Fund a Mentos

ENLACE QUMICO Y ESTRUCTURA DE LA MATERIA

UNIVERSIDAD DE OVIEDO

FACULTAD DE QUMICAQUMICA INORGNICA(PRIMER CURSO DEL GRADO EN INGENIERA QUMICA)

CURSO 2010 2011FUNDAMENTOS

(CONJUNTO DE CONCEPTOS Y TRMINOS QUE EL ALUMNO DEBE CONOCER Y MANEJAR CORRECTAMENTE PARA PODER ASIMILAR LOS CONTENIDOS DE LOS TEMAS QUE CONFIGURAN EL CURSO)

Materia y Energa.Materia. Cualquier cosa que tenga masa y ocupe espacio. El oro, el agua, la carne son ejemplos de materia. La luz (radiacin electromagntica) o la justicia, no son materia.

Sustancia. Desde un punto de vista qumico, el trmino sustancia slo debe emplearse para referirse a elementos y compuestos. El oro y el agua son dos sustancias distintas. La carne es una mezcla de muchas sustancias diferentes.

Estados de la materia. Las sustancias, y la materia en general, se presentan en tres estados:

Slido. Un slido es una forma rgida de la materia. Su volumen es constante.

Lquido. Un lquido es una forma fluida de la materia que tiene una superficie bien definida y adopta la forma del recipiente que lo contiene. Su volumen es constante.

Gaseoso. Un gas es una forma fluida de la materia que ocupa todo el volumen del recipiente que lo contenga.

El trmino vapor designa a la forma gaseosa de una sustancia que, en las condiciones ambientales normales (25 C, 1 atmsfera), es un slido o un lquido.

A.1Propiedades.

La qumica se ocupa del estudio de las propiedades de la materia, de sus caractersticas distintivas.

Las propiedades fsicas de una sustancia son las caractersticas que se pueden observar o medir sin cambiar la identidad de la sustancia. Por ejemplo, una propiedad fsica de una muestra de agua es su masa, otra es su temperatura. Las propiedades fsicas incluyen caractersticas tales como puntos de fusin, dureza, color, estado de la materia o densidad.

Las propiedades qumicas se refieren a la capacidad de una sustancia para transformarse en otra. Por ejemplo, una propiedad qumica del hidrgeno es que reacciona con el oxgeno (se quema en su presencia) para producir agua.

Las propiedades tambin se clasifican de acuerdo con su dependencia respecto de la masa de la muestra.

Las propiedades intensivas son aquellas independientes de la masa de la muestra. Por ejemplo, la temperatura es una propiedad intensiva.

Las propiedades extensivas son aquellas que dependen de la masa de la muestra. Por ejemplo, el volumen de la muestra.

Algunas propiedades intensivas se obtienen como cociente de dos propiedades extensivas, como es el caso de la densidad: d = m / V.

A.2Energa.

Energa es una medida de la capacidad de un sistema para realizar un trabajo.

Energa cintica es la que posee un cuerpo en virtud de su movimiento:

EC = mv2.

Energa potencial es la que posee un cuerpo en virtud de su posicin en un campo de fuerza: En un campo gravitatorio EP = mgh.

Energa potencial electrosttica, es la que deriva de la interaccin entre cargas elctricas: EP = q1q2/4((0r.

Energa total de un cuerpo o partcula, es la suma de su energa cintica ms su energa potencial.

Una caracterstica muy importante de la energa total de un cuerpo es que, siempre que no existan influencias externas, es constante, es decir, la energa total de un cuerpo se conserva.

Habilidades que debera dominar.

Identificar las propiedades como qumicas o fsicas, intensivas o extensivas.

Distinguir las diferentes formas de energas descritas.

B.Elementos y tomos.

Un tomo es la partcula ms pequea que puede existir de un elemento.

Un elemento es una sustancia que est compuesta por un nico tipo de tomos.

Un tomo est constituido por partculas subatmicas, que son: el electrn, el protn y el neutrn. La diferencia entre dos tomos, o entre dos elementos, estriba en el nmero de cada tipo de partcula subatmica presente en el tomo.

Los protones y los neutrones forman un cuerpo central diminuto y denso denominado ncleo del tomo. Los electrones se distribuyen en el espacio alrededor del ncleo (corteza). En un tomo neutro, el nmero de protones en el ncleo es igual al nmero de electrones en la corteza. El nmero de protones en un ncleo atmico se denomina nmero atmico (Z). El nmero total de protones y de neutrones en un ncleo se denomina nmero msico (A).

Los tomos con el mismo nmero atmico (luego correspondientes al mismo elemento) pero diferentes nmeros msicos se denominan istopos del elemento.


Describir la estructura de un tomo.

Hallar el nmero de tomos en una masa dada de un elemento.

Hallar el nmero de neutrones, protones y electrones en un tomo o in.

C.Compuestos.

Un compuesto es una sustancia elctricamente neutra formada por dos o ms elementos diferentes con sus tomos presentes en una proporcin definida. Estos tomos estn enlazados entre s de una manera especfica. El resultado es una sustancia (compuesto) con propiedades qumicas y fsicas diferentes de las que tienen los elementos que lo forman.

Una molcula es un grupo separado de tomos unidos en un ordenamiento especfico.

Un in es un tomo o una molcula con carga, positiva (catin) o negativa (anin).

C1.Molculas y compuestos moleculares.

La frmula qumica de un compuesto representa su composicin en trminos de smbolos qumicos. Los subndices muestran los nmeros de tomos de cada elemento presentes en la unidad ms pequea representativa del compuesto.

En el caso de compuestos moleculares, es frecuente dar la frmula molecular, una frmula qumica que muestra cuntos tomos de cada tipo de elemento estn presentes en una molcula del compuesto. Por ejemplo, en el agua, H2O, cada molcula contiene dos tomos de hidrgeno y uno de oxgeno.

Algunos elementos existen en forma molecular:

Salvo el caso de los gases nobles, que son monoatmicos, todos los elementos que son gases en las condiciones ordinarias de laboratorio se encuentran como molculas biatmicas (F2, Cl2, O2, N2, H2).

El Br2 en condiciones ordinarias es un lquido formado por molculas diatmicas, Br2. El Yodo, en esas mismas condiciones, es un slido formado por molculas I2. El azufre slido est formado por molculas S8, y el fsforo slido como molculas P4.

La frmula estructural de un compuesto indica el modo en que los tomos estn enlazados. Por ejemplo, la frmula qumica del metanol es CH4O, y su frmula estructural es:

Cada lnea representa un enlace entre dos tomos y cada letra un tomo.

Uno de los aspectos ms importantes de un compuesto molecular es su forma, que se ver en captulos del temario.

C2.Iones y compuestos inicos.

Cuando un tomo neutro pierde un electrn se forma un catin, mientras que si lo gana forma un anin. Los elementos metlicos tpicamente forman cationes y los elementos no metlicos forman, normalmente, aniones. La carga de un in monoatmico est relacionada con el grupo al cual pertenece el elemento en la tabla peridica.

Los iones pueden ser:

Monoatmicos. Na+, Cl-.

Diatmicos. CN-, ClO-.

Poliatmicos. NH4+, SO42-.

Por lo general, no hablamos de una molcula en un compuesto inico. Sin embargo, es til poder referirnos a un grupo representativo de iones con el nmero de tomos dados por frmula. Este grupo de iones se denomina frmula unitaria, o frmula unidad.


Distinguir entre molculas, iones y tomos.

Predecir el anin o el catin que, probablemente, se forme de un elemento de un grupo representativo de la tabla peridica.

D. Nomenclatura de los compuestos.

COMPUESTOS BINARIOS.

Son los compuestos formados por dos elementos diferentes, con independencia del nmero de tomos de cada elemento. N2O, N2O4, NaCl, CaBr2. Frmulas.

Debe colocarse en primer lugar el smbolo del elemento ms electropositivo. KCl.

En los compuestos binarios de dos no metales, se escribe en primer lugar el smbolo del elemento que aparezca en primer lugar en la siguiente ordenacin:

B, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, O, F.

Ejemplos:

NF3, H2S, Cl2O, OF2 Nombres.

Los nombres de los compuestos se forman indicando los constituyentes y las proporciones de acuerdo con las siguientes normas:

1. Se nombra en primer lugar el constituyente ms electronegativo, modificando su nombre para que termine en uro:

H-hidruro

Se2-seleniuro

F-fluoruro

Te2-telururo

Cl-cloruro

N3-nitruro (excepcin)Br-bromuro

P3-fosfuro (excepcin)I-ioduro

As3-arseniuro (excepcin)I3-triioduro

Sb3-antimoniuro

O2-xido (excepcin)

C4-carburo (excepcin)O22-perxido (excepcin)

C22-acetiluro (excepcin)O2-superxido (excepcin)

Si4-siliciuro

O3-oznido (excepcin)

B3-boruro

S2-sulfuro (excepcin)

N3-azida

S22-disulfuro (excepcin)2. En segundo lugar se nombra el constituyente menos electronegativo, sin cambios en su nombre.

Proporciones de los constituyentes.Se indican siguiendo dos mtodos:a) Anteponiendo el numeral griego correspondiente al nombre del elemento al que se refiera:

mono

hexa

di

repta

tri

octa

tetra

ennea

penta

deca

En general, el prefijo mono se omite, excepto cuando pueda dar lugar a confusin.

Ejemplos:

COmonxido de carbono (existe tambin el dixido)

NOmonxido de nitrgeno

N2Omonxido de dinitrgeno

N2O4tetraxido de dinitrgeno

S2Cl2dicloruro de diazufre

En general, este sistema se utiliza para nombrar compuestos binarios de elementos no metlicos.

b) Expresando el estado de oxidacin del elemento menos electronegativo, en nmeros romanos y entre parntesis.

Ejemplos:

FeCl2cloruro de hierro(II)

FeCl3cloruro de hierro(III)

V2O5xido de vanadio(V)

NiSsulfuro de nquel(II)

Este sistema se utiliza ara nombrar compuestos binarios de un metal y un no metal.

No es necesario indicar las proporciones cuando en el compuesto binario existe un elemento que presenta un nico estado de oxidacin.

Ejemplo:

Li2Oxido de litio

CaC2acetiluro de calcio.

Compuestos binarios del hidrgeno.

Se formulan y se nombran segn las normas indicadas para los compuestos binarios. No obstante, existe un grupo de compuestos binarios del hidrgeno para los que se admiten nombres no sistemticos, o vulgares. Los ms importantes son:

H2Oagua

SbH3estibina

NH3amoniacoCH4metano

N2H4hidracinaSiH4silano

PH3fosfina

BH3borano

AsH3arsina

B2H6diborano

Compuestos pseudobinarios.

Son compuestos formados por ms de dos elementos que, a efectos de nomenclatura, pueden considerarse binarios. Pueden ser aniones, cationes o especies neutras.

1.- Aniones poliatmicos.

OH-hidrxido

HS-hidrgenosulfuro

SCN-tiocianato

CN-cianuro

2.- Cationes poliatmicos.

H3O+oxonio

NH4+amonio

Ejemplos:

(NH4)(SCN)tiocianato de amonio

Ca(OH)2hidrxido de sodio

KCNcianuro de potasio

3.- Especies neutras.

Son, generalmente, agrupaciones de tomos de naturaleza covalente, aunque a efectos de formulacin pueden ser consideradas como iones.

COcarbonilo

NOnitrosilo

NO2nitrilo

Estas especies se consideran la parte positiva de un compuesto pseudobinario.

Ejemplos:

COCl2

dicloruro de carbonilo

(NO2)(SCN)tiocianato de nitrilo

CIDOS Y SUS DERIVADOS.

1.- cidos binarios y pseudobinarios.Se escriben y nombran como compuestos binarios y pseudobinarios de hidrgeno.

Ejemplos:

HClcloruro de hidrgeno

H2Ssulfuro de hidrgeno

HCNcianuro de hidrgeno

HN3azida de hidrgeno

2.- Oxocidos.Son compuestos ternarios que contienen oxgeno, hidrgeno y otro elemento, con la condicin de que exista, al menos, un grupo OH.

En la siguiente tabla se recogen los oxocidos ms representativos y las especies aninicas de ellos derivadas. En la columna de la izquierda se dan la frmula emprica y la que indica el nmero de hidrgenos ionizables (unidos directamente al oxgeno).

FrmulaNombre comn aceptado

H3BO3 = [B(OH)3]cido brico

H2BO3- = [BO(OH)2]-dihidrgenoborato

HBO32- = [BO2(OH)]2-hidrgenoborato

[BO3]3-borato

(HBO2)n = -(B(OH)O)-ncido metabrico

(BO2-)n = -(OBO)-nn-metaborato

H2CO3 = [CO(OH)2]cido carbnico

HCO3- = [CO2(OH)]-hidrgenocarbonato

[CO3]2-carbonato

HOCN = [C(N)OH]cido cinico

HNCO = [C(NH)O]cido isocinico

OCN- = [C(N)O]-cianato

H4SiO4 = [Si(OH)4)]cido silcico

[SiO4]4-silicato

(H2SiO3)n = -(Si(OH)2O)-ncido metasilcico

-(SiO3)-n2n-metasilicato

HNO3 = [NO2(OH)]cido ntrico

[NO3]-nitrato

HNO2 = [NO(OH)]cido nitroso

[NO2]-nitrito

H3PO4 = [PO(OH)3]cido fosfrico

H2PO4- = [PO2(OH)2]-dihidrgenofosfato

HPO42- = [PO3(OH)]2-hidrgenofosfato

PO43- fosfato

H2PHO3 = [PHO(OH)2]cido fosfnico


[PHO2(OH)]-hidrgenofosfonato

[PHO3]2-fosfonato

H3PO3 = [P(OH)3]cido fosforoso

H2PO3- = [PO(OH)2]-dihidrgenofosfito

HPO32- = [PO2(OH)]2-hidrgenofosfito

[PO3]3-fosfito

H2PHO2 = [PH(OH)2]cido fosfonoso

HPH2O2 = [PH2O(OH)]cido fosfnico

H4P2O7 = [(HO)2P(O)OP(O)(OH)2]cido difosfrico

(HPO3)n = -(P(O)(OH)O)-ncido metafosfrico

H4P2O6 = [(HO)2P(O)P(O)(OH)2]cido hipodifosfrico

H2P2H2O5 = [(HO)P(H)(O)OP(H)(O)(OH)]cido difosfnico

P2H2O52- = [O2P(H)OP(H)(O)2]2-difosfonato

H3AsO4 = [AsO(OH)3]cido arsnico

H3AsO3 = [As(OH)3]cido arsnioso

H3SbO4 = [SbO(OH)3]cido antimnico

H3SbO3 = [Sb(OH)3]cido antimonioso

H2SO4 = [SO2(OH)2]cido sulfrico

HSO4- = [SO3(OH)]-hidrgenosulfato

[SO4]2-sulfato

HSHO3 = [SHO2(OH)]cido sulfnico

H2SO3 = [SO(OH)2]cido sulfuroso

HSO3-= [SO2(OH)]-hidrgenosulfito

[SO3]2-sulfito

HSHO2 = [SHO(OH)]cido sulfnico

H2S2O7 = [(HO)S(O)2OS(O)2(OH)cido disulfrico

[S2O7]2- = [(O)3SOS(O)3]2-disulfato

H2S2O6 = [(HO)(O)2SS(O)2(OH)]cido ditinico

[S2O6]2- = [O3SSO3]2-ditionato

H2S2O5 = [(HO)(O)2SS(O)(OH)]cido disulfuroso

[S2O5]2- = [O(O)2SS(O)O]2-disulfito


H2S2O4 = [(HO)(O)SS(O)(OH)]cido ditionoso

[S2O4]2-= [O2SSO2]2-ditionito

H2SeO4 = [SeO2(OH)2]cido selnico

[SeO4]2-selenato

H2SeO3 = [SeO(OH)2]cido selenioso

[SeO3]2-selenito

H6TeO6 = [Te(OH)6]cido ortotelrico

[TeO6]6-ortotelurato

H2TeO4 = [TeO2(OH)2]cido telrico

[TeO4]2-telurato

HClO4 = [ClO3(OH)]cido perclrico

[ClO4]-perclorato

HClO3 = [ClO2(OH)]cido clrico

[ClO3]-clorato

HClO2 = [ClO(OH)]cido cloroso

[ClO2]-clorito

HClOcido hipocloroso

[ClO]-hipoclorito

HBrO4 = [BrO3(OH)]cido perbrmico

[BrO4]-perbromato

HBrO3 = [BrO2(OH)]cido brmico

[BrO3]-bromato

HBrO2 = [BrO(OH)]cido bromoso

[BrO2]-bromito

HBrOcido hipobromoso

[BrO]-hipobromito

H5IO6 = [IO(OH)5]cido ortoperidico

[IO6]5-ortoperiodato

HIO4 = [IO3(OH)]cido peridico

[IO4]-periodato

HIO3 = [IO2(OH)]cido idico


[IO3]-iodato

HIO2 = [IO(OH)]cido iodoso

[IO2]-iodito

HIOcido hipoiodoso

[IO]-hipoiodito

Derivados de los oxocidos.FrmulaNombre comn aceptado

HNO4 = [NO2(OOH)]cido peroxontrico

NO4- = [NO2(OO)]-peroxonitrato

H3PO5 = [PO(OH)2(OOH)]cido peroxofosfrico

[PO5]3- = [PO3(OO)]3-peroxofosfato

H4P2O8 = [(HO)2P(O)OOP(O)(OH)2]cido peroxodifosfrico

[P2O8]4- = [O3POOPO3]4-peroxodifosfato

H2SO5 = [SO2(OH)(OOH)]cido peroxosulfrico

[SO5]2- = [SO3(OO)]2-peroxosulfato

H2S2O8 = [(HO)S(O)2OOS(O)2(OH)]cido peroxodisulfrico

[S2O8]2- = [O3SOOSO3]2-peroxodisulfato

H2S2O3 = [SO(OH)2S]cido tiosulfrico

S2O32-tiosulfato

H2S2O2 = [S(OH)2S]cido tiosulfuroso

[S2O2]2-tiosulfito

SALES.

Las reglas son similares a las expuestas para los compuestos binarios y pseudobinarios. As, se escribe primero el catin y luego el anin, y se nombra primero el anin y despus el catin seguido del estado de oxidacin en nmeros romanos y entre parntesis (si es necesario).

Ejemplos:

Ca(NO2)2nitrito de calcio

NaHCO3hidrgenocarbonato de sodio

LiH2PO4dihidrgenofosfato de litio

AgClO4perclorato de plata(I)

(NH4)(SCN)tiocianato de amonio

Existe un grupo de sales que contienen dos o ms especies catinicas, que se denominan sales mltiples. En sus frmulas los cationes precedern a los aniones e irn en orden alfabtico de smbolos. En los nombres se aplicarn las siguientes reglas:

Primero se nombra el anin seguido del adjetivo doble, triple para indicar el nmero de cationes distintos; a continuacin se nombran los cationes.

Los cationes diferentes del hidrgeno se citan en orden alfabtico (que puede ser diferente en nombres y en frmulas).

Ejemplos:

KMgF3fluoruro doble de magnesio y potasio

NaTl(NO3)2nitrato doble de sodio y talio(I)

K(NH4)(HPO4)hidrgenofosfato doble de amonio y potasio

KNaCO3carbonato doble de potasio y sodio.

Por ltimo, consideraremos las sales hidratadas, aquellas que presentan agua de cristalizacin en su estructura. La forma comn de nombrarlos consiste en aadir al nombre de la frmula del compuesto la palabra hidratado precedida del prefijo numeral que indique el nmero de molculas de agua.

Ejemplos:

Na2CO310H2Ocarbonato de sodio decahidratado

TiO22H2O

dixido de titanio dihidratado

E. MOLES Y MASAS MOLARES.

Desde el punto de vista de la qumica cualitativa es necesario conocer las caractersticas de los tomos que intervienen en el proceso considerado. Por otro lado, el conocer el nmero de tomos de cada clase que intervienen en el proceso es fundamental para la qumica cuantitativa.

En qumica, el nmero de tomos, iones o molculas que intervienen en un proceso determinado viene expresado en trminos de una unidad denominada mol.

Un mol de una sustancia contiene el mismo nmero de tomos, iones o molculas, que tomos estn contenidos exactamente en 12 gramos del istopo 12 del carbono.

Este nmero es 6,0221 x 1023 y se conoce con el nombre de nmero de Avogadro (NA). Por tanto, un mol de objetos (tomos, molculas e iones) contiene el nmero de Avogadro (6,0221 x 1023) de objetos.

Puesto que no podemos contar los tomos de una muestra de sustancia, cmo podemos determinar la cantidad de sustancia presente? Podemos hacerlo si conocemos la masa de la muestra y la masa molar, M, que es la masa por mol de partculas:

La masa molar de un elemento es la masa de un mol de sus tomos.

La masa molar de un compuesto molecular es la masa de un mol de sus molculas.

La masa molar de un compuesto inico es la masa de un mol de su frmula unidad.

En cada caso la masa molar se expresa en gramos / mol (g.mol-1).

La masa de una muestra resulta ser:

m = n x M

m = masa de la muestra; n = nmero de moles; M = masa molar.

De aqu se deduce que:

n = m/M

Las masas molares de elementos se determinan mediante espectrometra de masas, que nos da las masas de cada uno de los istopos que forman parte de la muestra y sus cantidades relativas.

Ejemplo:

En la naturaleza, existen dos istopos del cloro: cloro 35 (35Cl) y cloro 37 (37Cl). La masa de un tomo de 35Cl es 5,807 x 10-23 g y la de un tomo de 37Cl es 6,139 x 10-23g. En una muestra natural tpica de cloro, el 75,77% es 35Cl y el 24,23% es 37Cl. Cul es la masa molar de una muestra de cloro tpica?

mcloro, promedio = 0,7577 x (5,807 x 10-23 g) + 0,2423 x (6,139 x 10-23g) = 5,887 x 10-23 g

MCl = mcloro, promedio x NA = 35,45 g . mol-1Habilidades que debera dominar.

Utilizar el nmero de Avogadro para hacer conversiones entre cantidad en moles y el nmero de tomos, molculas o iones en una muestra.

Calcular la masa molar de un elemento, dada su composicin isotpica.

Calcular la masa molar de un compuesto, dada su frmula qumica.

Convertir masa a cantidad en moles, y viceversa, mediante el uso de la masa molar.

F. DETERMINACIN DE LAS FRMULAS QUMICAS.Composicin porcentual en masa.Para determinar la frmula emprica de un compuesto es preciso conocer la masa de cada elemento presente en la muestra, lo que se expresa, generalmente, como la composicin porcentual en masa:

Ejemplo:

Cul es el porcentaje en masa del hidrgeno en el agua?

Teniendo en cuenta la frmula H2O, hay dos moles de tomos de hidrgeno en un mol de molculas de agua:

Para establecer la frmula emprica de un compuesto a partir de la composicin porcentual, hay que seguir una serie de pasos:

1. Suponer que tenemos exactamente una muestra con una masa de 100 g. As, la composicin porcentual nos indica la masa en gramos de cada elemento en el compuesto.

2. Utilizar la masa molar para convertir la masa de cada elemento en el nmero de moles correspondiente.

3. Determinar los nmeros relativos de los moles de cada tipo de tomos.

Ejemplo:

La composicin porcentual de una muestra de vitamina C es 40,9% de carbono, 4,58% de hidrgeno y 54,5% de oxgeno Cul es la frmula emprica de la vitamina C?

1. Suponiendo 100 g de muestra, habr 40,9 g de carbono, 4,58 g de hidrgeno y 54,5 g de oxgeno.

2. Estas cantidades supone

3. Para obtener la frmula emprica de la vitamina C, debemos expresar las relaciones de los nmeros de moles segn nmeros enteros sencillos. Para ello dividimos cada nmero de moles por el valor ms pequeo (3,41). Nos queda una relacin C:H:O de 1,00:1,33:1,00. Por ltimo, hay que considerar que n las molculas hay nmeros enteros de tomos, por lo que hay que multiplicar los tres nmeros por un factor que los transforme en nmeros enteros. En este caso por 3. La relacin molar C:H:O es 3:4:3 y, en consecuencia, la frmula emprica de la vitamina C es C3H4O3.

Para hallar la frmula molecular del compuesto es preciso conocer su masa molar. Luego se calculan las frmulas unitarias que son necesarias para obtener la masa molar del compuesto.

Ejemplo

La masa molar de la vitamina C, obtenida experimentalmente, es 176,12 g mol-1. De acuerdo con la frmula emprica su masa sera

Masa molecular de C3H4O3 = (3 x 12,01) + (4 x 1,008) + (3 x 16,00) = 88,06 g mol-1Por tanto, para obtener la masa molar de la vitamina C necesitamos 2 frmulas unitarias. En consecuencia, la frmula molecular de la vitamina C es C6H8O6.


Calcular la masa porcentual de un elemento en un compuesto a partir de su frmula.

Calcular la frmula emprica de un compuesto a partir de su composicin porcentual en masa.

Determinar la frmula molecular de un compuesto a partir de su frmula emprica y de su masa molar.G. MEZCLAS Y DISOLUCIONES.

La mayora de los materiales son mezclas de sustancias puras.

Diferencias entre mezclas y compuestos

MezclaCompuesto

Los componentes se pueden separar usando tcnicas fsicasLos componentes no se pueden separar usando tcnicas fsicas

La composicin es variableLa composicin es fija

Las propiedades estn relacionadas con las de sus componentesLas propiedades son distintas de las de sus componentes

Los diferentes componentes de algunas mezclas se pueden identificar con un microscopio ptico o a simple vista, en cuyo caso se denomina mezcla heterognea y su composicin no es la misma en diferentes porciones de la muestra. Cuando la composicin es la misma cualquiera que sea la fraccin de muestra considerada, hablamos de mezcla homognea.

Las mezclas homogneas se denominan tambin disoluciones. En una disolucin distinguimos entre disolvente, que es el componente que se encuentra en mayor proporcin o que no cambia de estado fsico en el proceso de disolucin, y el soluto, que se encuentra en menor proporcin o cambia su estado fsico en el proceso de disolucin. Normalmente, el disolvente determina el estado fsico de la disolucin.

Las disoluciones se suelen caracterizar por su concentracin, entendida como la cantidad de soluto que hay en una determinada cantidad de disolucin, o de disolvente. La forma ms extendida de expresar la concentracin de una disolucin es mediante la molaridad o concentracin molar (c), que es el nmero de moles de soluto en un litro de disolucin:

c = n (moles) / V (litros)

Una tcnica muy extendida en qumica es preparar una disolucin diluida a partir de una de concentracin superior. El proceso supone dos etapas:

1. Calcular la cantidad de soluto, n, en el volumen, Vfinal, de la disolucin diluida:

n = cfinal Vfinal2. Calcular el volumen, Vinicial, de la disolucin madre de molaridad cinicial que contiene ese soluto:

Vinicial = n / cinicialPuesto que ninicial = nfinal, queda

cinicial Vinicial = cfinal VfinalHabilidades que debera dominar.1. Distinguir entre mezclas y compuestos y entre mezclas homogneas y heterogneas.

2. Calcular la molaridad de un soluto en una disolucin, el volumen de la disolucin y la masa del soluto, dadas dos de las tres cantidades.

3. Determinar el volumen de una disolucin madre necesario para preparar una disolucin diluida de una molaridad determinada.

H. ECUACIONES QUMICAS.

Una reaccin qumica es la conversin de una o ms sustancias, denominadas reactantes, en otras diferentes, denominadas productos.

Una reaccin qumica se simboliza mediante una flecha, simple o doble:

Reactantes (( Productos

ReactantesProductos

Una reaccin qumica se representa mediante una ecuacin qumica ajustada, que indica la proporcin de cada uno de los reactantes y productos que interviene en el proceso. Los nmeros que indican esta proporcin se denominan coeficientes estequiomtricos.

2 Na + 2 H2O (( 2 NaOH + H2En una ecuacin qumica se suele indicar el estado fsico de los reactantes y productos mediante un subndice o smbolo de estado.

2 Na(s) + 2 H2O(l) (( 2 NaOH(ac) + H2(g)Habilidades que debera dominar.

1. Manejar los coeficientes estequiomtricos en los clculos a partir de ecuaciones qumicas.

2. Escribir y ajustar una ecuacin qumica a partir de una descripcin textual de la misma.

I. DISOLUCIONES ACUOSAS Y PRECIPITACIN.

Una sustancia se considera soluble en un disolvente determinado, cuando se disuelve una cantidad significativa de la misma en una cantidad determinada del disolvente. Una sustancia se considera insoluble es aquella que no se disuelve de forma significativa en un disolvente determinado, en concreto, si no se disuelve ms de 0,1 mol L-1.

El soluto al disolverse puede generar iones o molculas. La forma de identificar la naturaleza de estas especies es medir la conductividad elctrica de la disolucin. Si conduce la corriente, se han generado iones. La sustancia que se disuelve generando iones y dando lugar a una disolucin que conduce la corriente elctrica se denomina electrolito. Los compuestos inicos solubles son electrolitos. Si al disolverse la prctica totalidad del electrolito se disocia en iones, se denomina electrolito fuerte (ejemplo el HCl), mientras que si slo una pequea parte del electrolito se disocia, quedando la mayor parte del soluto sin disociar, se denomina electrolito dbil (ejemplo el cido actico CH3COOH).

Reacciones de precipitacin.

Una reaccin de precipitacin se produce cuando se mezclan disoluciones de dos electrolitos fuertes y reaccionan para formar un slido insoluble. La forma de representar el proceso es mediante una ecuacin inica completa:

Ag+(ac) + NO3-(ac) + Na+(ac) + Cl-(ac) (( AgCl(s) + Na+(ac) + NO3-(ac)

Si se eliminan las especies espectadoras, obtenemos la ecuacin inica neta:

Ag+(ac) + Cl-(ac) (( AgCl(s)

Reglas de solubilidad en los compuestos inorgnicos.

Compuestos solublesCompuestos insolubles

Compuestos de los elementos del grupo 1Carbonatos (CO32-), cromatos (CrO42-), oxalatos (C2O42-) y fosfatos (PO43-) excepto los de los elementos del grupo 1 y NH4+

Compuestos de amonio (NH4+)Sulfuros (S2-), excepto los de los elementos del grupo 1 y 2 y NH4+

Cloruros (Cl-), bromuros (Br-) y yoduros (I-), excepto los de Ag+, Hg22+ y Pb2+Hidrxidos (OH-) y xidos (O2-), excepto los de los elementos del grupo 1 y 2

Nitratos (NO3-), acetatos (CH3COO-), cloratos (ClO3-) y percloratos (ClO4-)

Sulfatos (SO42-), excepto los de Ca2+, Sr2+, Ba2+, Pb2+, Hg22+, Ag+


1. Identificar las sustancias como electrolitos o no electrolitos en base a las frmulas de los solutos.

2. Formular las ecuaciones inicas completas y las netas ajustadas para las reacciones que involucran iones.

3. Usar las reglas de solubilidad para seleccionar las soluciones que, una vez mezcladas, den lugar al precipitado deseado.

4. Identificar cualquier precipitado que pueda formarse al mezclar dos disoluciones dadas.

J. CIDOS Y BASES.

Para establecer el concepto de cido y base vamos a considerar la teora de Brnsted-Lowry que define un cido como una sustancia capaz de ceder protones, mientras que una base es una sustancia capaz de aceptar protones.

La fortaleza de un cido y de una base viene determinada por el valor de la constante de disociacin del cido o la base, que se define por las expresiones:

Cuanto mayor es el valor de las constantes Ka y Kb ms fuerte ser el cido o la base correspondiente.

cidos y bases fuertes en agua

cidos fuertesBases fuertes

cido bromhdrico, HBr(ac)Hidrxidos del grupo 1

cido clorhdrico, HCl(ac)Hidrxidos del grupo 2

cido yodhdrico, HI(ac)xidos de los grupos 1 y 2

cido ntrico, HNO3(ac)

cido clrico, HClO3(ac)

cido perclrico, HClO4(ac)

cido sulfrico, H2SO4(ac) (a HSO4-)

Neutralizacin.La reaccin entre un cido y una base se denomina neutralizacin y el compuesto de naturaleza inica que se forma se llama sal.

La forma general de una reaccin de neutralizacin de una base fuerte y un cido fuerte es:

cido + base (( sal + agua (en general)

Ejemplos:

HCl(ac) + NaOH(ac) (( NaCl(ac) + H2O(l)

HCl(ac) + NH3(ac) (( NH4Cl(ac)Es preciso recordar que las sales son electrolitos fuertes y, en disolucin acuosa, se encuentran totalmente disociadas. Lo correcto sera escribir:

H+(ac) (H3O+(ac)) + Cl-(ac) + Na+(ac) + OH-(ac) (( Cl-(ac) + Na+(ac) + H2O(ac)

H+(ac) (H3O+(ac)) + Cl-(ac) + NH3(ac) (( NH4+(ac) + Cl-(ac)Cuando se escribe la ecuacin inica neta para la neutralizacin de un cido dbil o una base dbil, se utiliza la frmula molecular del cido o de la base dbil, porque las especies moleculares son las dominantes en la disolucin.


1. Describir las propiedades qumicas de cidos y bases.

2. Clasificar las sustancias como cidos y como bases.

3. Identificar los cidos y las bases fuertes comunes.

4. Predecir el resultado de las reacciones de neutralizacin y escribir sus ecuaciones qumicas.

K. REACCIONES REDOX.

Son aquellas en las que tiene lugar una transferencia neta de electrones entre los reactantes. Una de las especies pierde electrones y experimenta una reaccin de oxidacin. Simultneamente es necesario que otra especie acepte esos electrones y se dice que experimenta una reaccin de reduccin. Por tanto, siempre que una especie se oxida (experimenta una reaccin de oxidacin), otra especie debe reducirse (experimenta una reaccin de reduccin).

Una reaccin redox es una combinacin de oxidacin y reduccin.

Para conocer si existe una transferencia de electrones y en que sentido se produce a lo largo de una reaccin qumica, los qumicos han desarrollado un modelo basado en los denominados nmeros de oxidacin. Se trata de un nmero asignado, segn unas reglas, a cada uno de los elementos que forman un determinado compuesto, de tal manera que:

Oxidacin corresponde a un aumento en el nmero de oxidacin.

Reduccin corresponde a una disminucin en el nmero de oxidacin.

Hay que tener muy claro que los nmeros de oxidacin son la consecuencia de un modelo desarrollado por los qumicos para seguir el curso de la transferencia de electrones.

Procedimiento para asignar nmeros de oxidacin de los elementos en los compuestos.

En principio consideraremos dos reglas sencillas:

1. El nmero de oxidacin de un elemento no combinado con otros elementos es cero (0).

2. La suma de los nmeros de oxidacin de todos los tomos en una especie es igual a su carga total.

3. Los nmeros de oxidacin de los elementos en los compuestos se asignan usando estas dos reglas junto con los siguientes valores especficos:

El nmero de oxidacin del hidrgeno es +1 en combinaciones con no metales y -1 en combinaciones con metales.

El nmero de oxidacin de los elementos de los grupos 1 y 2 es igual a su nmero de grupo.

El nmero de oxidacin del fluoruro es -1 en todos sus compuestos.

El nmero de oxidacin del oxgeno es -2 en la mayora de sus compuestos, con la excepcin de sus combinaciones con el flor, as como cuando se encuentra formando perxidos (O22-), superxidos (O2-) y oznidos (O3-).

Agentes oxidantes y reductores.

En una reaccin redox, el agente oxidante es la especie que experimenta la reaccin de reduccin, es decir, el que se reduce.

En una reaccin redox, el agente reductor es la especie que experimenta la reaccin de oxidacin, es decir, el que se oxida.


1. Determinar el nmero de oxidacin de un elemento en un compuesto.

2. Identificar los agentes oxidantes y reductores en una reaccin.

L. ESTEQUIOMETRA.

A esta parte de la Qumica le corresponde la interpretacin cuantitativa de las reacciones qumicas.

La estequiometra tiene importantes aplicaciones prcticas, como es predecir la cantidad de producto que puede formarse en una reaccin.

Por ejemplo, en la pila de combustible del transbordador espacial, el oxgeno reacciona con hidrgeno para producir agua, que es utilizada como soporte vital:

2 H2(g) + O2(g) (( 2 H2O(l)Esta ecuacin nos indica que 1 mol de oxgeno reacciona con dos moles de hidrgeno para producir dos moles de agua. Qu cantidad de agua se producir a partir de 0,25 moles de oxgeno?

La proporcin estequiomtrica es:

2 moles de H2O / 1 mol de O2(g)Cantidad producida de agua = (0,25 moles de O2(g)) x (2 moles de agua / 1 mol de O2(g)) = 0,50 moles de agua.

M. REACTIVOS LIMITANTES.

Las relaciones estequiomtricas suponen condiciones ideales, tales como que todos los reactivos reaccionan exactamente como se describe en la reaccin qumica y que esa reaccin es la nica que tiene lugar en las condiciones establecidas. Pero eso no siempre es as. Las reacciones qumicas tienen un rendimiento.

Rendimiento de la reaccin.

El rendimiento terico de una reaccin es la mxima cantidad (masa o volumen) de producto que puede obtenerse a partir de una determinada cantidad de reactivo, y se obtiene de la aplicacin de las relaciones estequiomtricas indicadas en la ecuacin qumica.

El rendimiento porcentual es la fraccin del rendimiento terico realmente producida:

Rendimiento porcentual (%) = (Rendimiento real / rendimiento terico) x 100

Lmites de la reaccin.

El reactivo limitante en una reaccin es el que determina el mximo rendimiento de un producto. Es necesario identificar el reactivo limitante en una reaccin antes de acometer el clculo del rendimiento terico.

Procedimiento para determinar el reactivo limitante en una reaccin qumica.

1. Calcular la cantidad de cada reactivo en moles a partir de sus masas respectivas.

2. Elegir uno de los reactivos y, con ayuda de la relacin estequiomtrica, calcular la cantidad terica (en masa) del segundo reactivo necesaria para completar la reaccin con el primero.

3. Si la cantidad real disponible del segundo reactivo es mayor que la cantidad necesaria (calculada en el punto 2), entonces el reactivo 2 est en exceso y el reactivo limitante es el primero. Si la cantidad real de 2 es inferior a la cantidad necesaria, el reactivo limitante es el 2.


1. Calcular los rendimientos terico y porcentual de los productos de una reaccin, dada la masa inicial de cada reactante.

2. Identificar el reactivo limitante de una reaccin.

Referencia bibliogrfica:

Meter Atkins y Loretta Jones Principios de Qumica. Los caminos del descubrimiento Ed. Mdica Panamericana, 3 edicin 2006.PAGE 21

_1216743378.cdx

_1216821326.cdx

_1216855425.cdx

_1216744732.cdx

_1216741405.cdx

Fund a Mentos

Documents

Transcript of Fund a Mentos