Bloque III

Bachillerato Joaqun Ramrez Cabaas Turno Vespertino

BLOQUE III

Los Sistemas Dispersos en la Naturaleza y su Entorno

1. Mezclas homogneas y heterogneas 1.1 Elementos, compuestos y mezclas 1.2 Mtodos de separacin de mezclas 2. Disoluciones, coloides y suspensiones 2.1 Disoluciones 2.1.1 Solubilidad 2.1.2 Propiedades coligativas 2.2 Coloides 2.2.1 Tipos de dispersiones coloidales 2.2.2 Propiedades de los coloides 2.2.3 Dilisis 2.3 Suspensiones 3. Concentracin de disoluciones 3.1 Formas de expresar la concentracin 4. Disoluciones de cidos y bases 4.1 Teoras que definen a los cidos y las bases 4.2 El pH medida de acidez

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Introduccin El universo, nuestro planeta, las montaas, el mar, el aire, las plantas e incluso nosotros mismos somos materia. Pero, qu es la materia? Como sabes, la materia es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio. Para poder describir y reconocer la materia es necesario conocer su composicin y sus propiedades. Gracias a este conocimiento, hoy podemos afirmar que la materia se presenta en dos formas distintas: en sustancias puras y en mezclas.

1. Mezclas Homogneas y Heterogneas 1.1 Elementos, compuestos y mezclas Los cientficos han clasificado las presentaciones naturales de la materia en dos grandes grupos: sustancias puras y mezclas. Las sustancias puras estn formadas por elementos y por compuestos qumicos; en tanto que las mezclas se subdividen en mezclas homogneas y mezclas heterogneas. Materia se presenta Sustancias Puras Mezclas se clasifican en se clasifican en

Elementos

Compuestos

Homogneas

Heterogneas

Se llaman elementos qumicos aquellas sustancias que no pueden descomponerse en otras sustancias ms simpes mediante reacciones qumicas simples, por lo tanto, el oro, el hierro, el aluminio, el uranio, entre otros son elementos qumicos. As pues, si la sustancia se encuentra en la tabla peridica de los elementos, y tiene un smbolo qumico, en un elemento qumico. Un compuesto qumico es una sustancia formada por la combinacin qumica de dos o ms elementos, adems, cada componente siempre est presente en las mismas proporciones de masa. Estos pueden ser identificados ya que tienen una frmula qumica que los representa, como lo son: el agua H2O, el cloruro de sodio NaCl, el cido sulfrico H2SO4, entre otros. QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


Tanto a los elementos como a los compuestos se les llama sustancias puras, pues tienen una composicin constante y definida. Contrarias a las sustancias puras se encuentran las mezclas. Las mezclas son combinaciones fsicas de sustancias puras, las cuales tienen una composicin variable. Las mezclas pueden identificarse porque tienen nombre pero no tienen frmula qumica. De igual manera, los componentes de una mezcla pueden separarse mediante mtodos fsicos, mientras que los de un compuesto no. Las mezclas se clasifica en mezclas homogneas y heterogneas. Cuando los componentes de una mezcla no se aprecian a simple vista, la mezcla recibe e nombre de homognea. Por el contrario, si los componentes de una mezcla no estn distribuidos de manera uniforme y se identifican con facilidad, entonces recibe el nombre de heterognea. 1.2 Mtodos de separacin de mezclas Estamos inmersos en un mundo de mezclas. Sin embargo, en muchas actividades del ser humano se necesitan algunos componentes de esas mezclas; es decir, se requiere de sustancias puras. Estas sustancias puras son muy importantes para las industrias farmacutica, manufacturera y de procesamiento de alimentos. Pero, cmo podemos obtener las sustancias puras a partir de las mezclas? Existen diferentes tipos de mezclas cuyas caractersticas dependen de los estados fsicos de los componentes. Esta informacin nos ayuda a realizar su separacin o disociacin, ya sea con el propsito de obtencin de materia prima para otras transformaciones de utilidad social, industrial y econmica o, simplemente, de purificacin. Existen diferentes mtodos para separar las mezclas a continuacin se muestran algunos de los ms comunes: 1. Filtracin: Se fundamenta en que alguno de los componentes de la mezcla no es soluble en el otro. Se hace pasar la mezcla a travs de una placa porosa o un papel de filtro, el slido se quedar en la superficie y el otro componente pasar. 2. Destilacin: consiste en separar mediante vaporizacin y condensacin los diferentes componentes de una mezcla, aprovechando los diferentes puntos de ebullicin de cada una de las sustancias.



3. Decantacin: se utiliza para separar sustancias no solubles en agua como sera la arena en agua. Tambin es utilizada para separar lquidos inmiscibles (sustancias que no pueden mezclarse entre s). Tal sera el caso de el aceite y el agua; para este mtodo se utilizan embudos de separacin (Peras de decantacin).

4. Evaporacin: utilizada para separar un slido disuelto en un lquido. Se calienta la mezcla hasta que el liquido se convierta en vapor 5. Cristalizacin: Esta tcnica consiste en hacer que cristalice un soluto slido con objeto de separarlo del disolvente en el que est disuelto. Para ello es conveniente evaporar parte del disolvente o dejar que el proceso ocurra a temperatura ambiente. Si el enfriamiento es rpido se obtienen cristales pequeos y si es lento se formarn cristales de mayor tamao (Ingenios azucareros). 6. Centrifugacin: tambin utilizado para separar slidos de lquidos mediante una fuerza externa, llamada fuerza centrfuga. Dicha fuerza provoca la sedimentacin del slido o de las partculas de mayor densidad (Estudios de laboratorio).



7. Sublimacin: utilizado para separar mezclas cuyos componentes son slidos y alguno de ellos es sublimable (cambia de estado Solido a gaseoso sin pasar por estado lquido). Ex. Hielo seco, yodo, naftalina 8. Tamizado: separacin de mezclas con componentes slidos de diferentes dimetros. Para esto se utiliza un tamiz (coladera)

9. Imantacin: Esta tcnica sirve para separar sustancias magnticas de otras que no lo son. Al aproximar a la mezcla el imn, ste atrae a las limaduras de hierro, que se separan as del resto de la mezcla. 10. Cromatografa: Mtodo en el cual los componentes de una mezcla son separados en una columna adsorbente dentro de un sistema fluyente. La cromatografa es un mtodo de separacin en el que los componentes a desglosar se distribuyen entre dos fases, una de las cuales constituye un lecho estacionario de amplio desarrollo superficial y la otra es un fluido que pasa a travs o a lo largo del lecho estacionario.

2. Disoluciones, Coloides y Suspensiones Ahora ya sabes que una de las caractersticas principales de las mezclas es que tienen una composicin variable; es decir, que las sustancias que las forman estn en diferentes proporciones (cantidades). Debido a que muchas de las mezclas estn formadas por dos componentes, por lo general uno de ellos se encuentra en menor cantidad con respecto al otro. Por ejemplo, una cucharadita de azcar en un litro de agua. De esta manera, las molculas de azcar se dispersan o distribuyen en las de agua, dando lugar a un sistema disperso. En los sistemas dispersos el tamao de las partculas de la fase dispersa determina su comportamiento en el sistema y su clasificacin en disoluciones coloides y suspensiones QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


Disoluciones

Sistemas Dispersos (Mezclas)

pueden ser

Coloides

Suspensiones

Tamao de partcula de la fase dispersa

Dimetro menor a 1 nm (10-7 cm)

Dimetro entre 1 y 1000 nm (10-7 a 10 -4cm)

Dimetro mayor a 1000 nm

2.1 Disoluciones Las disoluciones, tambin llamadas disoluciones verdaderas, son mezclas homogneas formadas por dos o ms componentes en proporciones diversas. Se llama soluto al componente que est en menor cantidad y disolvente (solvente) al componente que est en mayor cantidad. Las disoluciones pueden presentarse en los tres principales estados de agregacin (slido, lquido y gas). El tipo de disolucin est determinado por el estado de agregacin del disolvente, pero por qu el disolvente y no el soluto? Porque el disolvente se encuentra en mayor proporcin y en l se dispersan uniformemente las partculas del soluto. Las disoluciones lquidas son las ms comunes y se forman al disolver una sustancia slida, lquida o gaseosa en un lquido pero, existen otros tipos de disoluciones, las cuales se muestran a continuacin Estado de Estado de Tipo de agregacin agregacin del Ejemplos disolucin del soluto disolvente Slido Slida Lquido Gaseoso Slido Aleaciones metlicas como el latn (zinc en cobre) y el bronce (cobre en estao) Amalgamas como mercurio en cobre o mercurio en plata (empaste dental) H2 en paladio (paladio hidrogenado), til como encendedor de estufas de gas



Slido Lquida Lquido Gaseoso Slido Gaseosa Lquido Gaseoso Gaseoso Lquido Sales disueltas en agua (agua de mar) Vinagre (cido actico en agua) Bebidas alcoholicas (etanol en agua) como el mezcal y tequila Bebidas gaseosas (CO2 en agua) Naftalina en aire, til para combatir la polilla Humedad (agua en aire) Helio en oxgeno (usado por buceadores) Aire

Las disoluciones desempean un papel importante en muchos procesos que tienen lugar en nuestro alrededor. Las sustancias nutritivas son llevadas en una disolucin acuosa a todas las partes de una planta. Las medicinas y las diversas drogas son frecuentemente disoluciones acuosas o disoluciones en alcohol de compuestos fisiolgicamente activas. 2.1.1 Solubilidad Como te puedes dar cuenta, existe una gran variedad de disoluciones. Por qu se disuelven las sustancias? La solubilidad, una propiedad de los solutos, es la respuesta. Sin embargo, en muchos casos, existe un lmite a la cantidad de soluto que se disolver en un disolvente, bajo ciertas condiciones. Esta cantidad se conoce como solubilidad. La solubilidad se refiere a la cantidad de sustancia que puede disolverse en una determinada cantidad de disolvente bajo condiciones de temperatura y presin especficas. La solubilidad de las sustancias puede alterarse por factores como la naturaleza del soluto y del disolvente, la temperatura y , en algunas ocasiones, la presin. Naturaleza del soluto y del disolvente Como recordaras, la naturaleza de las sustancias est dada principalmente por el tipo de enlace que las forma; as, tenemos sustancias inicas y sustancias covalentes, que se dividen en polares y no polares. Los compuestos inicos y covalentes polares, tienen una fuerte tendencia a disolverse en disolventes polares, y los compuestos no polares tienden a disolverse en disolventes no polares. En otras palabras: lo semejante disuelve a lo semejante. Esto se debe a las fuerzas interinicas o intermoleculares que intervienen cuando un soluto entra en contacto con el disolvente. QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


Soluto Naturaleza qumica del soluto Disolvente Agua Agua Agua Benceno (C6H6) Tetracloruro de carbono CCl4 Naturaleza qumica del disolvente Covalente polar Covalente polar Covalente polar Covalente no polar Covalente no polar

Cloruro de sodio Inica NaCl Sulfato de cobre III Inica (CuSO4) Etanol (C2H5OH) Covalente polar Naftaleno (C10H8) Covalente no polar Yodo (I2) Covalente no polar

Ejemplos de solutos y disolventes

Temperatura La temperatura puede modificar la solubilidad de un soluto en un disolvente. En general, el incremento de temperatura en una disolucin tiende a aumentar la solubilidad del soluto, a excepcin de los solutos gaseosos, ya que, su solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura. Presin Las bebidas gaseosas, como los refrescos, son disoluciones de gas en lquido. En este caso, de dixido de carbono en agua. Sabes por qu se mantiene disuelto en CO2 en una bebida? Cuando una botella de refresco se destapa, la presin en ella se reduce hasta alcanzar la presin atmosfrica y la solubilidad del CO2 disminuye. Los experimentos han demostrado que, bajo una temperatura constante, los cambios de presin tienen muy poco efecto si el soluto es lquido o solido. Sin embargo, si el soluto en un gas, su presin influye en la cantidad de gas que se disuelve. De esta manera, podemos afirmar que los gases son ms solubles en los lquidos cuando aumenta la presin, y viceversa. 2.1.2 Propiedades Coligativas Al estudiar las mezclas, los investigadores han Las propiedades fsicas de las encontrado que los solutos afectan algunas disoluciones que dependen del nmero pero no del tipo de partculas de las propiedades fsicas de sus disolventes. del soluto se llaman propiedades La evidencia experimental seala que es el coligativas nmero de partculas del soluto y no su naturaleza inica o molecular lo que afecta las propiedades de la disolucin. La palabra coligativa se refiere al efecto colectivo de las partculas del soluto sobre el disolvente. Las propiedades coligativas son cuatro y se describen a continuacin: QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


Reduccin de la presin de vapor La presin de vapor de un lquido puro depende de la tendencia que tienen sus partculas a escapar de su superficie. As, se establece un equilibrio dinmico entre las partculas que se evaporan o escapan de la superficie y las que regresan o se condensan. En una disolucin, el nmero de partculas del disolvente es la superficie es menor dado que se encuentran en constante interaccin con las partculas del soluto, lo que traduce a una disminucin de la presin de vapor. Elevacin del punto de ebullicin El punto de ebullicin es la temperatura a la cual un lquido hierve. Cuando esto sucede, la presin del vapor del lquido es igual a la presin atmosfrica. La presencia de un soluto en un disolvente ocasiona que la disolucin resultante hierva a una temperatura ms alta que cuando el disolvente se encuentra puro; esto se debe a un mayor requerimiento de energa calrica para pasar suficientes partculas del disolvente a la fase gaseosa e igualar la presin de vapor con la presin atmosfrica. Disminucin del punto de congelacin En una disolucin el soluto interfiere con las fuerzas de atraccin entre las partculas del disolvente, lo cual evita que este pase al estado solido en su punto de congelacin normal, por lo que la disolucin se congelar a una temperatura ms baja que cuando el disolvente se encuentra puro. smosis Fenmeno que se produce entre dos soluciones acuosas de diferente concentracin separadas por una membrana semipermeable. La solucin ms diluida o con menos concentracin empuja al disolvente hacia la solucin ms concentrada buscando la igualdad entre ambas concentraciones. Para poder detener el flujo del Disolvente La presin osmtica es la fuerza que (agua) de la solucin diluida hacia la solucin se encarga de mover el disolvente de ms concentrada se necesita una Presin una parte de la membrana a otra. Una vez que esta fuerza es igual en los denominada presin osmtica dos lados de la membrana el Partiendo de la presin osmtica tenemos que movimiento se detiene existen diferentes tipos de disoluciones: Solucin isotnica: cuando ambas disoluciones separadas por una membrana tienen la misma concentracin; es decir, tiene misma presin osmtica en ambos lados de la membrana Solucin hipotnica: cuando la disolucin de un lado de le membrana tiene menor concentracin de solutos respecto a la otra disolucin. Esto genera una entrada de lquido mayor y destruye la membrana (hemlisis) QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


Solucin hipertnica: cuando la disolucin de un lado de la membrana tiene mayor concentracin de solutos respecto a la otra disolucin. Lo que hace que una pierda agua y se retraiga lo que se denomina como crenacin. ERITROCITOS NORMALES (GLOBULOS)

HEMLISIS

CRENACIN

SOLUCIN HIPOTNICA SOLUCIN ISOTNICA SOLUCIN HIPERTNICA

2.2 Coloides Los coloides, tambin conocidos como dispersiones o suspensiones coloidales, son mezclas que se encuentran entre las disoluciones verdaderas y las suspensiones. En los coloides las partculas del soluto no estn unidas a las partculas del disolvente, ms bien, se encuentran dispersas. Si se compara el tamao de las partculas del coloide con el tamao de las partculas del medio donde se dispersan, podemos hablar de medio o fase dispersa y medio o fase dispersora. El medio disperso son las partculas coloidales (tal como el soluto en una disolucin), la fase dispersora es la sustancia en la que se distribuyen las partculas coloidales (tal como el disolvente de una disolucin). Coloide Formado por Fase dispersa Fase dispersora Medio de dispersin en el q ue se Est formada por las partculas QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ

coloidales y es la sustancia en menor proporcin

encuentran distribuidas partculas coloidales

las


En los coloides, las partculas dispersas son molculas, iones o conjuntos de molculas ms grandes que las halladas en las disoluciones, pero ms pequeas que las encontradas en las suspensiones. 2.2.1 Tipos de dispersiones coloidales Al igual que las disoluciones, los coloides pueden existir en cualquiera de los tres estados de agregacin de la materia. Slo los gases mezclados con otros gases no forman coloides, ya que en general se mezclan completamente. Por lo tanto, existen ocho diferentes tipos de sistemas coloidales, los cuales se muestran a continuacin. Tipo de coloide Estado de agregacin Ejemplos comunes Fase dispersa Fase dispersora

Sol slido Sol o gel

Slido en slido Slido en lquido

Humo o aerosol slida Emulsin slida Emulsin Aerosol lquido Espuma slida Espuma

Slido en gas Lquido en slido Lquido en lquido Lquido en gas Gaseoso en slido Gaseoso en lquido

Gemas (turquesa, rub, perlas), caucho de llantas, porcelanas Pinturas de ltex, plasma sanguneo, tinta china, clara y yema de huevo, gel para cabello, gelatina Humo de chimeneas, polvo en el aire Queso, mantequilla Crema, mayonesa, leche, aderezos para ensalada Niebla, nubes, roco, aerosoles, spray Malvavisco, piedra pmez, unicel, esponja, hule espuma Crema batida, cremas de afeitar, espuma de jabn

Como te podrs dar cuenta, los coloides forman parte de nuestra vida cotidiana y de nosotros mismos. Basta mencionar que muchos de los alimentos que ingerimos estn en forma coloidal y ni qu decir de nuestras clulas, las cuales dependen de partculas coloidales para realizar sus funciones qumicas de crecimiento y metabolismo. 2.2.2 Propiedades de los coloides Debido a que las partculas coloidales estn dispersas, es difcil diferenciar los coloides de las disoluciones verdaderas; sin embargo, el gran tamao de las partculas de los coloides les confiere algunas propiedades especiales que permiten identificarlos. Estas propiedades son: efecto ptico, movimiento browniano, adsorcin y floculacin. QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


Efecto ptico o Tyndall Las partculas de un coloide son demasiado pequeas para observarlas a simple vista o con un microscopio. Sin embargo, influyen grandemente sobre la luz El fenmeno ptico de reflexin de la luz o dispersin que presentan las visible; causan que la luz se desve en partculas coloidales se denomina grandes ngulos debido a que son de efecto Tyndall un tamao semejante a la longitud de onda de la luz visible. Cuando la cantidad de partculas coloidales es grande, el desvo de la luz hace que la mezcla se vea opaca, pues la luz no pasa a travs de ella. A este fenmeno ptico se le llama efecto Tyndall. Las disoluciones verdaderas no presentan este fenmeno porque las partculas son muy pequeas para desviar la luz. Movimiento Browniano Si se pudieran observar a simple vista las partculas coloidales, se apreciara que presentan un movimiento desordenado, Al movimiento desordenado de las en el medio dispersante. partculas coloidales en un medio El movimiento que presentan las dispersante se le conoce como partculas coloidales se llama movimiento movimiento browniano browniano; debido a este movimiento las partculas coloidales se mantienen siempre dispersas y no se unen entre s, por lo tanto, no sedimentan cuando estn en reposo. Adsorcin Las superficies slidas y lquidas tienden a atraer y retener las sustancias con las cuales hacen contacto. En este sentido las partculas coloidales tienen una superficie enorme; por ello, no es sorprendente que las propiedades ms importantes de los La adsorcin se refiere a la tendencia de la partculas de una sustancia a coloides sean las que dependen de las adherirse a la superficie de ciertos interacciones superficiales como la slidos o lquidos. adsorcin. La adsorcin es un proceso donde algunas partculas se unen a la superficie de alguna otra partcula. Las partculas cargadas adsorbidas sobre la superficie de una partcula coloidal pueden ser positivas o negativas. Todas las partculas coloidales iguales tendrn la misma carga y por eso se repelen entre s, eso tambin evita que las partculas coloidales se unan. Floculacin El calentamiento o la adicin de una Cuando las partculas de la fase sustancia cida a una dispersin coloidal dispersa se juntan unas con otras, se pueden causar la coagulacin, es decir, dice que el coloide flocula o coagula. QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


que las partculas coloidales aumenten su tamao. En estos casos, se dice que las partculas coloidales se han coagulado o floculado. Un ejemplo de este fenmeno es cuando se aade limn a la leche o se hierve un huevo. 2.2.3 Dilisis La dilisis es un proceso en el cual la disolucin pasa a travs de una membrana permeable, en tanto que la partculas coloidales, relativamente grandes, forman una especie de cogulos o grumos y quedan La dilisis es el proceso que permite retenidas en dicha membrana. sta se separar partculas de disolvente y soluto de las dispersiones coloidales a conoce como membrana dializante. de una membrana En el proceso de dilisis, al igual que en la travs semipermeable. smosis, la difusin de partculas travs de una membrana semipermeable es impulsada por la diferencia de concentraciones. Pero en el caso de la dilisis, el flujo de partculas (diferentes a las del coloide) va de un medio de mayor concentracin a uno de menor concentracin. Las membranas dializantes estn presentes en plantas y animales. En consecuencia, la dilisis constituye un proceso biolgico muy importante para los organismos vivos. De esta manera, los organismos pueden llevar a cabo el intercambio de sustancias tiles para su desarrollo y la eliminacin de sustancias txicas. 2.3 Suspensiones Las partculas en las suspensiones no estn unidas a las molculas del disolvente y por ello sedimentan (se concentran en el fondo) cuando se ponen en reposo. El tamao de las partculas suspendidas no permite verlas a simple vista, sin embargo, si estas mezclas no son continuamente agitadas, las partculas sedimentarn por efecto de la gravedad, con mayor o menor rapidez dependiendo de su tamao. El empleo de suspensiones es frecuente en la elaboracin de medicamentos, ya que se incorporan slidos a lquidos, es por ello que se recomienda agtese antes de usarse para formar una mezcla homognea.

3. Concentracin de disoluciones

Hasta ahora, has estudiado las caractersticas que distinguen a los sistemas dispersos, as como la importancia que tiene cada uno de ellos. Se han descrito a las disoluciones en funcin de sus componentes: soluto (sustancia que est en menor cantidad) y disolvente (sustancia que est en mayor cantidad). De igual manera, podemos clasificar a las disoluciones en funcin de su concentracin: no saturadas o insaturadas; saturadas y sobresaturadas. Cuando se agrega una cantidad de soluto a un disolvente y casi imposible que este se disuelva, se dice que la disolucin est saturada y ha alcanzado el lmite de su solubilidad. Si la disolucin contiene menos soluto del que es capaz de disolver, se dice entonces que la disolucin es insaturada (o no saturada). Hay disoluciones con contienen ms soluto que la cantidad normal de saturacin. Estas disoluciones estn QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


sobresaturadas y son muy inestables, puesto que no pueden soportar de manera permanente el exceso de soluto. Estas clasificaciones son descripciones cualitativas, ya que definen en trminos generales una cualidad de las disoluciones: su concentracin. La descripcin cualitativa de la concentracin tambin permite describir las disoluciones como diluida y concentrada: Disolucin diluida: aquella que contiene cantidades pequeas de soluto respecto al disolvente. Por ejemplo, un caf. Disolucin concentrada: aquella que contiene una gran cantidad de soluto en comparacin con la cantidad de disolvente. Por ejemplo, la miel de abeja. Si bien las descripciones cualitativas son tiles, no proporcionan informacin acerca de las cantidades precisas de soluto y disolvente, por lo que es necesario conocer la composicin de las mismas cuantitativamente. El estudio cuantitativo de una disolucin requiere que se conozca su concentracin. 3.1 Formas de expresar la concentracin Los qumicos utilizan diferentes unidades de concentracin, cada una de ellas tiene sus ventajas pero tambin presentan algunas limitaciones. Las concentraciones de una disolucin puede expresarse en unidades fsicas o qumicas. Las unidades fsicas indican la masa o el volumen del soluto en una cantidad fija de disolvente (nivel macroscpico). Las unidades qumicas indican el nmero de tomos, iones o molculas del soluto, en trminos del mol y del equivalente gramo presentes en la disolucin (nivel microscpico). Desde esta perspectiva se consideran los tipos de disolucin que aparecen en la tabla. Unidades Fsicas Definicin

Unidad Porcentaje en masa

Smbolo % m/m

Frmula

Porcentaje en volumen

% v/v

Porcentaje en masa/volumen

% m/v

Partes por milln

ppm

Partes de masa de soluto %m/m= gramos de soluto x100 disueltas en 100 partes de masa gramos de disolucin de disolucin Unidades en volumen de soluto %v/v = mililitros de soluto x 100 contenidas en 100 unidades de mililitros de disolucin volumen de disolucin Unidades en masa de soluto %m/m= gramos de soluto x100 disueltas en 100 unidades de mililitros de disolucin volumen de disolucin Partes de un componente contenido en %m/m= gramos de soluto x 1 000 000 1 000 000 de partes de mililitros de disolucin disolucin



Unidad Molaridad Smbolo M

Unidades Qumicas Definicin Nmero de moles de soluto contenidos en un litro de disolucin Nmero de moles de soluto contenidos en un kilogramo de disolvente Mol de un componente contenidos en los mol totales de todos los componentes de la disolucin Equivalentes de un soluto contenidos en un litro de disolucin

Frmula M = mol de soluto litros de disolvente m = mol de soluto kilogramos de disolucin

Molalidad

m

Fraccin Molar

X

X = na na + nb + nc + N = equivalentes de soluto litros de disolucin

Normalidad

N

Veamos con ms detalle los clculos de concentracin de disoluciones mediante el uso de unidades qumicas

Molaridad (M): la molaridad de una solucin expresa el numero de moles de sustancia (soluto) disueltos en litros de solucin. o M = n V n= no. De moles V= Volumen de disolucin (l) M= Concentracin molar de disolucin (mol/l) n = w/PM

M = w PMV

Molalidad (m): mide el numero de moles de soluto disueltos en 1kg de disolvente o m = n Kg m = w PMkg



Normalidad (N): se emplea cuando en una disolucin existen solutos como cidos, bases o sales. Expresa el numero de equivalentes qumicos en gramos de soluto (eq) que hay en 1l de solucin N = equivalentes de soluto L de solucin +

-

Equivalente: es la cantidad de sustancia que desplaza un mol de iones H (hidrogeno) o libera un mol de iones OH (hidroxilo). Los equivalentes son especficos para cada tipo de sustancia y se calculan de la siguiente forma: Eq cido = peso molecular del cido N de H Eq base = peso molecular de la base N de OH Eq sal = peso molecular de la sal N oxidacin del metal Fraccin molar (X): expresa la concentracin de una solucin en Moles de soluto o disolvente por Moles Totales de la solucin (todas las fracciones molares de todos los componentes de la solucin es igual a 1[Xa + Xb + = 1]) X = na na + nb + nc + Si los datos dados en el problema estn expresados en moles se utiliza directamente la formula de fraccin molar, si no, hay que determinar cuantos moles de soluto y solucin tenemos para despus proceder con la fraccin molar Moles de soluto / disolvente = w PM

4. Disoluciones de cidos y bases

Las disoluciones de cidos y bases son muy importantes en las reas relacionadas con la salud y la industria. De hecho, los cidos y las bases son un grupo importante de sustancias que se encuentran a nuestro alrededor y en nuestro propio organismo. Por ejemplo, en una gran variedad de productos como los limpiadores domsticos, los fertilizantes, en muchos de los alimentos que consumimos y en los medicamentos. Los cidos y las bases (lcalis) son sustancias que se conocen desde hace ya muchos siglos. A principios del siglo XVII, cuando Robert Boyle estudiaba los cidos y las bases, encontr que estas sustancias poseen ciertas propiedades que las distinguen. Por QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


ejemplo, los cidos tienen sabor agrio, en tanto que las bases tienen un sabor amargo; los cidos y las bases cambian la coloracin de algunas sustancias denominadas indicadores. cidos Bases Sustancias con sabor agrio Sustancias con sabor amargo Se vuelven menos cidos cuando se Se vuelven menos bsicos cuando se mezclan con las bases mezclan con los cidos Cambian el papel tornasol de azul a rojo Cambian el papel tornasol de rojo a azul Conducen la electricidad en soluciones Conducen la electricidad en soluciones acuosas acuosas Clasifican en fuertes (ionizan Clasifican en fuertes (ionizan completamente en el agua) y dbiles (se completamente en el agua) y dbiles (se ionizan de manera limitada en el agua) ionizan de manera limitada en el agua) Ex: Ex: Propiedades caractersticas de los cidos y las bases 4.1 Teoras que definen a los cidos y las bases Durante mucho tiempo, los qumicos se preguntaron a qu se deba la acidez o la basicidad de las sustancias. Las respuestas fueron variadas, pero entre ellas destacan las respuesta de Lavoisier, quien sealaba que el carcter cido se deba ala presencia de tomos de oxgeno en la molcula, y la respuesta de Humphry Davy, qumico ingls, quien propuso que en lugar del oxgeno el responsable de la acidez fe las sustancias era el hidrgeno. Esta ltima respuesta de alguna manera fue correcta, como veremos a continuacin gracias a los estudios de Svante Arrhenius, Brnsted y Lowry y Gilbert N. Lewis. Teora de Svante Arrhenius (finales de 1800) Fsico-qumico Sueco cidos producen iones hidrgeno (H+) en una solucin acuosa bases producen iones hidrxido (OH-) en una solucin acuosa Teora de Johannes Bronsted & Thomas Lowry (1923) Qumico Dans e Ingls respectivamente cido en un donador de protones (iones hidrgeno H+) Base cualquier sustancia que acepta un protn (H+) Teora de Gilbert Newton Lewis (1923 / 1938) Qumico norteamericano cido sustancia capaz de donar un par de electrones Base sustancia capaz de aceptar un par de electrones QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


4.2 El pH Medida de Acidez Como se vio anteriormente, los cidos aumentan la concentracin de iones de hidrgeno, mientras que las bases disminuyen la concentracin de iones de hidrgeno (al aceptarlos). Por consiguiente, la acidez o la alcalinidad de algo puede ser medida por su concentracin de iones de hidrgeno. Ya que los valores de concentracin de iones hidrogeno son nmeros muy pequeos, en el ao de 1909 el bioqumico dans Sren Srensen invento una escala de medicin denominada pH, la cual nos muestra la acidez o alcalinidad de una sustancia de manera muy sencilla. El pH o potencial de hidrgeno se define como el logaritmo negativo de la concentracin de iones hidrogeno (H+) para una disolucin; dicha escala se mide en unidades de moles por litros de disolucin (mol/l). pH = -log [H+] pOH = -log [OH-] + Para obtener la concentracin de iones [H ] y [OH-] [H+] = 10-pH = anti log (-pH) [OH-] = 10-pOH = anti log (-pOH) La escala pH va de 0 a 14. Las substancias con un pH entre 0 o menor de 7 son cidos (pH e iones [H+] estn inversamente relacionados, menor pH significa mayor concentracin de iones [H+]). Las substancias con un pH mayor a 7 y hasta 14 son bases (mayor pH significa menor concentracin de iones [H+]). Exactamente en el medio, en pH = 7, estn las substancias neutras, por ejemplo, el agua pura. Disoluciones cidas [H+] > 1 x 10-7M, pH < 7 Disoluciones neutras [H+] < 1 x 10-7M, pH > 7 Disoluciones bsicas [H+] = 1 x 10-7M, pH = 7 Por ejemplo, una solucin con una concentracin de [H+] = 1 x 10-7 (mol/l) tiene un pH = 7 (una manera ms simple de pensar en el pH es que es igual al exponente del H+ de la concentracin, ignorando el signo de menos). La relacin entre iones [H+] y pH est mostrada en la tabla de abajo, junto algunos comunes ejemplos de cidos y base de la vida cotidiana. QUIMICA II BLOQUE III LIC. ELIZABETH MEZA PREZ


ACIDOS

NEUTROS

BASES

[H+] (mol/l) 1x100 1x10-1 1x10-2 1x10-3 1x10-4 1x10-5 1x10-6 1x10-7 1x10-8 1x10-9 1x10-10 1x10-11 1x10-12 1x10-13 1x10-14

pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14


Bloque III

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