Clase 1 -2 [Modo de Compatibilidad]

2MezclasMezclasMezclasMezclasSon combinaciones de dos o ms sustancias que no reaccionan entre s , mantienen su identidad y sus propiedades son variables. Se pueden variar por mtodos fsicos y no no no no

se representan por frmulas qumica.Ej.: el aire y el agua de mar

Elementos qumicosElementos qumicosElementos qumicosElementos qumicosEstn constituidos por tomos de la misma clase; se representan

por smbolos qumicos y no pueden ser

descompuestos en sustancias ms

simples por mtodos

fsicos, ni qumicos

Ej.: el hierro ( Fe)

HomogneasHomogneasHomogneasHomogneasSus componentes

estn distribuidos de manera uniforme, no se aprecian a simple vista y cada porcin de la mezcla posee

idnticas propiedades

Ej.: el agua potable

Compuestos Compuestos Compuestos Compuestos qumicosqumicosqumicosqumicos

Son combinaciones de dos o ms elementos en cantidades fijas y

exactas; se representan por frmulas y se descomponen

mediante mtodos qumicos.

Ej.: el agua (H2O)

HeterogneasHeterogneasHeterogneasHeterogneasSus componentes se pueden distinguir a

simple vista , es decir, no estn uniformemente distribuidos y conservan sus propiedades individuales.Ej.: aceite con

vinagre

MATERIAMATERIAMATERIAMATERIA(slidos, lquidos y gases)

Desde el punto de vista qumico (composicin y tamao de las partculas), la materia puedepresentarse como sustancias puras o mezclas

Sustancias purasSustancias purasSustancias purasSustancias purasTienen composicin definida, con

propiedades fsicas y qumicas caractersticas. No pueden descomponerse en otras ms simples por mtodos fsicos. Se representan por smbolos o frmulas

qumicas.Ej.: el cobre (Cu) y la sal comn (NaCl)

El nmero de tomos que intervienen en una reaccin qumica es enormemente

grande , pero la masa que representan es infinitamente pequea .

Como los tomos son extremadamente diminutos , es imposible contarlos uno

a uno la nica manera de hacerlo es determinando la masa de un tomo en

relacin a otro . Se derivan as dos conceptos: masamasamasamasa atmicaatmicaatmicaatmica yyyy molmolmolmol

MasaMasaMasaMasa atmatmatmatmicacacaca: En 1962, la IUPAC construy una escala de masas atmicas

relativas en la cual se adopt como patrn la unidad de masa atmica (u),

equivalente a la doceava parte de la masa de un tomo de carbono-12 (12 C), el

istopo ms abundante del carbono. De modo que un tomo de 12 C, tiene una

masa de 12 u, segn:

3

1u= masa de un tomo de 12 C12

masa de 12 C= 12 u

El resto de los tomos tienen una masa atmica que resulta al comparar la

masa de un tomo del elemento con la unidad de masa atmica (u).

Por Ej. El tomo de hidrgeno tiene un 8,4% de la masa de 12 C, como la masa

de 12 C es 12u, entonces la masa del hidrgeno es 1,008 u ( 0,0084x 12=

1,008 u)

MolMolMolMol: cmo podemos contar los tomos y las molculas? Dado que son

partculas muy pequeas, es indispensable disponer de una unidad de conteo

suficientemente grande y medible en el laboratorio. La unidad que los qumicos

utilizan es el mol, del latn moles que significa un montn. El mol representa un

nmero definido de tomos, molculas , iones, electrones cualquier otro tipo

de partcula elemental.

Un mol es la cantidad de sustancia que contiene 6,022 x 1023 partculas

elementales. Este nmero se conoce con el nombre de nmero de Avogadro

(NA)

4

Siempre que se habla de mol, se debe indicar el tipo de partcula a la cual se

est refiriendo, por Ej.:

1mol de CCCC = 6,022 x 1023 tomos de CCCC

1mol de HHHH2222OOOO = 6,022 x 1023 tomos de HHHH2222OOOO

1mol de NaNaNaNa++++ = 6,022 x 1023 tomos de NaNaNaNa++++

MasaMasaMasaMasa yyyy volumenvolumenvolumenvolumen molarmolarmolarmolar

Para determinar la masa y el volumen de un mol de un elemento o compuestos

se debe recordar los conceptos de: masamasamasamasa molarmolarmolarmolar yyyy volumenvolumenvolumenvolumen molarmolarmolarmolar....

MasaMasaMasaMasa molarmolarmolarmolar (M)(M)(M)(M):::: Es la masa correspondiente a un mol de las partculas

elementales que conforman una sustancia. Se expresa en g/mol.

Por Ej., la masa molar del agua es 18 g/mol, esto significa que la masa de 1

mol de molculas de agua, es 18 gramos.

La masa molar de una sustancia resulta de la suma de las masa molares de

todos los tomos contenidos en una frmula qumica5

333

6

ParaParaParaPara el CuSOel CuSOel CuSOel CuSO4444 ParaParaParaPara el Oel Oel Oel O2222

1 tomo de Cu: 1x 63,54 g/mol=63,54 g/mol1 tomo de S: 1x 32 g/mol =32 g/mol4 tomos de O: 4x 16 g/mol =64 g/mol

Por lo tanto:

CuSO4= 63,54 g/mol + 32 g/mol+64 g/mol=159,54 g/mol

Entonces la masa de 1 mol de CuSO4 = 159,54 g.

2 tomos de O: 2x 16 g/mol =32 g/mol

Por lo tanto:

O2= 32 g/mol

Entonces la masa de 1 mol de O2= 32 g.

Para determinar cuntos moles de molculas hay una masa cualquiera de sustancia, se aplica la siguiente expresin:

donde:

n=nmero de moles

m= masa de la sustancia (g)

M= masa molar peso molecular (g/mol)

VolumenVolumenVolumenVolumen molarmolarmolarmolar:::: Es el volumen que ocupa un mol de un elemento o compuesto

en estado gaseoso.

Se ha comprobado experimentalmente que en condiciones normales de

presin y temperatura (1 at. 0C, respectivamente), un mol de cualquier gas,

independiente de su naturaleza qumica, ocupa un volumen aproximado de

22,4 litros.

Por EJ.,1 mol de O2, en condiciones normales , ocupa un volumen de 22,4 litros

7

n= mM

Las reacciones qumicas que ocurren a diario se rigen por los mismosprincipios bsicos, las masa de las sustancias iniciales y de las que seproducen se mantienen constantes , de acuerdo con la ley de conservacin dela materia

Ej.:

Cuando se carga el estanque de un vehculo con gasolina, lo que ocurre es losiguiente:

Cuando la gasolina (uno de los compuestos presente en la gasolina es el octanoC8H18) se quema con el oxgeno del aire se produce CO2 , y H2O y energa. Ensta transformacin, la combustin del octano, los tomos de C,H,O siguensiendo los mismos, pero el orden en que ellos aparecen combinados esdiferente: forman nuevas sustancias

ReaccinReaccinReaccinReaccin QumicaQumicaQumicaQumica eseseses elelelel procesoprocesoprocesoproceso porporporpor elelelel cualcualcualcual laslaslaslas sustanciassustanciassustanciassustancias sesesese transformantransformantransformantransforman enenenenotrasotrasotrasotras diferentes,diferentes,diferentes,diferentes, eseseses decir,decir,decir,decir, cambiacambiacambiacambia lalalala composicincomposicincomposicincomposicin dededede laslaslaslas sustanciassustanciassustanciassustanciasreaccionantesreaccionantesreaccionantesreaccionantes ,,,, hayhayhayhay formacinformacinformacinformacin dededede nuevasnuevasnuevasnuevas sustancias,sustancias,sustancias,sustancias, loslosloslos productosproductosproductosproductos....

Para representar las reacciones qumicas se usan las ecuaciones qumicas

8

UnaUnaUnaUna ecuacinecuacinecuacinecuacin qumicaqumicaqumicaqumica eseseses lalalala expresinexpresinexpresinexpresin escritaescritaescritaescrita dededede lolololo quequequeque ocurreocurreocurreocurre enenenen lalalala reaccinreaccinreaccinreaccin yyyysesesese representarepresentarepresentarepresenta aaaa travstravstravstravs dededede smbolossmbolossmbolossmbolos yyyy frmulasfrmulasfrmulasfrmulas....

9

A y B son reactantes C y D son producto

A + B C +D se combinan se transforma(n) se producen

La ecuacin que representa la combustin del octano es:

C8H18 + O2 CO2 + H2O + E

Se indica una reaccin qumica escribiendo una ecuacin que la represente.

LosLosLosLos requisitosrequisitosrequisitosrequisitos dededede unaunaunauna ecuacinecuacinecuacinecuacin sonsonsonson loslosloslos siguientessiguientessiguientessiguientes::::

1. Debe representar los hechos qumicos. Conociendo las propiedades de lassustancias implicadas, puede deducirse el esquema de la reaccin sinnecesidad de realizarla de forma experimental. Reactivos y productosformados deben representarse mediante frmulas correctas.

2. Deben existir los mismos tomos en calidad y nmero en los reactivos y enlos productos de la reaccin (debe hacerse un ajuste). El ajuste de lareaccin se consigue mediante coeficientes apropiados que indiquen elnmero de molculas o pesos frmulas de sustancias utilizadas yproducidas . La ecuacin ajustada indica la estequiometria (relaciones enpeso) en la reaccin que tiene lugar

3. Cuando la reaccin se escribe en forma inica, la ecuacin debe presentartambin igualdad de las cargas inicas; es decir, la suma algebraica de lascargas de los reactivos debe ser igual a la de los productos obtenidos

4. Si la reaccin implica una xido reduccin (redox), la ecuacin deberepresentar tambin igualdad en los electrones transferidos.

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En qumica analtica inorgnica casi todas las reacciones tiene lugar entre ionesen disolucin, por sta razn las reacciones deben representarse medianteecuaciones inicas.

La ventaja de stas reacciones es que indican con claridad las sustanciasimplicadas en la reaccin, son ms sencillas y ms claras que lascorrespondientes ecuaciones moleculares.

ReglasReglasReglasReglas paraparaparapara escribirescribirescribirescribir ecuacionesecuacionesecuacionesecuaciones inicasinicasinicasinicas

1. En la ecuacin deben figurar solamente los iones que toman parte quese forman en la reaccin .

Ej.: La ecuacin de una disolucin de nitrato de plata con otra de cidoclorhdrico se escribe:

Ag+ + Cl - AgCl

2. Se escriben en formaformaformaforma molecularmolecularmolecularmolecular aquellas sustancias que son poco solubles

como: AgCl, PbSO4, Fe(OH)2, que estn poco ionizadas (cidos basesdbiles, sales) o sin ionizar (NO2,NO,CO). Para poder seguir sta regla espreciso saber que sustancias son poco solubles o estn poco ionizadas

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ReglasReglasReglasReglas paraparaparapara escribirescribirescribirescribir ecuacionesecuacionesecuacionesecuaciones inicasinicasinicasinicas

3. Se ajusta la ecuacin en cuanto a los tomos y en cuanto a las cargas delos iones, y en caso de reacciones redox, tambin en cuanto a latransferencia de electrones.

AjusteAjusteAjusteAjuste dededede laslaslaslas ecuacionesecuacionesecuacionesecuaciones inicasinicasinicasinicas

1.1.1.1. ReaccionesReaccionesReaccionesReacciones sinsinsinsin intercambiointercambiointercambiointercambio dededede electroneselectroneselectroneselectrones:::: Las ecuaciones de ste tipo dereacciones se ajustan muy fcilmente por inspeccin directa. Se utilizancoeficientes apropiados para que el nmero de cada clase de tomosaparezca igualado a ambos lados de la ecuacin; esto da lugarautomticamente a un ajuste de las cargas.

EJ.1: CO3= + 2H + H2O + CO2

Ej.2: [Ni (NH3)4]++ + 4CN- [Ni (CN)4]

= + 4(NH3)

Ej.3: As2O3 + 6OH- 2AsO3

-3 + 3H2O

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Una vez escrita la ecuacin qumica, se debe comprobar si cumple o no con laleyleyleyley dededede conservacinconservacinconservacinconservacin dededede lalalala materia,materia,materia,materia, es decir, que el nmero de tomos de cadaelemento sea el mismo en ambos lados de la ecuacin.

Para equilibrar la ecuacin se pueden utilizar 2 mtodos: elelelel dededede tanteotanteotanteotanteo yyyy elelelelalgebraicoalgebraicoalgebraicoalgebraico

MtodoMtodoMtodoMtodo dededede tanteotanteotanteotanteo:::: ste mtodo consiste en aplicar el ensayo y error, probandodistintos coeficientes hasta lograr balancear la ecuacin

Ej.:. ecuaciones moleculares

UnaUnaUnaUna ecuacinecuacinecuacinecuacin qumicaqumicaqumicaqumica equilibradaequilibradaequilibradaequilibrada sesesese llamallamallamallama ecuacinecuacinecuacinecuacin estequeomtricaestequeomtricaestequeomtricaestequeomtrica

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2Fe2O3 + 3C 4Fe + 3CO2

En ste mtodo se plantean sistemas de ecuaciones para cada uno de loselementos que intervienen en la reaccin.

Ej.:

C8H18 + O2 CO2 + H2O

a. Anteponer a las frmulas letras que representan los coeficientes, estassern las incgnitas de la ecuacin

aC8H18 + bO2 cCO2 + dH2O

Carbono 8 a = 1c

Hidrgeno 18 a = 2d

Oxgeno 2b = 2c + 1d

b. Resolver la ecuacin , asignando arbitrariamente para aaaa el valor 1

por lo tanto : a=1; c=8; d=9; b= 25/2

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c. Resolver la ecuacin , asignando arbitrariamente para a el valor 1

por lo tanto : a=1

c=8

d=9

b= 25/2

d. Puesto que los tomos son entidades que reaccionan como un todo, laecuacin debe tener coeficientes enteros, por lo tanto se debe multiplicarpor un factor adecuado. En este caso se multiplica por 2

por lo tanto : a=2

c=16

d=18

b= 25

e. Remplazar los valores en la ecuacin

2C8H18 + 25O2 16CO2 + 18H2O

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2.2.2.2. ReaccionesReaccionesReaccionesReacciones conconconcon intercambiointercambiointercambiointercambio dededede electroneselectroneselectroneselectrones:::: Las reacciones en que setransfieren electrones de una sustancia a otra son reacciones de xidoxidoxidoxido----reduccinreduccinreduccinreduccin redoxredoxredoxredox.... (ocurren con cambios en el nmero de oxidacin de lasespecies que participan)

ConceptoConceptoConceptoConcepto dededede nmeronmeronmeronmero dededede oxidacinoxidacinoxidacinoxidacin:::: El nmero de oxidacin es un nmero

entero pequeo, positivo, negativo o cero, que se asigna a los tomos de

elemento siguiendo ciertas reglas

ReglasReglasReglasReglas paraparaparapara asignarasignarasignarasignar elelelel nmeronmeronmeronmero dededede oxidacinoxidacinoxidacinoxidacin

1. Los elementos en estado libre tienen el nmero de oxidacin igual a cero

2. Los iones tienen nmero de oxidacin igual a la carga del in

3. En un compuesto la suma algebraica de las contribuciones de los nmerosde oxidacin debe ser cero

4. El oxgeno siempre tiene nmero de oxidacin -2,excepto en losperxidos, donde su estado de oxidacin es -1 ( ej. Na2O2, H2O2)

5. El hidrgeno siempre tiene nmero de oxidacin es +1 , excepto en loshidruros metlicos, donde es -1 (ej.: AlH3, LiH) 16


ReaccionesReaccionesReaccionesReacciones conconconcon intercambiointercambiointercambiointercambio dededede electroneselectroneselectroneselectrones


6. Los metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) siempre tienen el nmero deoxidacin +1

7. Los metales alcalinos trreos (Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) siempre tienen nmero deoxidacin +2

8. Hay elementos que tienen slo 2 estados de oxidacin, el Al por ejemplo,tiene 0 y +3

9. Hay otros, en cambio, que tienen varios estados de oxidacin. El carbonotiene desde -4 hasta 4

10. El nmero de oxidacin de los halgenos (Cl, I, Br, F) en los hidrcidos (HCl,HI, HBr, HF) y sus respectivas sales es -1 , en cambio el nmero deoxidacin del azufre en su hidrcido ( H2S) y respectivas sales es -2

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EjEjEjEj.... 1111::::

Asignar el nmero de oxidacin al Cr en el dicromato de potasio K2Cr2O72222 (K)(K)(K)(K) ++++ 2222 (Cr)(Cr)(Cr)(Cr) ++++ 7777(O)(O)(O)(O) ====0000

2222(+(+(+(+1111)))) ++++ 2222 (?)(?)(?)(?) ++++ 7777((((----2222)=)=)=)= 0000

2222(Cr)=(Cr)=(Cr)=(Cr)= ++++12121212 ;;;; Cr=Cr=Cr=Cr= ++++6666

EjEjEjEj.... 2222::::

Asignar el nmero de oxidacin al Cr en el cromato de potasio K2CrO42222 (K)(K)(K)(K) ++++ 1111 (Cr)(Cr)(Cr)(Cr) ++++ 4444(O(O(O(O)))) ====0000

2222(+(+(+(+1111)))) ++++ 1111 (?)(?)(?)(?) ++++ 4444((((----2222)=)=)=)= 0000

1111(Cr(Cr(Cr(Cr)=)=)=)= ++++6666 ;;;; Cr=Cr=Cr=Cr= ++++6666

EjEjEjEj.... 2222::::

Asignar el nmero de oxidacin al C en el cromato de potasio H2C2O42222 (H)(H)(H)(H) ++++ 2222 ((((C)C)C)C) ++++ 4444(O)(O)(O)(O) ====0000

2222(+(+(+(+1111)))) ++++ 1111 (?)(?)(?)(?) ++++ 4444((((----2222)=)=)=)= 0000

2222(C)=(C)=(C)=(C)= ++++6666 ;;;; C=C=C=C= ++++3333 18



Se origina:

unaunaunauna oxidacinoxidacinoxidacinoxidacin por prdida de uno o ms electrones de un tomo o ion

unaunaunauna reduccinreduccinreduccinreduccin cuando un tomo o un ion gana uno o ms electrones

oxidacin : Fe+2 Fe+3 + e

S-2 S + 2e

MnO4-2 MnO4

- + e

reduccin : Fe+3 + e Fe+2

S + 2e S-2

MnO4- + e MnO4

-2

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Los electrones no pueden ser cedidos por una sustancia a menos que otrasustancia presente sea capaz de aceptarlos.

Por lo tanto una reaccin redox es un cambio qumico en que se transfierenelectrones desde unos tomos iones a otros tomos o iones.

La sustancia que pierde electrones es elelelel agenteagenteagenteagente reductorreductorreductorreductor y sesesese oxidaoxidaoxidaoxida en lareaccin.

La sustancia que gana electrones es elelelel agenteagenteagenteagente oxidanteoxidanteoxidanteoxidante y sesesese reducereducereducereduce en lareaccin.

Ajuste de reacciones redox. - MtodoMtodoMtodoMtodo deldeldeldel ionionionion electrnelectrnelectrnelectrn

a. Es aplicable a todas las rx redox que implican iones en solucin

b. Es independiente de la distribucin de los enlaces de valencia entre lostomos de los reactantes y productos de la reaccin.

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c) Resalta que lo que reacciona son los iones, que tienen sus propiedadesfsicas y qumicas caractersticas.

d) Las semireacciones ion electrn, se apoyan en una slida baseexperimental, pues se verifica por electroqumica la transferencia deelectrones desde el gente reductor al oxidante.

e) La intervencin del ion hidrgeno o del ion hidroxilo se pone normalmenteen evidencia en la ecuacin inica final obtenida por el mtodo ion electrn.

f) La ecuacin inica final comprende exclusivamente las sustancias queintervienen en la reaccin

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EjEjEjEj....1111:::: ReduccinReduccinReduccinReduccin dededede hierrohierrohierrohierro (III)(III)(III)(III) porporporpor estaoestaoestaoestao (II)(II)(II)(II) enenenen disolucindisolucindisolucindisolucin....

1. Se escribe el esquema de la ecuacin parcial para oxidacin del reductor:

Sn+2 Sn+4 (incompleta)

tomos igualados, pero no las cargas

2. Se igualan las cargas

Sn+2 Sn+4 + 2e

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3. Se escribe la ecuacin parcial para la reduccin del oxidante:

Fe+3 Fe+2 (incompleta)

tomos igualados, pero no las cargas

4. Se igualan las cargas

Fe+3 + e Fe+2

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Se observa que cada ion de Sn +2 pierde 2 electrones, mientras que cada ionde Fe +3 toma slo 1, por lo tanto para consumir los electrones aportados porel ion Sn +2 se necesitan 2 iones de Fe +3

La ecuacin final se obtiene de la forma siguiente:

Sn+2 Sn+4 + 2e

Fe+3 + e Fe+2 /x 2

Sn+2 +2Fe+3 Sn+4 +2 Fe+2 Ecuacin inica

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Sn+2 +2Fe+3 Sn+4 +2 Fe+2 ecuacin inica

SnCl2 +2FeCl3 SnCl4 +2 FeCl2 ecuacin molecular

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EjEjEjEj....2222:::: OxidacinOxidacinOxidacinOxidacin deldeldeldel Fe(II)Fe(II)Fe(II)Fe(II) porporporpor permanganatopermanganatopermanganatopermanganato enenenen disolucindisolucindisolucindisolucin cidacidacidacida....

Se escribe el esquema de la ecuacin parcial de la oxidacin y se ajusta deigual forma del ejercicio anterior.

Fe+2 Fe+3 + e

Se escribe el esquema de la ecuacin parcial de la reduccin del oxidante (permanganato MnO4

-).

MnO4- Mn+2 (incompleta)

MnO4- + 8H+ + 5 e Mn+2 + 4H2O (ajustada)

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EjEjEjEj....2222:::: OxidacinOxidacinOxidacinOxidacin deldeldeldel Fe(II)Fe(II)Fe(II)Fe(II) porporporpor permanganatopermanganatopermanganatopermanganato enenenen disolucindisolucindisolucindisolucin cidacidacidacida....

De acuerdo a las 2 semireacciones queda claro que se requieren 5 Fe+2 paraproporcionar los electrones precisos para la reduccin de un ion MnO4

- .

Fe+2 Fe+3 + e /*5

MnO4- + 8H+ + 5 e Mn+2 + 4H2O

Sumando 5Fe+2 + MnO4- + 8H+ 5Fe+3 + Mn+2 + 4H2O (ec. inica)

5FeCl2 +KMnO4+ 8HCl 5FeCl3 + MnCl2 + KCl+4H2O (ec. molecular)

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Clase 1 -2 [Modo de Compatibilidad]

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