José Miguel Doña Rodríguez José Luis A. Eiroa Martínez José Alberto Herrera Melián Francisco Javier Pérez Galván
QUÍMICA (2ª edición)
2014
QUÍMICA / José Miguel Doña Rodríguez ... [et al.]. — 2ª ed. — Las Palmas de Gran Canaria : Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, Servicio de Publicaciones y Difusión Científica, 2014 230 p. ; 23 cm. — (Manuales de acceso; 12) ISBN 978-84-9042-116-1 1. Química - Tratados, manuales, etc. I. Universidad de Las Palmas de Gran Canaria, ed. II. Serie 54(035)
QUÍMICA (2ª edición) Colección Manuales de Acceso, nº 12 Curso preparatorio de acceso a la universidad para mayores de 25 años © de los contenidos: JOSÉ MIGUEL DOÑA RODRÍGUEZ, JOSÉ LUIS A. EIROA MARTÍNEZ, JOSÉ ALBERTO HERRERA MELIÁN, FRANCISCO JAVIER PÉREZ GALVÁN © de la edición: UNIVERSIDAD DE LAS PALMAS DE GRAN CANARIA VICERRECTORADO DE ESTUDIANTES Y EMPLEABILIDAD SERVICIO DE PUBLICACIONES Y DIFUSIÓN CIENTÍFICA Dirección Técnico-Académica: NICANOR GUERRA QUINTANA Primera edición (impresa), 2003; segunda edición (impresa), 2014
Maquetación y diseño: Servicio de Publicaciones y Difusión Científica de la ULPGC www.ulpgc.es/publicaciones · serpubli@ulpgc.es ISBN: 978-84-9042-116-1 DEPÓSITO LEGAL: GC 724-2014 IBIC: PN/4GE Impresión: Servicio de Reprografía, Encuadernación y Autoedición de la ULPGC
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ÍNDICE PRESENTACIÓN ............................................................................................11 INTRODUCCIÓN ..........................................................................................13 TEMA 1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES, INTRODUCCIÓN Y REPASO ......................................................................................................17 1. Transformaciones de la materia ............................................................19 2. Medida de Magnitudes............................................................................21 3. Leyes Ponderales de la Química............................................................24 4. Lenguaje, definiciones y conceptos básicos en Química ..................29 5. Composición centesimal y fórmula empírica de una sustancia ......35 6. Reacciones Química. Estequiometría ..................................................36 PROBLEMAS RESUELTOS ................................................................................48 PROBLEMAS PROPUESTOS ............................................................................54 RESOLUCIÓN DE LOS PROBLEMAS PROPUESTOS ........................................56 TEMA 2. MODELOS ATÓMICOS. CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. ENLACE QUÍMICO ................................................61 1. Introducción ............................................................................................63 2. Modelo de Schrödinger ..........................................................................64
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JOSÉ MIGUEL DOÑA RODRÍGUEZ, JOSÉ LUIS A. EIROA MARTÍNEZ, JOSÉ ALBERTO HERRERA MELIÁN, FRANCISCO JAVIER PÉREZ GALVÁN
3. Sistema periódico actual ........................................................................68 4. Propiedades periódicas ..........................................................................71 5. El enlace químico ....................................................................................75 PROBLEMAS RESUELTOS ................................................................................84 TEMA 3. ESTADOS DE AGREGACIÓN DE LA MATERIA ..........................89 1. Introducción ............................................................................................91 2. Cambios de Estado ................................................................................92 3. Los gases ideales ......................................................................................93 4. Gases reales ..............................................................................................96 5. Estado sólido............................................................................................97 6. Estado Líquido ........................................................................................99 PROBLEMAS RESUELTOS ..............................................................................101 PROBLEMAS PROPUESTOS ..........................................................................112 TEMA 4. DISOLUCIONES ..........................................................................115 1. Introducción: Naturaleza y tipos de disoluciones............................117 2. Expresión de la concentración de las disoluciones ........................118 3. Solubilidad: Factores de dependencia ................................................120 4. Concepto de Disolución Ideal. Ley de Raoult ................................122 5. Propiedades de las disoluciones..........................................................123 PROBLEMAS RESUELTOS ..............................................................................128 PROBLEMAS PROPUESTOS ..........................................................................138 TEMA 5. TERMOQUÍMICA ........................................................................141 1. Introducción ..........................................................................................143 2. Sistemas termodinámicos y Funciones de Estado ..........................144 3. Primer Principio de la Termodinámica..............................................146
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4. Ley de Hess. Entalpías de Formación y Energías de Enlace ........152 5. Introducción al 2º Principio de la Termodinámica: Entropía........156 6. Energía Libre de Gibbs. Criterios de Espontaneidad ....................158 PROBLEMAS RESUELTOS ..............................................................................163 PROBLEMAS PROPUESTOS ..........................................................................171 RESOLUCIÓN DE LOS PROBLEMAS PROPUESTOS ......................................174 TEMA 6. EQUILIBRIO QUÍMICO ..............................................................179 1. Introducción ..........................................................................................181 2. Naturaleza del equilibrio químico ......................................................181 3. Ley del Equilibrio Químico ................................................................182 4. Equilibrios Heteroquéneos ..................................................................187 5. Factores que modifican el equilibrio: Ley de Chatelier ..................188 6. Relación entre la Energía Libre (ΔG) y la Constante de equilibrio....191 7. Equilibrios de Precipitación ................................................................192 EJERCICIOS TEÓRICOS Y PRÁCTICOS ........................................................195 TEMA 7. EQUILIBRIOS ÁCIDO-BASE ......................................................201 1. Teorías ácido-base ................................................................................203 2. Fuerza de ácidos y bases ......................................................................208 3. Autodisociación del agua......................................................................209 4. Concepto y medida de pH ..................................................................211 5. Indicadores ............................................................................................212 6. Hidrólisis de sales..................................................................................213 7. Disoluciones reguladoras ....................................................................216 8. Valoraciones ácido-base ......................................................................217 PROBLEMAS RESUELTOS ..............................................................................219
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Presentación
La universidad española cuenta con un sistema de acceso a los estudios universitarios que pretende atender la casuística variada y diversa de los solicitantes de ingreso para cursar dichos estudios. Uno de los medios que cuenta con mayor número de solicitantes es el acceso para Mayores de 25 años que, sea por las razones que fuera, no cuentan con los requisitos necesarios para optar al ingreso en la universidad por la vía de haber culminado los estudios de Bachillerato y las, hasta ahora existentes, Pruebas de Acceso a la Universidad. Se trata de un sistema de acceso que tiene una especial importancia, –junto al resto de los denominados sistemas por criterios de edad: Mayores de 45 y Mayores de 40 años–, dado que son estudiantes con un profundo compromiso en culminar con éxito estos estudios que ahora solicitan iniciar. La Universidad de Las Palmas de Gran Canaria ha sido pionera en organizar y desarrollar este sistema de acceso y, además, ha querido siempre aportar el máximo de garantías para que los solicitantes se enfrenten con todo éxito a la tarea que se plantean. De esa apuesta nacen los materiales didácticos que tienen en estos momentos en sus manos. Cuando ya se han cumplido 25 años de la creación de la ULPGC, renovamos nuestro compromiso con la sociedad de nuestro entorno de poner todo nuestros esfuerzo y empeño en ofrecer una docencia, investigación y gestión de la mayor calidad y excelencia al servicio del desarrollo de Canarias y de los canarios, imbricados en un mundo global con el que mantenemos lazos de cooperación y colaboración.
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PRESENTACIÓN
Como Rector de la Institución, quiero agradecer al Vicerrectorado de Estudiantes y Empleabilidad, al Servicio de Publicaciones y Difusión Científica y a todos los que de algún modo han colaborado en la publicación de estos manuales preuniversitarios que, estoy seguro, será de gran utilidad para todos aquellos que se matriculen en el acceso para Mayores de 25 años. JOSÉ REGIDOR GARCÍA
Rector Octubre de 2014
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INTRODUCCIÓN
La Química en el Plan de Estudios del Curso de Acceso es una materia de opción libre por parte del alumno para las Áreas Científico-Tecnológica y de Salud y Deporte, con una atención de 24 horas en el curso. Los materiales didácticos han sido elaborados por un equipo formado por Profesores Universitarios, que a su vez se encargan de la docencia compartida de la materia y de la tutorización de la misma. El temario que se ofrece, tiene como objetivo aproximar al alumno que se presenta a las pruebas de Acceso a la Universidad para mayores de 25 años a los temas fundamentales de la Química como Ciencia que se ocupa del estudio de la estructura, composición, propiedades y transformaciones de la materia, de forma que, con el aprendizaje adecuado, pueda seguir sin excesivos problemas los cursos posteriores. Algunos temas, por su contenido deberían desdoblarse en otros y de hecho así es como lógicamente aparecen en los textos de Química General pero, dadas las limitaciones en número de temas del curso preparatorio y teniendo en cuenta los objetivos del mismo, hemos procurado ofrecer la máxima información posible, estructurada según las directrices y recomendaciones establecidas para los cursos previos al ingreso en la Universidad y, aunque procurando mantener el rigor en los planteamientos, presentarla a un nivel asequible y propio en función de los destinatarios de los cursos, de forma que puedan seguirlos sin que se manifiesten fracturas en el proceso de aprendizaje. Así, se ha propuesto un temario de siete unidades en las que, a través de los contenidos conceptuales se pretende abarcar los aspectos más relevantes de cada uno de los bloques de información que las configuran, proponiendo en todos los casos suficientes ejemplos y problemas resueltos para ayudar al estudio y consolidación de los conocimientos adquiridos. QUÍMICA
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