Conceptos básicos en química

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Propiedades de la materia: Características que otorgan a cada sustancia su propiedad única.

 

Propiedades físicas: Características que la materia muestra por sí misma, sin cambiar ni interactuar con otra sustancia.

 

Propiedades químicas: Son aquellas que muestra una sustancia cuando interactúa con otra o cambia en su composición

 

Estados de la materia

Sólido: Tiene una forma fija que no se adapta a los recipientes. Las partículas se arreglan cercas y altamente organizadas.

 

Líquido: Se adapta a la forma del recipiente que lo contiene pero lo llena hasta la extensión que permite el volumen del líquido, formando una superficie. Las partículas se encuentran próximas entre sí pero desorganizadas.

 

Gas: Se adapta a la forma del recipiente y lo llena por completo. No forma superficie. Las partículas se encuentran muy alejadas entre sí y desorganizadas.

                         

                    Conceptos básicos

 

Enlace químico: Fuerza que mantiene unidos los átomos de un compuesto.

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Iones: Partículas cargadas que se forman cuando un átomo (o grupo de átomos) gana o pierde uno o más electrones. Los compuestos iónicos obtienen su nombre del ion negativo (anión) y después el positivo (catión). Por ejemplo:

Mg2+Cl-     Cloruro de magnesio

Ca2+Br-2  Bromuro de calcio.

El subíndice se refiere al elemento que lo precede. La carga (sin el signo) de un ion se convierte en el subíndice del otro: CaBr2.

 

Teoría atómica actual: El átomo es una entidad esférica, eléctricamente neutra, compuesta de un núcleo central cargado positivamente, rodeado por uno o más electrones con carga negativa. Los electrones se mueven rápidamente a través de un volumen atómico determinado, donde se mantienen por la atracción del núcleo. El núcleo consiste de protones y neutrones (excepto el núcleo del hidrógeno que contiene sólo 1 protón). El protón tiene carga positiva. El neutrón no tiene carga. La magnitud de la carga del protón es igual a la del electrón, pero de signo contrario. El número de protones en el núcleo es igual al número de electrones que rodean al núcleo.

 

Número atómico (Z)= Número de protones en el núcleo de cada átomo.

 

Número de masa (A)= Número total de protones y neutrones en el núcleo de un átomo.

 

Isótopos: Son átomos de un mismo elemento, que tienen diferente número de neutrones y, por tanto, una masa atómica diferente. Todos los átomos de un mismo elemento tienen igual número atómico, pero pueden variar en su masa atómica. Los isótopos naturales del carbono son 12C, 13C, 14C. También existen isótopos formados en el laboratorio, como 9C, 10C, 11C, 15C, 16C. Todos estos isótopos tienen 6 protones y 6 electrones, por lo tanto, para todos, el número de protones (Z)= 6. Sólo cambian en el número de neutrones, por lo que el valor de A varía y es lo que define el isótopo. Por ejemplo:

en el 14C, Z= 6, A= 14 (6 electrones y 8 neutrones);

en el 13C, Z= 6, A= 13 ( 6 electrones y 7 neutrones).

Como las propiedades químicas son determinadas por el número de electrones, todos los isótopos de un elemento tienen el mismo comportamiento químico, aunque tengan diferentes números de masa.

 

Fórmula química empírica: Es el número relativo de átomos de cada elemento. Por ejemplo: CH2O

 

Fórmula molecular: Número real de átomos. Por ejemplo: C6H12O6

 

Fórmula estructural: Muestra el número de átomos y los enlaces entre ellos.

 

Mol: Cantidad de sustancia que contiene el mismo número de átomos que existen en 12 g de carbono 12 (12C) (número de Avogadro).

 

La masa atómica de un elemento (uma o D) es numéricamente la misma que la masa de 1 mol del elemento expresada en gramos.

En los compuestos: la masa molecular (masa fórmula) es numéricamente la misma que la masa de 1 mol del compuesto expresada en gramos.

 

Masa isotópica: Masa del isótopo de un elemento. Se expresa en Dalton (D).

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Masa atómica: Promedio de las masas de los isótopos naturales de un elemento pesados según su abundancia. Se expresa en D. También llamada peso atómico.

 

Masa molecular: Suma de las masas atómicas de una molécula. Se expresa en D. También llamada masa fórmula o peso molecular.

 

Masa molar: Masa de 1 mol de especies químicas. Se expresa en g/mol. También llamada peso molecular gramo.

 

Solubilidad: Cantidad de una sustancia que se disuelve en un volumen fijo de solvente a una temperatura dada.

 

Tensión superficial: Energía requerida para incrementar el área de superficie en una unidad (J/m2). La tensión superficial (TS) del agua es 7.3 x 10-2 J/m2 a 20ºC.

Los surfactantes como jabones, detergentes, emulsificantes, disminuyen la TS del agua, al congregarse en la superficie y romper los puentes de hidrógeno.

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MATERIALES DE USO COMÚN EN EL LABORATORIO

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1.- Vaso de precipitado

Es un recipiente de vidrio, también denominado “Beaker”. Se utiliza para contener líquidos, preparar soluciones, efectuar reacciones de precipitación, titular soluciones, calentar líquidos, recoger líquidos de filtración, etc. La capacidad varía entre 5 y 3.000 mL. Los más usuales para trabajos de rutina son de 50, 100, 250, y 500 mL de capacidad.

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2.- Erlenmeyer

Recipiente de vidrio, forma cónica, se utiliza para calentar líquidos, preparar soluciones, titular, etc., Los hay sin tapa o con tapa esmerilada. Su capacidad puede ser de 10, 25, 50, 100, 250, 500 y 1000 mL, que son los más usuales.

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3.- Cilindro graduado o Probeta graduada

Es un cilindro de vidrio con una base, como muestra la figura, que lo mantiene vertical. Se utiliza para medir volúmenes de líquidos, que no requieren mayor precisión. Su capacidad puede ser de 10, 25, 50, 100, 250, 500 y 1000 mL, que son los más usuales. Existen probetas graduadas con tapa esmerilada para usos especiales.

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4.- Pipetas

Son tubos de vidrio. Se utilizan para medir volúmenes pequeños. Son de uso muy frecuente en los laboratorios de bioquímica. Existen dos clases: Aforadas y graduadas:

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4.1.- Pipetas aforadas

Existen con aforo simple y con doble aforo. Las de aforo simple tienen una sola marca y sirven para medir líquidos desde el aforo hasta la parte inferior. Las de doble aforo miden volúmenes de líquidos desde el aforo superior hasta el aforo inferior.

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4.2.- Pipetas graduadas

A diferencia de las pipetas aforadas, las graduadas tienen divisiones menores entre los extremos. Las graduaciones pueden ser en décimas de mL (1/10) o en centésimas de mL, miden cantidades menores y pueden ser adaptadas a aparatos micrométricos especiales para fines analíticos que requieren muestras.

Existen dos clases de pipetas graduadas.

a) Las que sirven para medir volúmenes desde el 0 (cero) hasta el extremo inferior de la pipeta

b) Las que se utilizan para medir el volumen comprendido entre el 0 (cero) y la última graduación antes del extremo inferior . Entre las dos graduaciones extremas existen las décimas, centésimas o milésimas.

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Manipulación de pipetas

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Al tomar una pipeta con la mano, nunca se debe tocar con los dedos ni con ningún objeto el extremo inferior de la misma, para evitar introducir material extraño en la solución que se va a preparar o en la reacción en que verterá el líquido contenido en ésta. También es una medida de precaución sobre todo con aquellas pipetas con álcalis o con ácidos y que por descuido o equivocación el estudiante las toma nuevamente.

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Otra precaución que debe tomar el operario, es fijarse que la pipeta a usar esté perfectamente limpia. A veces el estudiante está trabajando en el laboratorio y deja una pipeta en posición tal, que el líquido sobrante se desliza hasta la parte superior de la pipeta, de manera que al, introducirla en la boca para aspirar, siente los efectos del ácido o álcali que ha llegado hasta esa zona.

Una vez usada la pipeta, ésta debe ser descartada. Si hay necesidad de usarla nuevamente, debe ser lavada, enjuagada y secada para eliminar vestigios de líquido anteriores.

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Para usar una pipeta: Se introduce la pipeta dentro del líquido y se aspira por la parte superior (hay que tener cuidado de tener siempre sumergido el extremo inferior de la pipeta, de lo contrario se corre el riesgo de aspirar aire y líquido, que llegarán a la boca del operador, con el consiguiente peligro); una vez que la columna de líquido ha sobrepasado el nivel deseado, se retira de la boca y de inmediato se tapa el extremo superior con la punta del dedo índice, presionando en forma suave y dejando caer, en el mismo recipiente de donde se aspiró el líquido, la cantidad sobrante hasta llevar el menisco al cero de la pipeta. Esta operación se llama enrasado. Cuando se aspiran ácidos o bases fuertes nunca se aspira con la boca, en este caso es obligatorio el uso de pro-pipetas.

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5.- Bureta

Son tubos de vidrio graduados en milímetros (décimas o centésimas). Su capacidad oscila entre 2 y 100 mL. Las más usuales para los trabajos de rutina son de 25 a 50 mL (divididas en décimas de mL). Las hay también de divisiones menores (micro buretas). La parte inferior termina con una llave esmerilada y cónica. La llave se debe manejar con la mano izquierda, con la otra mano se sostiene el recipiente o la varilla de vidrio, según sea el caso, para agitar el líquido que se vierte. Los cuidados de limpieza son similares a los de las pipetas.

Error de paralaje en lectura de bureta y forma de evitarlo.

Al efectuar la lectura en una bureta se debe tener la precaución de no colocar la vista ni por encima ni por debajo del menisco del líquido que se desea medir, para evitar errores por defecto o por exceso.

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Apreciación de medidas en buretas y pipetas

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La apreciación (A) se define como la mínima lectura que puede hacerse con un instrumento de medición.

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Supongamos una pipeta de la cual se necesita saber cual es la mínima cantidad de líquido que podemos cuantificar y dispensar con ella. ¿Cómo proceder?: Toda pipeta tiene en el extremo superior una leyenda que indica la capacidad de la misma en mL. Los números que se leen en la escala indican las fracciones del total de su volumen. Por ejemplo: tenemos una pipeta de 10 mL de volumen total, leemos a lo largo de la graduación los siguientes números: 1, 2, 3, 4,5,6,7,8,9, 10 mL, cada uno de estos números indica la cantidad de mL que partiendo del 0 (cero) se desea medir. Ahora bien, entre el número 2 y el 3 hay 1 mL, en este mL existen 10 divisiones pequeñas. Para saber cuanto aprecia cada una de estas divisiones pequeñas se procede así:

10 divisiones……………………… 1 mL

1 división………………………… x

x = 1 mL x 1 div = 0,1 mL

10 div

Quiere decir que cada división pequeña de esta pipeta, aprecia un volumen de 0,1 mL

(una décima de mL).

La fórmula general para calcular la Apreciación (A) de un instrumento es la siguiente:

A= (lectura mayor - lectura menor)/Nº. de divisiones

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6.- Balón

Es un recipiente de vidrio con forma esférica. Los hay sin tapa o con tapa esmerilada. Se utiliza para calentar líquidos, para destilación, etc. Existen balones especiales con paredes gruesas para soportar vacíos elevados. Capacidad: 25, 50, 100, 200, 250, 500, 1000 y 2000 mL.

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7.- Matraz

Semejante al balón, pero con la base plana. No es recomendable calentar líquidos en un matraz común, se utiliza para preparar soluciones. Su capacidad varía entre 25 y 2000 mL.

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8.- Matraz aforado

Tiene forma aproximada a la de una pera, con cuello estrecho y largo que permite efectuar una lectura exacta en el aforo (marca en el cuello) cuando se mide el volumen de un líquido contenido en él. Tiene tapa esmerilada. Se usa exclusivamente para preparar soluciones que exigen bastante exactitud. Capacidades más usuales: desde 10 hasta 2000 mL. Este recipiente se usa para contener una cantidad exacta de líquido y no para medir volúmenes.

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9.- Cristalizador

Recipiente de vidrio o porcelana, puede tener pico para verter los líquidos que contiene o sin él. Como su nombre lo indica, sirve para evaporar soluciones y obtener formas cristalinas. Son por lo general de mucho diámetro, para aumentar la superficie de evaporación.

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10.-Mortero

Son utensilios utilizados para la pulverización. Suelen ser de porcelana o vidrio; el mortero viene acompañado de otro utensilio llamado “mano de mortero”, que sirve para triturar y pulverizar el sólido dentro del mortero.

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11.-Crisol

Recipiente en forma cónica capaz de soportar altas temperaturas. Se usa entre otras cosas, para fundir sólidos. El material puede ser porcelana, cuarzo, acero, platino, etc. Se usa directamente sobre la llama o en hornos especiales llamados muflas.

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12.-Embudo de separación

De vidrio, generalmente en forma de pera; puede tener forma cilíndrica o esférica; con tapa esmerilada en la parte superior y llave esmerilada en la parte inferior. Sirve para separar líquidos no miscibles entre si.

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13.-Desecador

Recipiente de vidrio, por lo general grueso y resistente; con tapa que se adosa al cuerpo principal por borde esmerilado. Sirve para deshidratar sustancias que no pueden someterse a temperaturas de mechero. Contiene en su interior un deshidratante (CaCL2, H2SO4 ó silicagel, etc); además para que el proceso de secado sea de menor tiempo, se puede hacer al vacío por medio de una trampa de agua en comunicación con su parte superior (tapa), que está provista de una llave esmerilada.

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14.-Kitasato

Es un recipiente de vidrio cónico (semejante al Erlenmeyer), con un pico al costado para conectar a una trompa de vacío. Es de material resistente al vacío, y en la parte superior se adapta un filtro que puede ser de porcelana o vidrio, según el tipo de filtrado que se realice. El filtro Buchner es de porcelana, con base perforada para colocar en él un papel de filtro especial para vacío y allí se vierte el líquido a filtrar; éste último puede ser recogido (en caso que interese) en un tubo de ensayo.

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15.-Tubos de Folin-Wu

Son tubos de vidrio, con un estrechamiento en la parte inferior. Se emplean para análisis de glucosa en sangre.

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16.- Tubos de ensayo

Son tubos de vidrio, de diferente largo y diámetro, de múltiples usos en química analítica cualitativa y cuantitativa.

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17.- Tubos de centrífuga

De vidrio o de plástico, pueden ser cónicos, diseñados para resistir altas velocidades en las centrífugas; se usan para decantar soluciones que contengan sólidos en suspensiones. Es común el uso de estos tubos para separar el plasma de los glóbulos rojos de la sangre.

 

Compuestos orgánicos

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Los compuestos orgánicos son todos aquellos que contienen carbono en su estructura, combinado con otros átomos como hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre. Pueden ser naturales o sintéticos.

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Concentración de soluciones

• Una solución es una mezcla homogénea de dos o más componentes. Es homogénea porque cualquier porción de esa solución tiene la misma concentración e iguales propiedades químicas y físicas.

 

• La concentración indica la cantidad de soluto presente en una cantidad determinada de solvente.

 

• La molaridad indica la cantidad de moles de soluto en un litro de solución.

 

 Método científico

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• El método científico consiste en una serie de rigurosos procedimientos para obtener conocimientos válidos

 

Los pasos del método científico son:

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•    Observación de Fenómenos

•    Formulación de Preguntas

•    Revisión de trabajos previos

•    Formulación de hipótesis 

•    Comprobación experimental de la hipótesis

•    Control de variables

•    Planteamiento y divulgación de las conclusiones

 

La hipótesis es un razonamiento que aún no ha sido comprobado o refutado, y que es factible de modificar o refutar. Mientras que la teoría es un sistema consistente formado por observaciones, ideas y axiomas o postulados, y todo ello constituye un conjunto que trata de explicar ciertos fenómenos.

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Antes de formular hipótesis se debe reunir y organizar la  información

 

Métodos de separación

 

• Los componentes de una mezcla pueden ser separados por distintos métodos, tales como: filtración, sedimentación, decantación, evaporación, destilación, centrifugación, cromatografía, electroforesis.

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Nomenclatura

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• La nomenclatura permite asignar a cada compuesto químico un único nombre, que indica las características de su estructura y responde a ciertas normas sistemáticas. Refleja la cadena principal del compuesto, los sustituyentes y los grupos funcionales. Por ejemplo:

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Reacción orgánica

 

• Las reacciones orgánicas pueden clasificarse en 4 grupos: sustituciones, adiciones, eliminaciones y reordenamientos.

 

 

Volumen y masa

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• Un cuerpo geométrico es una parte limitada del espacio que tiene tres dimensiones: alto, ancho y largo. El espacio que ocupa ese cuerpo se denomina volumen.

 

• El volumen de un cilindro se calcula como el producto del área de su base por la altura.

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