformaciones que afectan a su propia naturaleza.
Materia y sus Propiedades
La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio y que tiene masa. Las propiedades de la materia son aquellas características que se pueden medir. Estas se pueden clasificar en propiedades generales y propiedades características.
Propiedades Generales
Son aquellas cuyo valor no sirve para identificar una sustancia. La masa, el volumen y la temperatura a la que se somete un cuerpo son propiedades generales.
Propiedades Características
Son aquellas que tienen un valor propio y característico para cada sustancia. La densidad, el punto de ebullición, la dureza, la solubilidad en agua y la conductividad eléctrica son ejemplos de propiedades características.
Ejemplos de Propiedades Características:
- Densidad: Es una magnitud que mide la cantidad de masa por unidad de volumen. Un material muy denso es el plomo y uno poco denso es el corcho.
- Dureza: La dureza de un material determina su resistencia al ser rayado. Un material muy duro es el diamante y uno muy blando es el talco.
- Solubilidad en agua: La solubilidad en agua de una sustancia mide la masa de la misma que se puede disolver en 100g de agua. El azúcar es muy soluble y el aceite es insoluble e inmiscible.
- Conductividad eléctrica: La conductividad eléctrica de una sustancia mide su capacidad para transmitir una corriente eléctrica. Los metales son buenos conductores de la electricidad, mientras que los plásticos son aislantes.
Magnitudes y Mediciones
Magnitud
Llamamos magnitud a cualquier característica de la materia, o de los cambios que puede experimentar, que se puede medir; es decir, que es posible expresar con un número y una unidad.
Medir una Magnitud
Medir una magnitud es compararla con una cantidad de su misma naturaleza, que llamamos unidad, para ver cuántas veces la contiene.
Factor de Conversión
Un factor de conversión es una fracción que tiene en su numerador y en su denominador la misma cantidad, pero expresada en distintas unidades.
Instrumentos de Medida
Para medir las cantidades de las distintas magnitudes utilizamos instrumentos cuyas características dependen de la magnitud y de la cantidad que vamos a medir.
Características de los Instrumentos:
- Cota inferior: es el menor valor de la magnitud que puede medir.
- Cota superior: es el mayor valor de la magnitud que puede medir.
- Precisión: es la menor cantidad de variación de la magnitud que puede medir. Se lee en la división más pequeña de su escala.
- Exactitud: es la capacidad del instrumento para dar el valor verdadero de la medida. Depende de la calidad del instrumento.
- Fiabilidad: es la capacidad del instrumento para repetir el mismo valor siempre que se mida la misma cantidad. La fiabilidad está directamente relacionada con la calidad del instrumento.
Cifras Significativas
Se llaman cifras significativas al número de dígitos de una medida que conocemos con exactitud.
Cifras Significativas y Redondeo
Si necesitamos prescindir de algunas cifras, haremos un redondeo.
- Si el primer número que despreciamos es menor que 5, prescindimos de todas las cifras que sobren.
- Si el primer número que despreciamos es mayor que 5, aumentamos en una unidad el último número de nuestra cantidad.
- Si el primer número que despreciamos es 5 y no le sigue ningún otro, establecemos una norma propia, por ejemplo, que redondeamos siempre a una unidad superior.
Medidas Directas e Indirectas
En ocasiones, para medir una propiedad de un objeto utilizamos directamente un instrumento; esta es una medida directa. En otras, se miden unas magnitudes y se hace una operación matemática; esta es una medida indirecta. Ejemplos: medir de forma directa la longitud de un lápiz o la masa de una bola; mediremos de forma indirecta la densidad de un cuerpo.
Medida de la Longitud
Para medir la longitud se utilizan distintos aparatos, dependiendo de la cantidad: cinta métrica, regla graduada en centímetros, en milímetros, etc.
Para medir la longitud de objetos difíciles de comparar con una regla, o para medir longitudes con gran precisión, se utilizan aparatos como el calibre o pie de rey y el micrómetro o palmer.
- Calibre o pie de rey: Se utiliza para hacer medidas difíciles, como el diámetro interior o exterior de un anillo.
- Micrómetro o palmer: Se utiliza para medir el espesor de objetos, como monedas, etc.
Medida de la Masa
Para medir la masa utilizamos las balanzas.
Medida del Volumen
Para medir el volumen de un sólido se pueden realizar medidas indirectas o directas según si el sólido es irregular o no.
En ocasiones resulta muy útil medir el volumen de un sólido indirectamente introduciéndolo en un líquido.
Para medir el volumen de un líquido directamente se utilizan probetas, pipetas, buretas o matraces aforados. En cualquier caso, hay que colocarse correctamente frente a la marca de la medida, de forma que veas la marca del aforo como una línea para evitar el error de paralaje.
La medida es la que indica la parte inferior del menisco cuando toca el aforo.
Para utilizar las pipetas debes manejar el mecanismo de dosificación. Nunca pipetees directamente con la boca.
Medida de la Densidad
La densidad de un cuerpo se suele medir de forma indirecta; se mide directamente su masa y su volumen y se divide una entre la otra.
La densidad de los líquidos se mide directamente con unos aparatos llamados densímetros.
El Método Científico
Se denomina método científico al procedimiento que siguen las personas que trabajan con la ciencia para estudiar los problemas y llegar a conclusiones ciertas.
Pasos del Método Científico:
- Observación: consiste en examinar y analizar un fenómeno.
- Elaboración de hipótesis: consiste en dar una posible explicación del fenómeno y responder a las cuestiones planteadas.
- Experimentación: se intentan reproducir los fenómenos observados en condiciones controladas para verificar si las hipótesis son verdaderas.
- Análisis de resultados: en la actualidad, los ordenadores permiten realizar cálculos fácilmente, manejar tablas y representar los datos de un experimento.
- Obtención de conclusiones, definición de leyes y establecimiento de teorías: en muchos casos, estas conclusiones predicen algún fenómeno observable en el futuro.
- Publicación de resultados: el objetivo es que otros científicos puedan reproducir los resultados o utilizarlos para sus propios estudios.
Los Gases y la Teoría Cinética
La materia que observamos se puede presentar en estado sólido, líquido o gaseoso. Cada uno de estos estados tiene unas características propias.
Estados de la Materia:
- Sólido: forma constante, volumen constante, no se expanden y no se comprimen. Ejemplos: hielo, azúcar, mármol, etc.
- Líquido: forma variable, volumen constante, no se expanden, se comprimen con dificultad. Ejemplos: agua, aceite, alcohol, etc.
- Gas: forma variable, volumen variable, se expanden y se comprimen. Ejemplos: vapor de agua, aire, etc.