CUARTA UNIDAD

QUIMICA

4.1.-CONCEPTO DE MOL, SOLUCIONES Y REACCIONES

• MOL: Es la unidad con que se mide la cantidad de sustancia, una de las siete magnitudes físicas fundamentales del Sistema Internacional de Unidades. Se define como un mol a la cantidad de esa sustancia que contiene tantas entidades elementales del tipo considerado, como átomos hay en 12 gramos de carbono-12. Esta definición no aclara a qué se refiere con cantidad de sustancia y su interpretación es motivo de debates, aunque normalmente se da por hecho que se refiere al número de entidades.

• SOLUCIONES: es una mezcla homogénea de dos o más sustancias. La sustancia disuelta se denomina soluto y está presente generalmente en pequeña cantidad en comparación con la sustancia donde se disuelve denominada disolvente o solvente.

• REACCION QUIMICA: es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

• A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

4.2.- CONCEPTOS DE ESTEQUIOMETRIA• La estequiometria: es la ciencia que mide las proporciones cuantitativas o relaciones de masa en

la que los elementos químicos que están implicados.• En química, la estequiometria es el cálculo de las relaciones cuantitativas entre reactantes

y productos en el transcurso de una reacción química.• Principio: • A escala microscópica, la reacción química es una modificación de los enlaces entre átomos, por

desplazamientos de electrones: unos enlaces se rompen y otros se forman, pero los átomos implicados se conservan. Esto es lo que llamamos la ley de conservación de la masa, que implica las dos leyes siguientes:

• la conservación del número de átomos de cada elemento químico.• la conservación de la carga total.• Las relaciones estequiometrias entre las cantidades de reactivos consumidos y productos

formados dependen directamente de estas leyes de conservación, y están determinadas por la ecuación (ajustada) de la reacción.

4.3.-LEYES ESTEQUIOMETRICAS• Ley de la conservación de la masa de Lavoisier.• Ley de Proust o de las proporciones constantes: En 1808, J.L. Proust llegó a la conclusión de que para formar un determina compuesto, dos o más

elementos químicos se unen y siempre en la misma proporción ponderal. Una aplicación de la ley de Proust es la obtención de la denominada composición centesimal de

un compuesto, esto es, el porcentaje ponderal que representa cada elemento dentro de la molécula.

• Ley de Dalton o de las proporciones múltiples.• Ley de las proporciones equivalentes o recíprocas (Richter 1792): "Si dos elementos se combinan con cierta masa fija de un tercero en cantidades a y b,

respectivamente, en caso de que aquellos elementos se combinen entre sí, lo hacen con una relación de masas a/b, o con un múltiplo de la misma. Es decir, siempre que dos elementos reaccionan entre sí, lo hacen equivalente a equivalente o según múltiplos o submúltiplos de estos."

• Ley de los volúmenes de combinación: A principios del siglo XIX, Gay-Lussac, experimentando en el laboratorio con reacciones químicas en las que intervienen gases se dio cuenta que:En una reacción química, los volúmenes de las sustancias gaseosas que intervienen guardan entre sí una proporción de números enteros y sencillos, si se miden en las mismas condiciones de presión y temperatura.Esa proporción coincide con la proporción en el número de moléculas de las sustancias gaseosas que reaccionan y que se forman durante el proceso.

4.4.-LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA

• La ley de conservación de la masa o ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química ordinaria la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos». Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía. Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química. Está detrás de la descripción habitual de las reacciones químicas mediante la ecuación química, y de los métodos gravimétricos de la química analítica.

4.5.- LEY DE LA PROPORSIONES CONSTANTES.

• La ley de las proporciones constantes o ley de las proporciones definidas es una de las leyes estequiometrias, según la cual “Cuando se combinan dos o más elementos para dar un determinado compuesto, siempre lo hacen en una relación de masas constantes". Fue enunciada por Louis Proust, basándose en experimentos que llevó a cabo a principios del siglo XIX por lo que también se conoce como Ley de Proust.

• La proporción de masas entre los elementos que los forman es constante. En términos más modernos de la fórmula química, esta ley implica que siempre se van a poder asignar subíndices fijos a cada compuesto. Hay que notar que existe una clase de compuestos, denominados compuestos no estequiometrico (también llamados berthóllidos), que no siguen esta ley. Para estos compuestos, la razón entre los elementos pueden variar continuamente entre ciertos límites. Naturalmente, otras sustancias como las aleaciones o los coloides, que no son propiamente compuestos sino mezclas, tampoco siguen esta ley.

4.6.- LEY DE LAS PROPORCIONES MULTIPLES• Cuando un elemento se combina con otro para dar más de un compuesto, las

masas de uno de ellos que se unen a una masa fija del otro están en relación de números enteros y sencillo.

• Explicación: Esta ley afirma que cuando dos elementos se combinan para originar diferentes compuestos, dada una cantidad fija de uno de ellos, las diferentes cantidades del otro se combinan con dicha cantidad fija para dar como producto los compuestos, están en relación de números enteros sencillos.

• Es decir, que cuando dos elementos A y B forman más de un compuesto, las cantidades de A que se combinan en estos compuestos, con una cantidad fija de B, están en relación de números enteros sencillos.

• Por ejemplo, hay dos óxidos de cobre que tienen un 79,89% de cobre el Cu O y el Cu2O que tiene un 88,82% de cobre, que equivalen a 3,973 gramos de cobre por gramo de oxígeno en el primer caso y 7,945 gramos de cobre por gramo de oxígeno en el segundo. La relación entre ambas cantidades es de 1:2 como se expresa actualmente con las fórmulas de los compuestos derivados de la teoría atómica.

4.7.-CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS

• ATG.• MOLES.• ATOMO - GRAMO.• VOLUMEN - GRAMO.• NUMERO DE VOGADRO.• REACTIVOS O PRODUCTOS.• REACTIVO LIMITANTE.

4.8.- UNIDADES DE MEDIDA USUALES• ATOMO-GRAMO :Cantidad de sustancia que contiene el peso atómico

Molécula-gramo del elemento expresado en gramo.• MOL-GRAMO : Es un número de moléculas contenidas en la molécula-

gramo o el peso molecular de una sustancia expresada en gramos.• VOLUMEN-GRAMO : Es el volumen que ocupa una mol de un gas en

condiciones normales de temperatura y presión, y es igual a 22.4 1/mol.• VOLUMEN-GRAMO MOLECULAR: Es el volumen que ocupa una mol de un

gas en condiciones normales de temperatura y presión, y es igual a 22.4 1/mol.

Temperatura normal: 0° C o 273° KPresión Normal: 1atm o 760 mm de Hg• NUMERO DE AVOGADRO : El número de moléculas que hay en un

volumen molar se denomina número de avogadro. Se define originalmente como : la cantidad de átomos de carbono-12 contenidos en 12 gramos de este elemento. El valor recomendado para NA en 2002 por CODATA es: NA = (6,0221415 ± 0,0000010) × 1023 mol−1.

4.9.-CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS “B”• RELACION:PESO - PESO• Las llamadas relaciones estequiometrias dependen de la manera en que se plantea el

problema, es decir de las unidades en que se da la sustancia dato del problema y de las unidades en que se requiere o pide la sustancia incógnita (dato que se desconoce y se pide calcular).

• Relaciones dato - incógnita Mol – mol Masa – masa masa – mol Mol – masa

Vol. – Masa Masa – volumen Mol – Vol. Vol. – Mol

Volumen - volumen Unidades de medida Masa = gramos, kilogramo o mol Volumen = L, ml, m3, cm3

RELACIÓN PESO-VOLUMEN: Aunque toda la materia posee masa y volumen, la misma masa de

sustancias diferentes tienen ocupan distintos volúmenes, así notamos que el hierro o el hormigón son pesados, mientras que la misma cantidad de goma de borrar o plástico son ligeras. La propiedad que nos permite medir la ligereza o pesadez de una sustancia recibe el nombre de densidad. Cuanto mayor sea la densidad de un cuerpo, más pesado nos parecerá. La densidad se define como el cociente entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa. Así, como en el S.I. la masa se mide en kilogramos (kg) y el volumen en metros cúbicos (m3) la densidad se medirá en kilogramos por metro cúbico (kg/m3). Esta unidad de medida, sin embargo, es muy poco usada, ya que es demasiado pequeña. Para el agua , por ejemplo, como un kilogramo ocupa un volumen de un litro, es decir, de 0,001 m3, la densidad será de la mayoría de las sustancias tienen densidades similares a las del agua por lo que, de usar esta unidad, se estarían usando siempre números muy grandes. Para evitarlo, se suele emplear otra unidad de medida el gramo por centímetro cúbico (gr./c.c.).

• Reactivo limitante : Es aquel que en una reacción química, se acaba antes y determina la

cantidad de producto o productos obtenidos. La reacción depende del reactivo limitante (o R.L.), pues, según la ley de las proporciones definidas, los demás reactivos no reaccionarán cuando uno se haya acabado.

Cuando se ha balanceado una ecuación, los coeficientes representan el número de átomos de cada elemento en los reactivos y en los productos. También representan el número de moléculas y de moles de reactivos y productos.

Cuando una ecuación está ajustada, la estequiometria se emplea para saber las moles de un producto obtenidas a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación ajustada. A veces se cree equivocadamente que en las reacciones se utilizan siempre las cantidades exactas de reactivos. Sin embargo, en la práctica lo normal suele ser que se use un exceso de uno o más reactivos, para conseguir que reaccione la mayor cantidad posible del reactivo en menor cantidad.

• Reactivo en exceso: Son los reactivos presente en mayor cantidad

durante una reacción química los cuales sirven para hacer reaccionar en su totalidad el reactivo limitante q por cualquier razón se encuentra en menor proporción ya sea por su escases o su costo económico.

4.10.- REACCIONES QUIMICAS SIMPLES• Una reacción química es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas

reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos.

• Reglas:• En toda reacción se conservan los átomos y las cargas (si hay iones).• No puede ocurrir un proceso de oxidación o de reducción aislado, ambos ocurren

simultáneamente.• No se pueden formar productos que reaccionen enérgicamente con alguno de los productos

obtenidos.

4.11.- ACIDO-BASE

• Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base. Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas. A pesar de las diferencias en las definiciones, su importancia se pone de manifiesto como los diferentes métodos de análisis cuando se aplica a reacciones ácido-base de especies gaseosas o líquidas, o cuando el carácter ácido o básico puede ser algo menos evidente. El primero de estos conceptos científicos de ácidos y bases fue proporcionado por el químico francés Antoine Lavoisier, alrededor de 1776.

4.12.-OBTENCION DE COMPUESTOS ORGANICOS HALOGENUROS,COMBUSTION DE HIDROCARBUROS, BENCENO Y SUS

DERIVADOS , POLIMEROS

• Compuestos Orgánicos más importantes, como se obtienen, sus propiedades y usos:

• Ácido Acético (CH3COOH):

• Obtención: Se obtiene de 3 formas: • Por oxidación catalítica de los gases del petróleo • Por oxidación del etanol o acetaldehído • Haciendo reaccionar alcohol metílico con monóxido de carbono • Propiedades: Se presenta como liquido incoloro de olor muy picante. Funde a

16ºC y ebule a 118ºC. Su densidad es 1,05q/cm3. Es soluble en agua, alcohol y éter.

• Usos: Se emplea en la producción del plástico, como alimento, en la fabricación de colorantes, insecticidas y productos farmacéuticos; como coagulante del látex natural.

• Ácido ascórbico o Vitamina C: • Obtención: Se encuentra presente en las frutas cítricas • Propiedades: Se presenta en forma de cristales blancos. Es soluble en agua,

ligeramente soluble en alcohol e insoluble en éter. Funde a 192ºC • Usos: Se emplea como antioxidante y preservativo de alimentos como la

mantequilla, la leche de larga duración, bebidas y vinos. En medicina, para prevenir el escorbuto

• Ácido Cítrico (C6H8O7): • Obtención: A partir de las frutas como el limón, la lima, la toronja y la

naranja. También se le obtiene por fermentación degradante de carbohidratos.

• Propiedades: Se presenta en forma de cristales o polvo translúcido incoloro. Funde a 153ºC. Su densidad es 1,54g/cm3. Es soluble en agua y en alcohol.

• Usos: Se usa como antioxidante en alimentos tales como vinos, bebidas refrescantes y sodas, confitería, leche concentrada de larga duración y alimentos enlatados (caviar, gambas); como agente quitamanchas del acero inoxidable y de otros metales

4.13.- ELEMENTOS DE IMPORTANCIA ECONOMICA, INDUSTRIAL Y AMBIENTAL EN EL PAIS O EN LA REGION.

• Elemento de Importancia Económica: Hidrogeno, Boro, Carbono, Oxigeno, Cloro, Bromo ,

Yodo• Elemento de Importancia Industrial: Aluminio, Cobalto, Mercurio, Antimonio, Cobre ,

Hierro, Oro• Elementos de Importancia Ambiental: Bromo, Azufre , Cadmio. Mercurio ,

Antimonio, Arsénico ,Fósforo ,Plomo ,Cloro, Cromo , Manganeso