1: Introducción - El ámbito de la química
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La ciencia de la química se ocupa de la composición, las propiedades y la estructura de la materia y de las formas en que las sustancias pueden cambiar de una forma a otra. Ya que cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio puede clasificarse como materia, esto quiere decir que la química está involucrada con casi todo en el universo. Pero esta definición es demasiado amplia para ser útil. La química no es la única ciencia que se ocupa de la composición y transformaciones de la materia. Alguna materia está compuesta por células, las cuales se transforman por meiosis y otros procesos que estudian los biólogos. La materia también está compuesta por partículas subatómicas llamadas leptones, que se transforman por procesos como aniquilación estudiados por físicos. Los químicos son únicos porque entienden o explican todo, desde nuestros cuerpos hasta nuestro universo, en términos de las propiedades de poco más de 100 tipos de átomos que se encuentran en toda la materia y la asombrosa variedad de moléculas y otras estructuras de escala atómica que se crean formando y rompiendo enlaces entre átomos.
- 1.1: Preludio a la Química
- La ciencia de la química se ocupa de la composición, las propiedades y la estructura de la materia y de las formas en que las sustancias pueden cambiar de una forma a otra. Ya que cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio puede clasificarse como materia, esto quiere decir que la química está involucrada con casi todo en el universo. Pero esta definición es demasiado amplia para ser útil. La química no es la única ciencia que se ocupa de la composición y transformaciones de la materia.
- 1.2: Lo que hacen los químicos
- ¿Cuáles son algunas de las cosas que hacen los químicos? Como la mayoría de los científicos, observan y miden componentes del mundo natural. A partir de estas observaciones intentan colocar las cosas en categorías útiles y apropiadas y formular leyes científicas que resuman los resultados de muchas observaciones. Al igual que otros científicos, los químicos tratan de explicar sus observaciones y leyes por medio de teorías o modelos. Constantemente hacen uso de átomos, moléculas y otras partículas muy pequeñas.
- 1.3: Manejo de números grandes y pequeños
- Los resultados a menudo involucran números muy grandes o fracciones muy pequeñas. Tales números son inconvenientes para escribir y difíciles de leer correctamente. Un enfoque involucra lo que se llama notación científica o notación exponencial.
- 1.4: El Sistema Internacional de Unidades (SI)
- El sistema métrico ha experimentado una continua evolución y mejora desde su adopción original por Francia. A partir de 1899 se han llevado a cabo una serie de conferencias internacionales con el propósito de redefinir y regularizar el sistema de unidades. En 1960 la Undécima Conferencia sobre Pesos y Medidas propuso cambios importantes en el sistema métrico y sugirió un nuevo nombre —el Sistema Internacional de Unidades— para el sistema métrico revisado.
- 1.5: Prefijos SI
- Las unidades base SI no siempre son de tamaño conveniente para una medición en particular. Por ejemplo, el medidor sería demasiado grande para reportar el grosor de esta página, pero más bien pequeño para la distancia de Chicago a Detroit. Para superar este obstáculo el SI incluye una serie de prefijos, cada uno de los cuales representa una potencia de 10. Estos nos permiten reducir o ampliar las unidades base SI a tamaños convenientes.
- 1.6: Medidas, cantidades y factores de unidad
- Supongamos que se enfrenta a un problema específico. Entonces podemos ver cómo el pensamiento científico podría ayudar a resolverlo. Supongamos que vive cerca de una planta grande que fabrica cemento. El humo de la planta se asienta en tu auto y casa, provocando pequeños pozos en la pintura. A usted le gustaría detener este problema de contaminación del aire, pero ¿cómo?
- 1.7: Errores en la medición
- Las mediciones científicas no tienen ningún valor (o al menos, no son realmente científicas) a menos que se den con alguna declaración de los errores que contienen. Si una encuesta informa que un candidato lidera a otro en un 5%, eso puede ser políticamente útil para que el candidato ganador lo señale. Pero todas las encuestas respetables son científicas, y reportan errores.
- 1.8: Volumen
- Volumen es la cantidad de espacio 3D que ocupa una sustancia u objeto. Las unidades derivadas más utilizadas son las de volumen. Como ya hemos visto, el cálculo del volumen de un objeto requiere que las 3 dimensiones se multipliquen juntas (largo, ancho y alto). Así, la unidad de volumen SI es el metro cúbico. Esto es bastante grande para su uso en el laboratorio químico, por lo que el decímetro cúbico o el centímetro cúbico son más comúnmente utilizados.
- 1.9: Densidad
- Los términos pesado y ligero se usan comúnmente de dos maneras diferentes. Nos referimos al peso cuando decimos que un adulto es más pesado que un niño. No obstante, se alude a algo más cuando decimos que el roble es más pesado que la madera de balsa. Un pequeño afeitado de roble obviamente pesaría menos que un cuarto lleno de madera de balsa, pero el roble es más pesado en el sentido de que una pieza de tamaño dado pesa más que la pieza de balsa del mismo tamaño. Lo que en realidad estamos comparando es la masa por unidad de volumen, es decir, la densidad.
- 1.10: Factores de conversión y funciones
- El “análisis dimensional” que desarrollamos para problemas de conversión de unidades debe ser utilizado con cuidado en el caso de las funciones. Cuando nos estamos refiriendo al mismo objeto o muestra de material, a menudo es útil poder convertir un parámetro en otro. La conversión de un tipo de cantidad a otra generalmente se realiza con lo que se puede llamar un factor de conversión, es decir, se basa en una ecuación matemática que relaciona parámetros.