APUNTES DE QUÍMICA

Á TOMO Un i d a d m í n i m a d e l a m a t e r i a f o r m a d a p o r p a r t í c u l a s e l e m e n t a l e s. El

m o d e l o a t ó m i c o so b r e e l q u e t r a b a j a m o s e s e l d e “nube de carga.”

Pa r t í c u l a Ma sa Ca r g a L u g a r Pr o t o n e s 1 , 6 7 · 1 0 -27 k g + Nú c l e o

Ne u t r o n e s 1 , 6 7 · 1 0 -27 k g 0 Nú c l e o El e c t r o n e s 9 · 1 0 -3 1 k g - O rbi t al es

L o s e l e c t r o n e s e st a b a n si t u a d o s e n z o n a s d e p r o b a b i l i d a d l l a m a d a s

o rbi t al es. L o s i d e n t i f i c á b a m o s c o n u n nú m ero y u n a l et ra q u e n o s d a b a n i n f o r m a c i ó n d e l a energí a, t am añ o y f o rm a.

L a l i st a d e o r b i t a l e s o r d e n a d o s d e m e n o r a m a y o r

e n e r g í a q u e d a r í a : 1 s; 2 s; 2 p , 3 s; 3 p , 4 s; 3 d , 4 p , 5 s; 4 d , 5 p , 6 s; 4 f , 5 d , 6 p , 7 s; 5 f , 6 d , ... Sa b í a m o s, a d e m á s, q u e e x i st e n 1 o r b i t a l t i p o s , t r e s o r b i t a l e s t i p o p , 5 o r b i t a l e s t i p o d, 7 o r b i t a l e s t i p o f , ... y q u e c a d a o r b i t a l d e f i n e e l m o v i m i e n t o d e d o s e l e c t r o n e s c o m o m á x i m o .

De e st a m a n e r a p o d e m o s e l a b o r a r , d e u n á t o m o ,

su co nf i guraci ó n el ect ró ni ca q u e e s si t u a r l o s e l e c t r o n e s e n l o s o r b i t a l e s c o r r e sp o n d i e n t e s.

Modelo de nube de carga

Orbitales atómicos

Así t e n í a m o s u n a l i st a d e o r b i t a l e s t a l q u e e st a : 1 s; 2 s, 2 p ; 3 s, 3 p , 3 d ; 4 s, 4 p , 4 d , 4 f ; 5 s, 5 p , 5 d , 5 f , 5 g ; 6 s, 6 p , 6 d , 6 f ; ...

L o s e l e c t r o n e s se si t ú a n b u sc a n d o si e m p r e l o s o r b i t a l e s d e m e n o r e n e r g í a , a sí q u e p r i m e r o l o s o r d e n a m o s d e m e n o r a m a y o r e n e r g í a .

R ECUER DA

1s 2 s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f 5 s 5 p 5 d 5 f 6 s 6 p 6 d 7 s D i agram a de Moeller

s px py pz

dz2

dxz dyz

dxy

dx2 -y2

APUNTES DE QUÍMICA

Á TOMO

A p a r t i r d e l a C O N F I G U R A C I Ó N E L E C T R Ó N I C A d e e st e á t o m o p u e d o d e d u c i r a l g u n a i n f o r m a c i ó n . Po r e j e m p l o :

1 . Z = 17 . Ne u t r o ⇒ 17 el ect ro nes si t u a d o s a sí 1s2 2 s2 2 p 6 3 s2 3 p 5 2 . S i t uaci ó n en l a t abl a p eri ó di ca: G R UPO 1 7 ( t e r m i n a e n p 5) PER ÍODO 3 ( m a y o r n i v e l d e e n e r g í a : 3 ) 3 . Ti e n d e a g a n a r u n e l e c t r ó n p a r a q u e d a r c o n l a c o n f i g u r a c i ó n d e l g a s n o b l e m á s p r ó x i m o ( n s2 n p 6). O se a q u e u n a p o si bl e v al enci a es –1.

L a s d i f e r e n t e s c o n f i g u r a c i o n e s y n e c e si d a d e s e l e c t r ó n i c a s d e l o s á t o m o s p e r m i t e q u e e st o s, e n d e t e r m i n a d a s o c a si o n e s, se e n l a c e n , f o rm ando enl aces i ó ni co s, co v al ent es o m et á l i co s , p a r a f o r m a r d i st i n t a s su st a n c i a s c o n u n o s n o m b r e s p r o p i o s q u e se a d e c u a n a u n a s n o r m a s ( F o rm ul aci ó n y N o m encl at ura I no rgá ni ca).

R ECUER DA

Cl 35

1 7

S Í M B O L O : ( C l ) : C l o r o . N Ú M E R O A T Ó M I C O ( Z = 17 ) : n ú m e r o d e p r o t o n e s. S i e s n e u t r o c o i n c i d e c o n e l d e e l e c t r o n e s. N Ú M E R O M Á S I C O ( A = 3 5 ) : n ú m e r o d e p r o t o n e s + n ú m e r o d e n e u t r o n e s. C A R G A : N o p o n e n a d a . E s u n á t o m o n e u t r o . C a r g a p o si t i v a : p i e r d e e l e c t r o n e s. C a r g a n e g a t i v a : g a n a e l e c t r o n e s.

Á T O M O

S i s e une con ot ros i guales a é l

da lugar a. . .

S i s e une con ot ros á t om os

di f erent es f orm a. . . M O L É CU L A S

E L E M E N T O S

CO M P U E S T O S

Ej.: El hierro es un elemento f orma d o p or á tomos d e F e.

Ej.: El a g ua es un c omp uesto f orma d o p or molé c ula s d e H 2 O .

Ej.: H 2O es una molé c ula f orma d a p or á tomos d e H y O .

R ECUER DA

APUNTES DE QUÍMICA

CÁ L CUL OS QUÍMICOS

MASA ATÓ MICA

Si q u i si e r a c a l c u l a r l a m a sa d e u n á t o m o , a p a r t i r d e l a i n f o r m a c i ó n q u e sé , d e b e r í a t e n e r e n c u e n t a l o si g u i e n t e :

Sa b i e n d o q u e l a m a sa l a a p o r t a n f u n d a m e n t a l m e n t e l o s p ro t o nes y l o s neut ro nes, q u e so n l a s p a r t í c u l a s q u e m á s p e sa n c o n d i f e r e n c i a , p o d r í a d e c i r :

M asa del á t o m o = ( nú m ero m á si co ) · 1 , 6 7 · 1 0 -27 k g ¡ P ro bl em a! : 1 . So n c a n t i d a d e s m u y p e q u e ñ a s. 2 . Est o y d e sp r e c i a n d o

l o s e l e c t r o n e s. 3 . De u n m i sm o e l e m e n t o e x i st e n á t o m o s c o n d i st i n t o n ú m e r o m á si c o ( i só t o p o s) .

¡ S o l uci ó n al p ro bl em a 1 y 2 ! : Un a n u e v a u n i d a d d e r e f e r e n c i a q u e se a d e c u e : El UMA. ( u n i d a d d e m a sa a t ó m i c a )... Se d e f i n e 1 UMA c o m o l a do ceav a p art e de l a m asa q ue t i ene el 1 2C ( carbo no de nú m ero m á si co 12 ) .

M asa rel at i v a: l a q u e e st á e x p r e sa d a e n UMAs. ¡ S o l uci ó n al p ro bl em a 3 ! : M asa at ó m i ca d e u n e l e m e n t o : e s l a m e d i a

p o n d e r a d a d e l a s m a sa d e l o s i só t o p o s. (teniendo en cuenta la abundancia de cada uno) Co n e st e e j e r c i c i o t e v a s a e n t e r a r m e j o r , se g u r o :

Determina la masa atómica relativa del Neon (Ne) sabiendo que: en la naturaleza existe 20Ne (en un 90,51%), 21Ne (en un 0,26%) y 22Ne (en un 9,22%). Además las masas relativas del 20Ne, 21Ne y 22Ne son, respectivamente: 19,99 uma, 20,99 uma y 21,99 uma. (Recuerda como haces las medias de los exámenes) X = = 20,18 UMAs. Esto quiere decir que la masa atómica relativa del elemento Neón es 20,18 UMAs. O sea que podemos considerar que todos los átomos pesan esta cantidad media.

1 U M A = m a s a d e l 1 2 C 1 2 Masa relativa d e l 1 2 C = 1 2 U M A s

19,99 · 90,51 + 0,26 · 20,99 + 9,22 · 21,99

100

APR ENDE

APUNTES DE QUÍMICA

CÁ L CUL OS QUÍMICOS

Aq u í t i e n e s u n e sq u e m a q u e i n t e n t a r e su m i r l o v i st o a n t e r i o r m e n t e ...

L a T a b l a P e r i ó d i c a m e d i c e q u e e l F e t i e n e u n a m asa ató m ic a relativa d e 5 5 , 8 4 7 u m a. (es

d ec i r l a m a sa d e u n á t o m o d e F e) . Si g a m o s a v a n z a n d o . Do s o b se r v a c i o n e s: 1 . Sa b e m o s q u e e n l a r e a l i d a d c u a l q u i e r p o r c i ó n d e su st a n c i a p o r p e q u e ñ a

q u e se a co nt i ene una gran cant i dad de p art í cul as ( á t o m o s o m o l é c u l a s). 2 . L a s u n i d a d e s q u e e m p l e a m o s h a b i t u a l m e n t e p a r a m edi r l a m asa so n

gram o s y n o u m a .

¿ CÓ MO CONSEG UIR , EX PR ESANDO L A MASA DE UNA SUSTANCIA EN G R AMOS, SABER CUÁ NTAS PAR TÍCUL AS CONTIENE?

V a l e : 6 , 0 2 3 · 1 0 23 = ¡ ¡ 6 0 2 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ! !

¿ Qu é t i e n e d e p a r t i c u l a r e st e n ú m e r o ? ... E s l a cant i dad de p art í cul as de una sust anci a cuy a M A S A en G R A M O S co i nci de en nú m ero co n l a M A S A en U M A S de una p art í cul a. Co n u n e j e m p l o se e n t i e n d e m e j o r .

APR ENDE

R e l a t i v a Me d i a

E x p r e s a d a e n U M A s

V A L O R Q U E A P A R E CE E N L A T A B L A P E R I Ó D I CA .

MASA ATÓ MICA

M e d i a p o n d e r a d a d e l a m a sa d e l o s i só t o p o s

N Ú M ER O D E A V O G A D R O

Bu e n o , t ó m a t e u n r e sp i r o ...

APUNTES DE QUÍMICA

CÁ L CUL OS QUÍMICOS

Ej : V o y a l a TABL A PER IÓ DICA y b u sc o e l d a t o d e l a m a sa a t ó m i c a d e l C l o ro ( C l ) y a l l í a p a r e c e 3 5 , 4 5 3 . ¿ Qu é si g n i f i c a ? ... 1 . Qu e U N á t o m o de C l o ro t i e n e u n a m a sa d e 3 5 , 4 5 3 U M A s . Eso y a e st a b a

c l a r o , ¿ n o ? . Pu e s b i e n a h o r a t a m b i é n p u e d o d e c i r : 2 . Qu e U N M O L de á t o m o s de C l o ro t i e n e n u n a m a sa d e 3 5 , 4 5 3 G R A M O S .

El d a t o 1 se l l a m a M A S A A T Ó M I C A ( M A ) y se e x p r e sa e n U M A / á t o m o .

El d a t o 2 se l l a m a M A S A M O L A R ( M ) y se e x p r e sa e n G R A M O S / m o l . V a m o s a e m p e z a r a p r a c t i c a r ...

1. Utilizando la tabla periódica expresa la masa atómica y la masa molar de los siguientes elementos: Calcio (Ca), Aluminio (Al), Zinc (Zn) y Osmio (Os). Explica que significa ese dato. To d o e st o q u e h e m o s h e c h o p a r a á t o m o s l o p o d e m o s h a c e r p a r a m o l é c u l a s, p u e s e st á n f o r m a d a s p o r á t o m o s. Po d r e m o s c o n o c e r l a m asa de una m o l é cul a , MASA MOL ECUL AR , y t a m b i é n l a m asa de un m o l de m o l é cul as , MASA MOL AR .

Calcula la MASA MOLECULAR del H2SO4 (ácido sulfúrico). 1. Una molécula de H2SO4 está formada por 2 át. H, 1át. S y 4 át. O. 2. Buscando en la tabla periódica: MAH=1UMA, MAS= 32UMA, MAO=16UMA. 3. Por lo tanto: MMH2SO4= 2 át de H · 1 UMA/át. + 1 át de S · 32 UMA/át. + 4 át de O · 16 UMA/át = 98 UMA

Masa molecular: 1. Una molécula de H2SO4 tiene una masa de 98 UMA Masa molar: 2. Un MOL de moléculas de H2SO4 tienen una masa de 98 GRAMOS

Ah o r a t e t o c a a t i : 2. Aprendamos a contar en química: ¿Cuántos átomos hay en una molécula de NH3?, ¿Cuántos átomos de H hay en 10 moléculas de NH3?, ¿Cuántos millares de átomos de N hay en 3 millares de moléculas de NH3?. ¿Cuántos moles de átomos de H hay en cuatro moles de moléculas de NH3?.

APR ENDE

6 , 0 2 3 · 1 0 23

APUNTES DE QUÍMICA

CÁ L CUL OS QUÍMICOS

3. Calcula la MASA MOLECULAR (MM) y la MASA MOLAR (M) de los siguientes compuestos: NH3, CO2, Cl2, H2O, C4H10, C6H12O6, NaCl.

El c á l c u l o d e l a m a sa m o l a r d e u n c o m p u e st o o d e u n e l e m e n t o e s u n d a t o m u y i m p o r t a n t e p u e s n o s p e r m i t e r e l a c i o n a r l a MASA DE UNA SUSTANCIA c o n e l n ú m e r o d e m o l e s d e p a r t í c u l a s q u e l a f o r m a n ( á t o m o s o m o l é cul as segú n sean el em ent o s o co m p uest o s) ... F í j a t e u n a v e z m á s e n e st e e j e m p l o :

¿Cuántos moles de moléculas de H2SO4 hay en 294g de esta sustancia?. ¿Cuántas moléculas son?. -Sabemos, por un ejemplo anterior, que la MH2SO4= 98g/mol. Eso quiere decir que 98g de H2SO4 contienen un mol de moléculas (6,023·1023 moléculas). Si aplico una proporción (o un factor de conversión) puedo decir:

Ah o r a t ú : 4. Si tomamos 2gr de cada uno de los compuestos del ejercicio 3. ¿cuántos moles habrá de cada una de las sustancias?. 5. Para una reacción química necesito 2 moles de moléculas de glucosa (C6H12O6). ¿Cuántas moléculas son?. ¿Cuántos gramos tendré que pesar para obtener esos moles?. 6. Calcula la masa molar de los siguientes compuestos: metano (CH4), cloruro de calcio, oxígeno (O2), óxido férrico, hidruro de potasio, agua oxigenada, ácido clorhídrico, carbonato cálcico. 7. Dí, de entre los siguientes pares de sustancias, en cual hay más moles: a) en 100g de CH4 o en 500 g de CaCO3, b) en 30g de H2O2 o en 120g de HCl, c) 1kg de CO2 o en 1,2kg de KH. 8. Dí, de entre los siguientes pares de sustancias, en cual hay más masa: a) en 2 moles de H2O o en 1,1 moles de NaOH, b) en 1,24 moles de HCl o en 6 moles de C.

APR ENDE

98g de H2SO4 1 mol de H2SO4

= 294g de H2SO4 x mol de H2SO4

294g de H2SO4 x 98g de H2SO4

1 mol de H2SO4 =

x = 3 moles de ‘ moléculas de’ H2SO4.

Como 1 mol son 6,023·1023 moléculas, 3 moles serán 1,807·1024 moléculas

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS Te n e m o s a h o r a u n a p e q u e ñ a i d e a d e c ó m o m e d i r c a n t i d a d e s

d e su st a n c i a s e n q u í m i c a ( m a sa , v o l u m e n y m o l e s) y d e c ó m o r e l a c i o n a r l a s e n t r e si : e l v o l u m e n c o n l a m a sa a t r a v é s d e l a DENSIDAD, y l a m a sa c o n l o s m o l e s a t r a v é s d e l a MASA MOL AR .

L a m a y o r í a d e l a s su st a n c i a s q u e e x i st e n se f o r m a n p o r c o m b i n a c i ó n d e c a n t i d a d e s d e t e r m i n a d a s d e o t r a s d i st i n t a s. A c u a l q u i e r c a m b i o o t r a n sf o r m a c i ó n d e u n a s su st a n c i a s e n o t r a s se l e d e n o m i n a f enó m eno q uí m i co y e st e se p r o d u c e a t r a v é s d e u n a o v a r i a s reacci o nes q uí m i cas.

Pa r a q u e se p r o d u z c a u n a reacci ó n q uí m i ca e s n e c e sa r i o q u e se d e n u n a s c o n d i c i o n e s d e t e r m i n a d a s. Si l a r e a c c i ó n o c u r r e d e f o r m a n a t u r a l d e c i m o s q u e e s u n a reacci ó n esp o nt á nea.

An a l i c e m o s l o s e l e m e n t o s d e u n a r e a c c i ó n q u í m i c a . Se p u e d e d e c i r

q u e e n u n a r e a c c i ó n q u í m i c a e x i st e n d o s m o m e n t o s o e st a d o s: E S T A D O I N I C I A L ( l a s su st a n c i a s a n t e s d e t r a n sf o r m a r se ) y u n E S T A D O F I N A L ( c o n l a s n u e v a s su st a n c i a s). A l a s su st a n c i a s a n t e s d e t r a n sf o r m a r se , e s d e c i r , l a s q u e v a n a r e a c c i o n a r , se l e s l l a m a R E A C T I V O S y a l a s n u e v a s su st a n c i a s, f r u t o d e l a r e a c c i ó n , se l e s l l a m a P R O D U C T O S . Co n e st o s n u e v o s c o n c e p t o s p o d e m o s h a c e r u n e sq u e m a d e l o q u e se r í a u n a r e a c c i ó n q u í m i c a :

Po d e m o s h a b l a r d e t r e s t i p o s d e r e a c c i o n e s se g ú n l a c a n t i d a d d e

p r o d u c t o s q u e se h a n o b t e n i d o a l f i n a l c o n r e sp e c t o a l o s r e a c t i v o s.

APR ENDE

R EACTIV OS PR ODUCTOS E s t a d o i n i c i a l E s t a d o f i n a l

R e a c c i ó n q u í m i c a

E L C O N C E P T O

E L E ME N T O S

C L A S I F I C A C I Ó N

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS R e a c c i ó n d e D E S C O M P O S I C I Ó N : Aq u e l l a e n q u e u n a su st a n c i a d a

l u g a r a o t r a s d i f e r e n t e s. A p a r t i r d e u n a su st a n c i a se o b t i e n e n v a r i a s:

Ej e m p l o R e a c c i ó n d e S Í N T E S I S : Aq u e l l a e n q u e v a r i a s su st a n c i a s se c o m b i n a n

p a r a d a r l u g a r a u n a n u e v a su st a n c i a :

Ej e m p l o R e a c c i ó n d e S U S T I T U C I Ó N : Se p r o d u c e u n i n t e r c a m b i o d e á t o m o s :

Ej e m p l o

APR ENDE

A C B + R e a c t i v o s P r o d u c t o s

R e a c c i ó n d e d e sc o m p o si c i ó n d e A : A se d e sc o m p o n e p a r a d a r

l u g a r a B y C.

2H2O 1O2 2H2 + Reacción de descomposición

del Agua: El agua se descompone para dar lugar a

hidrógeno y oxígeno

A C B + R e a c t i v o s P r o d u c t o

R e a c c i ó n d e sí n t e si s d e C: A se c o m b i n a c o n B p a r a d a r l u g a r a C.

1CO2 1O2 1C + Reacción de síntesis del

Dióxido de Carbono: El Carbono se combina con el oxígeno para

dióxido de carbono

A C B + R e a c t i v o s P r o d u c t o

A r e a c c i o n a c o n B p a r a d a r l u g a r a C. y D.

1FeCl2 2HCl 1Fe + El hierro reacciona con

ácido clorhídrico para dar cloruro ferroso e hidrógeno.

D +

1H2 +

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS V a m o s a p a r a r n o s u n m o m e n t o e n l o s e j e m p l o s q u e h e m o s

u t i l i z a d o , p a r a a n a l i z a r u n p a r d e d u d a s q u e se g u r o q u e t e h a n su r g i d o : ¿ p o r q ué el o x í geno ap arece O 2 , el cl o ro C l 2 y si n em bargo el carbo no ap arece só l o C y el h i erro F e? , ¿ q ué p i nt an l o s num eri t o s q ue h ay ant es de l as f ó rm ul as? .

An t e s d e r e sp o n d e r a e sa s d o s p r e g u n t a s h a y q u e d e c i r q u e a l a f o r m a e n l a q u e se e sc r i b e u n a r e a c c i ó n , e s d e c i r l o s r e a c t i v o s c o n su s f ó r m u l a s y l o s p r o d u c t o s c o n su s f ó r m u l a s c o n u n a f l e c h a se p a r a n d o a m b o s, se l e d e n o m i n a ecuaci ó n q uí m i ca. L as reacci o nes q uí m i cas se ex p resan m edi ant e ecuaci o nes q uí m i cas.

Bi e n , v a y a m o s a h o r a a l a s d u d a s. A l o p ri m ero h a y q u e d e c i r q u e , e n g e n e r a l , l o s e l e m e n t o s m e t á l i c o s e st á n f o r m a d o s p o r a so c i a c i o n e s d e su s á t o m o s u n o s c o n o t r o s ‘ i ndef i ni dam ent e’ p o r e so se r e p r e se n t a n só l o c o n su sí m b o l o ( r e c u e r d a l o s e n l a c e s m e t á l i c o s d e l a ñ o p a s a d o ) . Su e l e n e st a r a d e m á s e n f o r m a só l i d a . Si n e m b a r g o a l g u n o s n o m e t a l e s ( c l o r o , b r o m o , y o d o , o x í g e n o y n i t r ó g e n o f u n d a m e n t a l m e n t e ) a p a r e c e n e n e st a d o g a s ( o l í q u i d o ) p e r o e n f o r m a d e a so c i a c i o n e s d e p a r e s d e á t o m o s ( Cl 2, Br 2, I2, O2, N2) ( r e c u e r d a l o s e n l a c e s c o v a l e n t e s d e l a ñ o p a s a d o , m o l é c u l a s h o m o n u c l e a r e s ) . Así q u e si n o s h a b l a n d e e st a s su st a n c i a s y a sa b e m o s c ó m o e x p r e sa r l a s.

Co n r e sp e c t o a l a se g u n d a c u e st i ó n f í j a t e e n e st a r e a c c i ó n : El a g u a se d e sc o m p o n e e n h i d r ó g e n o y o x í g e n o . Ca d a m o l é c u l a d e

a g u a a p o r t a d o s á t o m o s d e H y u n so l o á t o m o d e O: ¿ d e d ó n d e sa l e e l o t r o á t o m o q u e h a c e q u e se f o r m e O2 e n l o s p r o d u c t o s? . Pu e s m u y c l a r o : d e o t r a m o l é c u l a d e a g u a . Y a sí se p u e d e f o r m a t a m b i é n , a d e m á s d e u n a m o l é c u l a d e O2, DOS m o l é c u l a s d e H 2. F í j a t e e n e st e e sq u e m a :

APR ENDE

H2O O2 H2 + El agua se descompone para dar lugar a hidrógeno y oxígeno

O H

H O

H

H O

O

H H

H H +

2 moléculas de agua 2 moléculas de hidrógeno 1 molécula de oxígeno

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS Ex p r e sa d a e st a r e a c c i ó n q u í m i c a e n f o r m a d e e c u a c i ó n q u í m i c a t e n d r í a m o s l o q u e v i st e e n a q u e l e j e m p l o :

F í j a t e , a l f i n a l h e m o s c o n se g u i d o q u e e n l a r e a c c i ó n n o h a y a n a d a q u e so b r e , n i n a d a q u e f a l t e . Es d e c i r , q u e d e t o d o s l o s e l e m e n t o s q u e f o r m a n u n a r e a c c i ó n h a y a e l m i sm o n ú m e r o d e á t o m o s e n l o s r e a c t i v o s q u e e n l o s p r o d u c t o s. Al p r o c e so n u m é r i c o p o r e l c u a l l o g r a m o s e st o so b r e l a r e a c c i ó n , se l e l l a m a A J U S T E y a l o s n ú m e r o s q u e c o l o c a m o s d e l a n t e d e c a d a f ó r m u l a p a r a q u e q u e d e a j u st a d a , se l e s l l a m a C O E F I C I E N T E S e i n d i c a n l a r e l a c i ó n c u a n t i t a t i v a e n l a q u e se p r o d u c e l a r e a c c i ó n . Un e j e m p l o m u y c o m p l e t i t o : “El metano reacciona con el oxígeno para dar lugar a dióxido de carbono y agua”. Escribe la reacción química ajustada expresando que significa. - Lo primero es decir que a las reacciones en las que se combina algo con oxigeno se les llama combustiones. - Vamos a escribir la reacción: CH4 + O2 → CO2 + H2O. Nos damos cuenta que no está ajustada pues ni los H, ni los O coinciden en número en reactivos y productos. Así que ajustamos: 1CH4 + 2O2 → 1CO2 + 2H2O. Ahora podemos decir: “1 molécula de CH4 reacciona con 2 moléculas de O2 para dar 1 molécula de CO2 y 2 moléculas de H2O”. Ah o r a t o c a p o n e r e n p r á c t i c a t o d o e st o : 9. A partir de las siguientes reacciones químicas, resuelve estas cuestiones: a) Señala quienes son los reactivos y los productos, b) indica que tipo de reacción es, c) ajusta la reacción expresando que significa. Fíjate en el primer ejemplo resuelto.

1) Fe + HCl → FeCl2 + H2 3) CaCO3 → CaO + CO2 2) C + H2 → CH4 4) Si + Cl2 → Si2Cl6

1) Fe + HCl → FeCl2 + H2. a) Los reactivos son: el hierro (Fe) y el ácido clorhídrico (HCl). Los productos son: el

cloruro ferroso (FeCl2) y el hidrógeno (H2). b) Es una reacción de sustitución pues sólo hay un intercambio de átomos. c) 1Fe + 2HCl → 1FeCl2 + 1H2: “1 átomo de Fe reacciona con 2 moléculas de HCl para

dar 1 molécula de FeCl2 y 1 molécula de H2”.

APR ENDE

2H2O 1O2 2H2 + ... y se lee: 2 moléculas de H2O se descomponen para dar lugar a 2 moléculas de H2 y una molécula de O2.

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS

Y a sa b e m o s l e e r u n a r e a c c i ó n y p o d e m o s r e l a c i o n a r r e a c t i v o s y p r o d u c t o s. F í j a t e a h o r a l o q u e v a m o s a i r d i c i e n d o so b r e l a r e a c c i ó n d e l e j e m p l o a n t e r i o r y l a c o n c l u si ó n q u e p u e d o i r sa c a n d o .

O se a q u e u n a v e z q u e aj ust o l a r e a c c i ó n p u e d o ex p resar l as rel aci o nes

e n t r e l a s su st a n c i a s o b i e n e n uni dades de p art í cul as ( á t o m o s o m o l é c u l a s) o b i e n e n m o l es de p art í cul as ( d e á t o m o s o d e m o l é c u l a s). Po r su p u e st o l o q u e m á s n o s v a a i n t e r e sa r e s e st a ú l t i m a p o r q u e si r e c u e r d a s p u e d o r e l a c i o n a r e l nú m ero de m o l es d e u n a su st a n c i a c o n su m asa en gram o s.

Ot r o e j e m p l o ... só l o c o n l o q u e n o s i n t e r e sa

Y a só l o n o s q u e d a u n p a so . V a m o s a r e p a sa r l o s p a so s q u e h e m o s h e c h o : 1 ) escri bi m o s l a ecuaci ó n q uí m i ca d e l a r e a c c i ó n , 2 ) aj ust am o s , m e d i a n t e co ef i ci ent es , l a e c u a c i ó n d e f o r m a q u e h a y a e l m i sm o n ú m e r o d e á t o m o s d e t o d o s l o s e l e m e n t o s e n r e a c t i v o s y p r o d u c t o s, 3 ) e x p r e sa m o s l a s rel aci o nes q u e e x i st e n e n t r e r e a c t i v o s y p r o d u c t o s e n á t o m o s o m o l é cul as y t a m b i é n e n m o l es. Ah o r a só l o n o s q u e d a e x p r e sa r e sa s r e l a c i o n e s e n l a s u n i d a d e s m á s c o n o c i d a s: G R A M O S .

V a m o s a c a l c u l a r l a s MASAS MOL AR ES d e c a d a u n o d e l a s su st a n c i a s q u e i n t e r v i e n e n e n l a r e a c c i ó n :

1Fe 2HCl 1FeCl2 1H2 1 átomo de Fe reacciona con 2 moléculas de HCl para dar 1 molécula de FeCl2 y 1 molécula de H2 2 átomos de Fe reaccionan con 4 moléculas de HCl para dar 2 moléculas de FeCl2 y 2 moléculas de H2 5 átomos de Fe reaccionan con10 moléculas de HCl para dar 5 moléculas de FeCl2 y 5 moléculas de H2 50 átomos de Fe reaccionan con100 moléculas de HCl para dar 50 moléculas de FeCl2 y 50 moléculas de H2

···· ···· ···· ···· 1 mol de átomos de

Fe 2 mol de moléculas de

HCl 1 mol de moléculas de

FeCl2 1 mol de moléculas de

H2

2N2 5O2 2N2O5 2 moléculas de N2 reaccionan con 5 moléculas de O2 para dar 2 moléculas de N2O5 2 moles de moléculas

de N2 5 moles de moléculas

de O2 2 moles de moléculas

de N2O5

APR ENDE

+ +

reacciona con para dar y

+

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS

MMN2= 2 át. de N · 14 uma/át = 28 uma/molécula; (MASA MOLECULAR)

MN2= 28g/mol (MASA MOLAR) MMO2= 2 át. de O · 16 uma/át = 32 uma/molécula;

MN2= 32g/mol MMN205= 2 át. de N · 14 uma/át + 5 át. de O · 16 uma/át = 108 uma/molécula;

MN205= 108g/mol Esto significa que: 1 mol de de moléculas de N2 tienen una masa de 28g 1 mol de de moléculas de O2 tienen una masa de 32g 1 mol de de moléculas de N2O5 tienen una masa de 108g

Co n e st o s d a t o s, r e c i é n c a l c u l a d o s, p o d e m o s e x p r e sa r l a r e a c c i ó n d e u n a n u e v a f o r m a m á s:

“Por cada 2 moles de nitrógeno, necesitamos 5 moles de oxígeno y obtendremos 2 moles de anhídrido nítrico” “Por cada 56g de nitrógeno, necesitamos 160g de oxígeno y obtendremos 216g de anhídrido nítrico” Ej e r c i c i o s:

12. De las reacciones que se presentan a continuación, resuelve las siguientes cuestiones: a) identifica reactivos y productos, b) di que tipo de reacción es, c) ajusta la reacción, d) expresa las relaciones entre reactivos y productos en moles y en gramos.

5) C3H8 + O2 → CO2 + H2O 7) H2 + I2 → HI 6) Fe + Cl2 → FeCl3 8) ZnS + O2 → ZnO + SO2

Co n o c e r l a s r e l a c i o n e s n u m é r i c a s, e n m o l e s y g r a m o s, e n l a s q u e se

p r o d u c e u n a r e a c c i ó n n o s v a a p e r m i t i r sa b e r l a s c a n t i d a d e s p r e v i a s q u e v a m o s a n e c e si t a r , d e r e a c t i v o s y p r o d u c t o s, p a r a p r e p a r a r l a e n c u a l q u i e r c a so . Est e se r á e l ú l t i m o p a so .

2N2 5O2 2N2O5 2 moléculas de N2 reaccionan con 5 moléculas de O2 para dar 2 moléculas de N2O5 2 moles de moléculas

de N2 5 moles de moléculas

de O2 2 moles de moléculas

de N2O5 56g de N2 160g de O2 216g de N2O5

APR ENDE

+

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS C Á L C U L O S E S T E Q U I O M É T R I C O S : So n a q u e l l o s q u e se h a c e n p a r a c a l c u l a r l a c a n t i d a d d e su st a n c i a q u e se o b t i e n e o se n e c e si t a e n u n a r e a c c i ó n , a p a r t i r d e c a n t i d a d e s c o n o c i d a s d e o t r a su st a n c i a q u e t a m b i é n i n t e r v e n g a , e x p r e sa d a e n m o l e s, e n m a sa o e n v o l u m e n .

Co m o si e m p r e u n e j e m p l o se r á i l u m i n a d o r :

“El ácido sulfúrico reacciona con el hidróxido de calcio para dar sulfato de calcio y agua”. Si para preparar esa reacción tomo 350g del ácido, ¿cuántos necesitaré del hidróxido y cuantos obtendré del sulfato?. Calcula además los moles de cada sustancia con los que he trabajado. - Antes de comenzar diremos que todas las reacciones de un ácido con una base (hidróxido) van a dar sal y agua. A esta reacción se le llama ácido-base o reacción de neutralización. 1. Vamos a escribir la reacción: H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + H2O. Podemos ver que no está ajustada. 2. Antes de ajustarla, como vamos a trabajar con moles y con gramos de sustancia calcularemos de las masas molares de cada sustancia: MH2SO4= 2mol de H · 1g/mol + 1mol de S · 32g/mol + 4mol de O · 16g/mol = 98g/mol. MCa(OH)2 = 1mol de Ca · 40g/mol + 2mol de O · 16g/mol + 2mol de H · 1g/mol = 74g/mol. MCaSO4= 1mol de Ca · 40g/mol + 1mol de S · 32g/mol + 4mol de O · 16g/mol = 136g/mol. MH2O= 2mol de H · 1g/mol + 1mol de O · 16g/mol = 18g/mol. 3. Ahora ajustaremos la reacción y expresaremos las relaciones entre reactivos y productos en moles y en gramos (lo haremos en forma de cuadro):

1H2SO4 1Ca(OH)2 1CaSO4 2H2O 1 mol de moléculas

de H2SO4 1 mol de moléculas

de Ca(OH)2

1 mol de moléculas de CaSO4

2 moles de moléculas de H2O

98g de H2SO4 74g de Ca(OH)2 136g de CaSO4 36g de H2O

4. Ahora ya conocemos las relaciones entre reactivos y productos y podemos comenzar con los cálculos estequiométricos. Resulta que disponemos de 350g de H2SO4 para realizar la reacción. Pues a base de proporciones (o factores de conversión) iré calculando las cantidades del resto:

APR ENDE

+ +

98g de H2SO4 74g de Ca(OH)2

= 350g de H2SO4 x g de Ca(OH)2

350g de H2SO4 x 98g de H2SO4

74g de Ca(OH)2 =

x = 264,3g de Ca(OH)2 que necesitaré para que reaccionen con 350g de H2SO4

264g de Ca(OH)2 x 74g de Ca(OH)2

1 mol de Ca(OH)2 =

x = 3,57 moles de moléculas de Ca(OH)2 que intervienen en esta reacción.

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS

Ah o r a t e t o c a a t i : 13. “En la reacción de combustión del propano (C3H8) se obtiene dióxido de carbono y agua”. Si partimos de 176g de propano, calcula: a) los moles de oxígeno (O2) que necesito, b) los gramos de dióxido de carbono y de agua que obtengo, c) si la densidad del agua es 1g/cm3, calcula los cm3 de agua que hay en la reacción. 14. En la reacción 8 del ejercicio 12 parto en el laboratorio de 25g de sulfuro de zinc. Calcula los gramos y los moles que voy a obtener de óxido de zinc y de dióxido de azufre. 15. En la reacción 1 del ejercicio 9 comienzo la reacción con 1kg de hierro. Calcula los moles y los gramos de cloruro de hierro que obtengo y los moles de cloro que necesito para reaccionar con el hierro. Y p a r a c o n c l u i r u n p a r d e p i n c e l a d a s m á s a a sp e c t o s t e ó r i c o s d e l a s r e a c c i o n e s q u í m i c a s.

98g de H2SO4 36g de H2O

= 350g de H2SO4 x g de H2O

350g de H2SO4 x 98g de H2SO4

36g de H2O =

x = 128,6g de H2O que obtendré a partir de 350g de H2SO4.

128,6g de H2O x 18g de H2O

1 mol de H2O =

x = 7,14 moles de moléculas de H2O que se obtienen en esta reacción.

98g de H2SO4 136g de CaSO4

= 350g de H2SO4 x g de CaSO4

350g de H2SO4 x 98g de H2SO4

136g de CaSO4 =

x = 485,7g de CaSO4 que obtendré a partir de 350g de H2SO4

485,7g de CaSO4 x 136g de CaSO4 1 mol de CaSO4 =

x = 3,57 moles de moléculas de CaSO4 que se obtienen en esta reacción.

APR ENDE

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS

To d o s l o s c á l c u l o s y a j u st e s q u e h e m o s i d o h a c i e n d o e st á n b a sa d o s, t o d o s, e n l a s t res l ey es de l as reacci o nes q uí m i cas si g u i e n t e s:

1 . L ey de l a co nserv aci ó n de l a m asa o L ey de L av o i si er: En u n a r e a c c i ó n

q u í m i c a , l a m a sa t o t a l d e l o s r e a c t i v o s e s i g u a l a l a m a sa t o t a l d e l o s p r o d u c t o s, e s d e c i r , q u e n o se p i e r d e n a d a d e m a sa e n u n a r e a c c i ó n .

En el ejemplo del ácido sulfúrico con el hidróxido cálcico puedes comprobar que, sumando de las masas de los reactivos por un lado y sumando las masas de los productos por otro, obtenemos el mismo resultado (172g).

2 . L ey de l as p ro p o rci o nes co nst ant es o L ey de P ro ust : Cu a n d o r e a c c i o n a n v a r i a s su st a n c i a s p a r a d a r n u e v o s c o m p u e st o s l o h a c e n si e m p r e e n u n a r e l a c i ó n c o n st a n t e .

En el ejemplo del ácido sulfúrico con el hidróxido cálcico hemos utilizado, para realizar los cálculos estequiométricos, siempre una relación constante: “Por cada 1 mol de H2SO4 necesito 1 mol de NaOH y obtendré 1 mol de Ca(OH)2 y 2 moles de H2O”. Esta es la relación que empleará para realizar cualquier cálculo estequiométrico que queramos hacer. 3 . L ey de l as p ro p o rci o nes m ú l t i p l es o l ey de D al t o n : Cu a n d o d o s su st a n c i a s p u e d e n r e a c c i o n a r d e d i st i n t a m a n e r a p a r a d a r p r o d u c t o s d i f e r e n t e s, l a s m a sa s d e u n a d e e l l a s q u e se c o m b i n a c o n u n a m a sa f i j a d e l a o t r a su st a n c i a e st á n si e m p r e e n u n a r e l a c i ó n d e n ú m e r o s e n t e r o s.

En un ejemplo de atrás veíamos que el carbono se puede combinar con el oxígeno para dar dióxido de carbono. Pero también existe la posibilidad que, en otra reacción, el producto sea monóxido de carbono. Si hiciésemos las relaciones en gramos de estas dos reacciones, comprobaríamos que, por ejemplo, tomando fija la masa del carbono, la relación entre las masas del oxígeno en las dos reacciones es de números enteros.

Pu e d e s i r c o m p r o b a n d o c o m o se c u m p l e n l a s d o s p r i m e r a s l e y e s e n c u a l q u i e r a d e l o s e j e m p l o s y e j e r c i c i o s q u e h e m o s h e c h o . Ad e m á s, l a c o m p r o b a c i ó n d e l a p r i m e r a l e y , p u e d e se r v i r t e d e r e f e r e n c i a p a r a sa b e r si l a s r e l a c i o n e s q u e h a s p u e st o d e u n a r e a c c i ó n so n l a s c o r r e c t a s.

APR ENDE

APUNTES DE QUÍMICA

R EACCIONES QUÍMICAS

OTR OS ASPECTOS DE L AS R EACCIONES QUÍMICAS

V EL OCIDAD DE R EACCIÓ N.

Se l l a m a v e l o c i d a d d e r e a c c i ó n a l a r a p i d e z c o n l a q u e se p r o d u c e .

Ex i st e n f a c t o r e s q u e p u e d e n m e j o r a r l a v e l o c i d a d d e r e a c c i ó n : 1 ) reduci r l as p art í cul as d e l o s r e a c t i v o s ( p ul v eri z ar) p a r a q u e h a y a m a y o r su p e r f i c i e d e c o n t a c t o , 2 ) aum ent ar l a t em p erat ura, p u e st o q u e a u m e n t a l a v e l o c i d a d d e l a s m o l é c u l a s a u m e n t a n d o l o s c h o q u e s e n t r e e l l a s, 3 ) e l u so d e cat al i z ado res q u e so n su st a n c i a s q u e a c t i v a n l a r e a c c i ó n , h a c i e n d o q u e se p r o d u z c a e n m e n o s t i e m p o , si n i n t e r v e n i r e n e l l a .

ENER G ÍA EN L AS R EACCIONES.

En l a s r e a c c i o n e s q u í m i c a s, a d e m á s d e t r a n sf o r m a c i o n e s e n l a m a t e r i a , se p r o d u c e n t a m b i é n t r a n sf o r m a c i o n e s d e e n e r g í a . Ex i st e n r e a c c i o n e s q u e d e sp r e n d e n e n e r g í a y o t r a s q u e a b so r b e n e n e r g í a . Est a p r o c e d e d e l a e n e r g í a q u e p o se e n l o s á t o m o s y m o l é c u l a s d e l a s su st a n c i a s, d e b i d a a su s m o v i m i e n t o s i n t e r n o s d e t rasl aci ó n, ro t aci ó n y v i braci ó n.

L a s r e a c c i o n e s q u e d e sp r e n d e n e n e r g í a e n f o r m a d e c a l o r se l e s d e n o m i n a R E A C C I O N E S E X O T É R M I C A S . ( V a n a c o m p a ñ a d a s d e u n a u m e n t o d e t e m p e r a t u r a ). L a s r e a c c i o n e s q u e a b so r b e n e n e r g í a e n f o r m a d e c a l o r se l e s d e n o m i n a R E A C C I O N E S E N D O T É R M I C A S . ( V a n a c o m p a ñ a d a s d e u n a d i sm i n u c i ó n d e l a t e m p e r a t u r a ). V e r e m o s m á s a d e l a n t e c o m o se p u e d e n h a c e r t a m b i é n c á l c u l o s c u a n t i t a t i v o s c o n l a e n e r g í a q u e se a b so r b e o d e sp r e n d e d e u n a r e a c c i ó n i g u a l q u e h i c i m o s c á l c u l o s c o n l o s i n t e r c a m b i o s d e m a t e r i a q u e se p r o d u c e n .

APR ENDE