folleto química(1)

7/22/2019 folleto qumica(1)

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QUMICA GENERAL I

CAPTULOS Pg.

1. ENLACE QUMICO 2

2. GEOMETRA MOLECULAR 8

3. LQUDOS 19

4. SLIDOS 34

5. SOLUCIONES 44

6. CINTICA QUMICA 57

7. EQUILIBRIO QUMICO 74

8. CIDOS Y BASES - EQUILIBRIO INICO 83


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CAPTULO 1

ENLACE QUMICO

Un enlace qumico es el proceso fsico responsable de las interacciones atractivas

entre tomos y molculas, y que confiere estabilidad a los compuestos qumicos

diatmicos y poliatmicos. En general, el enlace qumico fuerte est asociado con la

comparticin o transferencia de electrones entre los tomos participantes.

Los enlaces varan ampliamente en su fuerza. Generalmente, el enlace covalente y el

enlace inico suelen estar descritos como fuertes, mientras que el enlace de

hidrgeno y las fuerzas de Van der Waals son consideradas como dbiles. Debe

tenerse cuidado porque los enlaces dbiles ms fuertes pueden ser ms fuertes que

los enlaces fuertes ms dbiles.

ENLACE COVALENTE

En un enlace covalente, los dos tomos enlazados comparten electrones. Si los

tomos del enlace covalente son de elementos diferentes, uno de ellos tiende a atraer

los electrones compartidos con ms fuerza, y los electrones pasan ms tiempo cerca

de ese tomo; a este enlace se le conoce como covalente polar. Cuando los tomos


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unidos por un enlace covalente son iguales, ninguno de los tomos atrae a los

electrones compartidos con ms fuerza que el otro; este fenmeno recibe el nombre

de enlace covalente no polar o apolar.

ENLACE INICO

El enlace inico es un tipo de interaccin electrosttica entre tomos que tienen una

gran diferencia de electronegatividad. No hay un valor preciso que distinga la

ionicidad a partir de la diferencia de electronegatividad, pero una diferencia sobre 1.7

suele ser inica y una diferencia menor a 1.7 suele ser covalente. En palabras ms

sencillas, un enlace inico es aquel en el que los elementos involucrados aceptan o

pierden electrones (se da entre un catin y un anin) o dicho de otra forma, es aquel


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en el que un elemento ms electronegativo atrae a los electrones de otro menos

electronegativo.

Taller 1

1) Representar con smbolos de Lewis

a) Cloro

b) Cloro molecular

c) In cloruro

a)

b)

c)


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2) Clasifique los enlaces de las molculas y dibuje una X en la columna

correspondiente:

Molcula Enlace Inico Enlace covalente

polar

Enlace covalente

No polarKFN2H2CH4MgCl2

Clculos:

3) Las siguientes especies qumicas determine el tipo de enlace que une a los

tomos (inico covalente); en caso de ser un enlace covalente determine su

polaridad (polar no polar). Analice el fundamento de3 electronegatividad.

Molcula Tipo de enlace

CH4

Cl2

NaF


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DEBER 1

Prediga el tipo de enlace que deben tener los siguientes compuestos:

Molcula Tipo de enlace Estructura de Lewis

a. Cl2

b. HBr

c. KCl

d. NH3

e. CO2

f. MgBr 2

g. H2

h. CCl4

i. O2

j. HF

k. SO2


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CAPTULO 2

GEOMETRA MOLECULAR

La geometra molecular se refiere a la disposicin tridimensional de los tomos de una

molcula. La geometra de una molcula afecta sus propiedades fsicas y qumicas

como por ejemplo, el punto de fusin, el punto de ebullicin, la densidad y el tipo de

reacciones en que pueden participar. En general, la longitud y el ngulo de los

enlaces se deben determinar en forma experimental. Sin embargo, existe un

procedimiento sencillo que permite predecir la geometra de las molculas o iones con

bastante xito, si se conocen el nmero de electrones que rodean al tomo central,segn su estructura de Lewis. El fundamento de este enfoque es la suposicin de que

los pares electronesde la capa de valencia de un tomo se repelen entre s.

MODELO DE LA REPULSIN DE LOS PARES ELECTRNICOS DE LA CAPA DE

VALENCIA (RPECV)

La geometra que finalmente adopta la molcula (definida por la posicin de todos lostomos) es aquella en que la repulsin es mnima. Este enfoque para estudiar la

geometra molecular se llama modelo RPECV, ya que explica la distribucin

geomtrica de los pares electrnicos que rodean el tomo central en trminos de la

repulsin electrosttica entre dichos pares.

Dos reglas para la aplicacin del modelo RPECV son:

Al considerar la repulsin de los pares electrnicos, los dobles y los triples

enlaces se pueden tratar como si fueran enlaces sencillos. ste es un


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enfoque con propsitos cuantitativos. Sin embargo se debe observar que, en

realidad, los enlaces mltiples son mayores que los enlaces sencillos; es

decir, como hay dos o tres enlaces entre dos tomos. La densidad

electrnica ocupa mayor espacio.

Si una molcula tiene dos o ms estructuras resonantes, es posible aplicar el

modelo RPEVC a cualquiera de ellas. Por lo general las cargas formales no

se muestran.

Con este modelo en mente, se puede predecir la geometra de las molculas (e iones)

de manera sistemtica. Para lograrlo, es conveniente dividir las molculas en dos

categoras, dependiendo de la presencia o ausencia de pares electrnicos libres en el

rea central.

AB2: Cloruro de Berilio (BeCl2)

La estructura de Lewis del cloruro de Berilio en estado gaseoso es:

Debido a que los pares enlazantes se repelen entre s, deben estar en los extremosopuestos de una lnea recta para estar tan alejados como sea posible. As, es posible

predecir que el ngulo del ClBeCles de 180 y la molcula es lineal.


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AB3 Trisulfuro de boro (BFe3)

El trisulfuro de boro contiene tres enlaces covalentes, o pares enlazantes, en la

distribucin ms estable, los tres enlazantes BF apuntan hacia los vrtices de un

tringulo equiltero con el B en el centro del tringulo.

La geometra del BFe3, es trigonal plana porque los tres tomos terminales estn en

los vrtices de un tringulo equiltero, que es plano:

Entonces, cada uno de los tres ngulo BFB es de 120, y los cuatro tomos se

encuentran en el mismo plano.

AB4: Metano (CH4)

La estructura de Lewis del metano es:


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Debido a que hay cuatro pares enlazantes, la geometra del CH4 es tetradrica. Un

tetaedro tiene cuatro lados, o cuatro caras, siendo todas tringulos equilteros. En

una molcula tetradrica, el tomo central se localiza en el centro del tetraedro y los

otros cuatro tomos estn en los vrtices. Los ngulos de enlace sonde 109.5.

AB5: Pentacloruro de fsforo (PCl5)

La estructura de Lewis del pentacloruro de fsforo (en fase gaseosa) es

La nica forma de reducir las fuerzas de repulsin entre los cinco pares enlazantes es

distribuir los enlaces PCl en forma de una pirmide trigonal. Una bipirmide trigonal se

forma al unir por la base de tetraedros.


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AB5: Hexafluoruro de azufre (SF6)

La distribucin es ms estable para los seis pares enlazantes SF es en forma de

octaedro.

Un octaedro tiene ocho lados y se forma uniendo por la base dos pirmides de base

cuadrada. El tomo central en este caso es el S est en el centro de la base cuadrada

y los tomos que lo rodean se encuentran en los seis vrtices.

Molculas en las que el tomo central tiene uno o ms pares de electrones libres


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Para identificar el nmero total de pares enlazantes y pares libres, se designar{an las

molculas con pares libres como ABxEy, donde A es el tomo central, B es un tomo

de los alrededores y E es un par libre sobre A. tanto x como y son nmeros enteros.

AB2E: Dixido de azufre (SO2)

La estructura de Lewis del dixido de azufre

Debido a que en el modelo RPECV se tratan los dobles enlaces como si fueran

sencillos, la molcula de SO2 se puede visualizar como un tomo central de S con trespares de electrones. De stos, dos son pares enlazantes y uno es un par libre. Se ve

que la distribucin de los pares de electrones es trigonal plana. Pero, debido a que

uno de los pares de electrones es un par libre, la molcila de SO2 tiene forma angular.

AB2E: Amonaco (NH3)

La molcula de amonaco contiene tres pares enlazantes y un par libre:


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La distribucin global para cuatro pares de electrones es tetradrica. Pero en el NH3,

uno de los pares de electrones es un par libre, por lo que la geometra del es

piramidal con base triangular.

Debido a que un par libre repele con ms fuerza a los pares enlazantes, los tres pares

enlazantes NH se acercan.

AB2E2: Agua (H2O)

Una molcula de agua contiene dos pares enlazantes y dos pares libres:


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La distribucin global de los cuatro ppares de electrones libres en el agua es

tetradrica, al igual que en el amonaco. Sin embargo a diferencia de ste,

el agua tiene dos pares libres sobre el tomo central de Oxgeno.

Estos dos pares libres tienden a alejarse entre s lo ms posible. Como consecuencia,

los dos pares enlazantes OH se acercan ms entre s, por lo que se puede predecir

una mayor desviacin del ngulo tetradrico que en el NH3.

AB4E: Tetrafluoruro de azufre (SF4)

La estructura de Lewis:


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El tomo central de azufre tiene cinco pares de electrones, cuya distribucin de

acuerdo al grfico es bipiramidal trigonal. Sin embargo, en la molcula de SF4 uno de

los pares de electrones es un par libre, por lo que la molcula debe tener una de las

siguientes geometras.

GEOMETRA DE MOLCULAS CON MS DE UN TOMO CENTRAL

La geometra de las molculas que tienen slo un tomo central. La geometra global

de las molculas con ms de un tomo central es difcil de definir en la mayora de los

casos. Con frecuencia se puede describir slo la forma alrededor de cada tomo

central. Por ejemplo, considere el metanol,

Los dos tomos centrales en el metanol son C y O. los tres pares enlazantes CH y el

par enlazantes CO tienen una distribucin tetradrica en torno al tomo de C. el

ngulo de los enlazes HCH y OCH es aproximadamente de 109. El tomo de O en

este caso se parece al del agua, que tiene dos pares libres y dos pares enlazantes.

Por tanto, la parte HOC de la molcula es angular y el ngulo HOC es

aproximadamente igual a 105.


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TALLER 2

1) Para la siguiente especie qumica SF6, identifique el tomo central, los

electrones de valencia de cada tomo perifrico, nmero de enlaces y tipos de

enlace.

2) Indique en la siguiente tabla la estructura de Lewis, forma molecular, geometra

molecular y tipo de enlace para las siguientes especies qumicas.

No. Especie

qumica

Estructura

de Lewis

Forma

Molecular

Geometra

Molecular

Pares de

electrones

enlazantes

Pares de

electrones no

enlazantes1. PCl3

2. CH2Cl2

3. HCN

4. H2SO3

5. CCl4

6. NH4+

7. HNO3

8. CH4

9. NO3-


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DEBER 2

Complete la siguiente tabla correspondiente al captulo de geometra molecular.

No. Especie

qumica

Pares de

electrones

compartidos

Pares de

electrones

solitarios

Distribucin Geometra ngulo

de

enlace

Ideal

Grfico

1. BeCl2

2. BF3

3. SO2

4. CH4

5. NH3

6. H2O

7. PCl5

8. SF4

9. ClF3

10. SF6

11. BrF5


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CAPTULO 3

LQUIDOS

CAPACIDAD CALORFICA

La capacidad calorfica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energa

calorfica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de

temperatura que experimenta. Para medir la capacidad calorfica bajo unas

determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia

(o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorfica

viene dada por:

Donde:

C es la capacidad calorfica, que en general ser funcin de las variables de

estado.

Q es el calor absorbido por el sistema.

DT es la variacin de temperatura.

Se mide unidades del SI julios/K ( tambin en cal/C).

La capacidad calorfica (C ) de un sistema fsico depende de la cantidad de sustancia

o masa de dicho sistema. Para un sistema formado por una sola sustancia

homognea se define adems el calor especfico o capacidad calorfica especfica c a

partir de la relacin:

Donde:

c es el calor especfico o capacidad calorfica especfica.

m la masa de sustancia considerada.


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CALOR LATENTE

El calor necesario para que se produzca el cambio de estado de una sustancia sellama calor latente (L). Segn el cambio de estado que sufra la sustancia puede ser,

calor latente de fusin (Lf), calor latente de vaporizacin (Lv) o calor latente de

sublimacin (Ls).

El calor latente depende de algunos datos:

La masa (m) de dicha sustancia.

Cantidad de Calor Q.

La frmula es:

Q = m * L

CALOR DE VAPORIZACIN Y PUNTO DE EBULLICIN (LA ECUACINM DE

CALUSIUS CLAPEYRON)

Para pasar de la fase lquida a la fase de vapor necesita una absorcin de energa por

parte de las molculas lquidas, ya que la energa total de estas es menor que la de las

molculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensacin, se produce un

desprendimiento energtico, en forma de calor. El calor absorbido por un lquido para

pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporizacin. Se suele

denominar calor latente de vaporizacin cuando nos referimos a un mol. El proceso

de vaporizacin en equilibrio para una sustancia X se puede esquematizar como:

X (l) ____ X (g)

Donde (l) y (g) representan el estado lquido y gaseoso respectivamente. El

intercambio calrico que entra en el juego se invierte en vencer la fuerza de atraccin

del lquido y se suele denominar calor latente interno de vaporizacin molar. La

relacin cuantitativa entre la presin de vapor P de un lquido y la temperatura

absoluta T est dada por la ecuacin Clausius-Clapeyron:


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Donde C es una constante, ln es el logaritmo natural y R es la constante de los gases.

Ahora bien si consideramos dos presiones de vapor P1 y P2 del mismo lquido a dos

temperaturas T1 y T2 distintas, la ecuacin se puede rescribir en la forma:

Cuando la presin de vapor del lquido es igual a la presin externa que ejerce el gas

en contacto con el lquido, se observa la formacin de burbujas en el seno del lquido y

se dice que este entra en ebullicin. As pues, el punto de ebullicin de un lquido se

define como:

La temperatura a la cual su presin de vapor es igual a la presin externa.

Si se produce una disminucin de la presin externa, el punto de ebullicin disminuye,

mientras que un aumento de la presin externa provocar un aumento del punto de

ebullicin.

DIAGRAMA DE FASES


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Se denomina diagrama de fase a la representacin grfica de las fronteras entre

diferentes estados de la materia de un sistema, en funcin de variables elegidas para

facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las

fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama

de cambio de estado.

Los diagramas de fase ms sencillos son los de presin temperatura de una

sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la

presin y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presin ytemperatura dadas, el cuerpo presenta una nica fase excepto en las siguientes

zonas:

Punto triple: en este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y

gaseoso. Estos puntos tienen cierto inters, ya que representan un invariante y

por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros.

Los pares (presin, temperatura) que corresponden a una transicin de fase

entre:

a) Dos fases slidas: Cambio alotrpico;

b) Entre una fase slida y una fase lquida: fusin solidificacin;

c) Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin

deposicin (o sublimacin inversa);

d) Entre una fase lquida y una fase de vapor: vaporizacin

condensacin (o licuefaccin).

Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en

un punto llamado punto crtico. Ms all de este punto, la materia se presenta como

un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases.


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CALOR DE VAPORIZACIN Y PUNTO DE EBULLICIN

El calor molar de vaporizacin (DHvap) es una medida de la intensidad de las

formas intermoleculares que se ejercen en un lquido. Esta propiedad se define como

la energa (por lo general, en Kilojoules) necesaria para evaporar un mol de un lquido.

El calor molar de vaporizacin est relacionado directamente con la magnitud de las

fuerzas intermoleculares que hay en el lquido. Si la atraccin intermolecular es fuerte,se necesita mucha energa para liberar las molculas de la fase lquida. Por

consecuencia, el lquido tiene una presin de vapor relativamente baja y un elevado

calor molar de vaporizacin.

La relacin cuantitativa entre la presin de vapor P de un lquido y la

temperatura absoluta T est dada por la ecuacin de Clausius Clapeyron.


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Ejercicios

1) El ter etlico es un lquido orgnico muy inflamable que se utiliza como

disolvente. La presin de vapor del ter dietlico es 401 mmHg a 18 C .

calcule su presin de vapor a 32 C.

2) La presin de vapor del etanol es de 100 mmHg a 34.9 C. Cul es su

presin de vapor a 63.5 C? (El AH del etanol es 39.3 Kj/mol)


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PUNTO DE EBULLICIN

Es la temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido es igual a

la presin externa. El punto de ebullicin normal de un lquido es la

temperatura a la cual hierve cuando la presin externa es 1 atm.


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TEMPERATURA CRTICA (Tc)

Temperatura por arriba de la cual la fase gaseosa no se puede licuar,

independientemente de la magnitud de la presin que se aplique.

PRESIN CRTICA (Pc)

Es la mnima presin que se debe aplicar para llevar a cabo la

licuefaccin a la temperatura crtica.

EQUILIBRIO LQUIDO - SLIDO

La transformacin de un lquido en slido se conoce como congelacin;

el proceso inverso se denomina fusin. El punto de fusin o el punto de

congelacin de un lquido es la temperatura a la cual las fases slida y lquida

coexisten en el equilibrio. El punto de fusin (o congelacin) normal de una

sustancia es la Temperatura a la cual una sustancia se funde (o se congela) a


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1 atm de presin. Por lo general, se omite la palabra normal cuando la

presin es de 1 atm.

Calor molar de fusin

Es la energa necesaria (comnmente en Kilojoules) para fundir 1 mol

de slido.

EQUILIBRIO SLIDO VAPOR

Los slidos tambin experimentan evaporacin y por consiguiente,

poseen una presin de vapor.

El proceso en el cual las molculas pasan directamente de slido a

vapor se conoce como sublimacin. El proceso inverso se denomina

deposicin, esto es, las molculas hacen la transicin directa de vapor a

slido.

Como las molculas estn unidas con ms fuerza en un slido, su

presin de vapor suele ser mucho menor que la del lquido correspondiente.

La energa (por lo general en kilojoules) necesaria para sublimar un mol de

slido recibe el nombre de calor molar de sublimacin, y es igual a la suma de

los calores molares de fusin y vaporizacin.


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Ejercicios

1) Calcule la cantidad de energa (en Kilojoules) necesaria para calentar 346 gde agua lquida desde 0C a 182C. suponga que el calor especfico del

agua es 4.184 J/g C en todo el intervalo lquido y que el calor especfico de

vapor es 1.99 J/g C.

Grfico:

2) Calcule el calor que se libera cuando 68.0 gramos de vapor a 124C. se

convierten en agua a 45C

Grfico:


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Clculos:

TALLER 3

1) Durante muchos aos, el agua potable se ha enfriado en climas clidos

evaporndola de las superficies de bolsas de lona u ollas de barro poroso.

Cuntos gramos de agua se pueden enfriar de 35 C a 22 C por laevaporacin de 50 gramos de agua? (El calor de vaporizacin del agua en este

intervalo de temperatura es de 2,4 KJ/g el calor especfico del agua es de 4,18

J/gK)


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2) El etanol (C2H5OH) dunde a -114C y ebulle a 78C; la entalpa de fusin del

etanol es de 5.02 KJ/mol, y su entalpa de vaporizacin es de 38.56 KJ/mol.

Los calores especficos del etanol slido y lquido son 0.97 J/gK y 2.3 J/gK

respectivamente. Cunto calor se requiere para convertir 75 g de etanol a120C, a la fase de vapor a 78C?

Grfico:

Clculos:

3) Calcule el cambio de entalpa para convertir 3 mol de hielo de -50C en vapor

de agua a 150C bajo una presin constante de 1 atm. Los datos para el

problema se detallan a continuacin:

Grfico:


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Clculos:

4) A continuacin se muestran cinco mediciones de presin de vapor para el

mercurio a distintas temperaturas. Determine mediante un grfico el calor

molar de vaporizacin del Hg.


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T(C) 340 320 300 250 200P (mmHg) 557,9 376,3 246,8 74,4 17,3T (K)1/TK

(lnP(mmHg))

Grfico:

Clculos:


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5) La presin de vapor del etanol es de 100 mmHg a 34.9 C. proceda a

determinar la presin de vapor a 63,5 C. tomar en cuenta que calor molar de

vaporizacin del etanol es de 39,3 Kj/mol (DHvap).

Datos:

Clculos:


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DEBER 3

1) Los puntos de ebullicin y de congelacin del dixido de azufre (SO2) son

-10C y 72.7 C (a 1 atm), respectivamente. El punto triple es 75.5 C y

1.65 x 10-3 atm; su punto crtico est a 157 C y 78 atm. Con esta informacin,

dibuje un esquema no escalan del diagrama de fases SO2.


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CAPTULO 4

SLIDOS

Los slidos se dividen en dos categoras: cristalinos y amorfos. El hielo es un

slido cristalino que posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, sus tomos

molculas o iones ocupan posiciones especficas.

La celda unitaria es la unidad estructural repetida de un slido cristalino.

TIPOS DE CELDAS


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CELDA CBICA SIMPLE

Se la conoce como la unidad bsica que se repite en la distribucin de las

esferas.

CBICA CENTRADA EN EL CUERPO

Se distingue de un cubo simple en que la segunda capa de esferas se

acomoda en los huecos de la primera capa, mientras que la tercera lo hace en los

huecos de la segunda capa.


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Cada esfera de esta estructura tiene un nmero de coordinacin de 8 (cada

una est en contacto con cuatro esferas de la capa superior y cuatro de la capa

inferior).

CBICA CENTRADA EN LAS CARAS

En esta celda hay esferas en el centro de cada una de las seis caras del cubo,

adems de las 8 esferas de los vrtices.

CELDAS UNITARIAS

Se define como celda unitaria, la porcin ms simple de la estructura cristalina

que al repetirse mediante traslacin reproduce todo el cristal. Todos los materiales

cristalinos adoptan una distribucin regular de tomos o (in/iones) en el espacio.


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a interferencia es constructiva cuando la diferencia de fase entre la radiacin emitida por

diferentes tomos es proporcional a 2. Esta condicin se expresa en la ley de Bragg:

Donde

n es un nmero entero,


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es la longitud de onda de los rayos X,

des la distancia entre los planos de la red cristalina y,

es el ngulo entre los rayos incidentes y los planos de dispersin.

SLIDOS CRISTALINOS:

TIPOS DE SLIDOS CRISTALINOS:

Las estructuras y propiedades de los cristales

Inicos:

Se caracterizan porque sus redes cristalinas estn formadas por cationes y

aniones unidos por fuerzas electrostticas (NaCl). Tienen puntos de fusin

elevados, son solubles en agua y conducen la electricidad cuando se

encuentra en una disolucin acuosa.
http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_Xhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Loi_de_bragg.png?uselang=eshttp://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_X


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Moleculares:

Las unidas que se repiten en la red cristalina son tomos molculas neutras

(I2). Tienen bajos puntos de fusin, son solubles en disolventes no polares y no

conducen la electricidad.

Metlicos:

Formados por cationes metlicos rodeados de electrones mviles (Fe, Na).

Tienen puntos de fusin elevados, son insolubles en el agua y la mayora de

los disolventes orgnicos y son buenos conductores.

Red Covalente:


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Los tomos que forman la red se unen mediante enlaces covalentes y no

forman molculas discretas (diamante). Tienen sus puntos de fusin muy

elevados, son insolubles en la mayora de los disolventes comunes y no son

conductores.

SLIDOS AMORFOS

Los slidos son ms estables en forma cristalina. Los slidos amorfos como el

vidrio, carecen de una distribucin tridimensional regular de tomos.

TALLER 4

1) Un elemento cristaliza en una celda unitaria cbica centrada en el cuerpo.

La arista de la celda unitaria es 2.86 A y la densidad del cristal es de 7.92

g/cm3. Calcular el peso atmico del elemento.


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2) La celda en un retculo cbico centrado en las caras. Por difraccin de

rayos X se determin que la longitud de una arista de la celda unitaria es

408.6 pm. La densidad de la plata es 10.50g/cm3. Determine la masa deun tomo de plata y el nmero de Avogadro, considerando que el peso

atmico de la plata es 107.87g/cm3.


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3) El Xenn slido forma cristales con una celda unitaria centrada en las caras

cuya arista mide 0.620 nm. Calcule el radio atmico del Xenn.

4) El fluoruro de potasio tiene una estructura cristalina del tipo del cloruro de

sodio (la estructura posee una red con una celda unitaria centrada en las

caras). La densidad de la sal referida a 25C es 2.468g/cm3. Calcule el

valor de la arista.


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5) El acomodo geomtrico de los iones en crsitales de LiF es el mismo que en

NaCl. Una arista de una celda unitaria de LiF mide 4.02 A. calcular la

denisidad del LiF (a 20 C la densidad experimental del fluoruro es

2.94g/cm3).

6) La distancia entre capas de NaCl cristalino es de 282 pm. Los rayos X se

difractan de estas capas en un ngulo de 23. Suponiendo que n=1,

calcule la longitud de onda de los rayos X en pm.

7) La celda unitaria de la plata metlica es cbica centrada en las caras con

aristas igual a 4.086 A. determine:

a) El radio atmico de la plata.

b) El volumen de un tomo de plata en cm3, si el de la esfera es V =

(4/3)r3.

c) El porcentaje del volumen de la celda unitaria ocupado por tomos de

Ag.

d) El porcentaje del espacio vaco.

e) La densidad de la plata metlica.


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CAPTULO 5SOLUCIONES


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Una solucin es una mezcla homognea de dos o ms sustancias. La sustancia

disuelta se denomina soluto y est presente generalmente en pequea cantidad en

comparacin con la sustancia donde se disuelve denominada solventye.

PORCENTAJE MASA-MASA (%M/M):

Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100

unidades de masa de disolucin:

MOLARIDAD (M):

La Molaridad (M), o concentracin molar, es el nmero de moles de soluto por

cada litro de solucin. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 ml de

disolucin, se tiene una concentracin de ese soluto de 0,5 M (0,5 molar).

Se representa tambin como M=n/V, en donde:

n son los moles de soluto

V es el volumen de la disposicin en litros.


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MOLALIDAD (m):

La molalidad (m) es el nmero de moles de soluto por kilogramo de disolvente(no de disolucin). Para preparar disoluciones de una determinada molalidad, no

se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede

hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analtica, previo peso del

vaso vaco para poder restar el correspondiente valor.

NORMALIDAD (N):

La Normalidad (N) es el nmero de Equivalente qumico (Eq-q) de soluto por

litro de disolucin.

PROPIEDADES COLIGATIVAS:

Las propiedades coligativas aquellas propiedades de una solucin que

dependen nicamente de la concentracin molal, es decir, de la cantidad de partculas

de soluto por partculas totales, y no de la naturaleza o tipo de soluto. Estn

estrechamente relacionadas con la presin de vapor, que es la presin que ejerce la


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fase de vapor sobre la fase lquida, cuando el lquido se encuentra en un recipiente

cerrado.

DESCENSO DE LA PRESIN DE VAPOR:

Cuando se prepara una solucin con un disolvente puro y un soluto no voltil

(que se transformar en gas) y se mide su presin, al compararla con la presin de

vapor de su solvente puro (medidas a la misma temperatura) se observa que la de la

solucin es menor que la del solvente. Esto es consecuencia de la presencia del

soluto no voltil.

DESCENSO CRIOSCPICO:

El soluto obstaculiza la formacin de cristales slidos, por ejemplo el lquido

refrigerante de los motores de los automviles tiene una base de agua pura a presin

atmosfrica se congelara a 0C dentro de las tuberas y no resultara til en lugares

fros. Para evitarlo se agregan ciertas sustancias qumicas que hacen descender su

punto de congelacin.

m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de

disolvente (mol/Kg.)

DTfes el descenso del punto de congelacin y es igual a T f T donde T

es el punto de congelacin de la solucin y T fes el punto de

congelacin del disolvente puro.

Kf es una constante de congelacin del disolvente. Su valor, cuando el

solvente es agua es 1.86 C Kg/mol

AUMENTO EBULLOSCPICO


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Al agregar molculas o iones a un disolvente puro la temperatura en el que

ste entra en ebullicin es ms alto. Por ejemplo, el agua pura a presin atmosfrica

ebulle a 100C, pero si se disuelve algo en ella el punto de ebullicin sube algunos

grados centgrados.

m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de

disolvente (mol/Kg.)

DTbes el descenso del punto de ebullicin y es igual a T - Tbdonde T es

el punto de ebullicin de la solucin y Tbes del disolvente puro.

Kb es una constante de ebullicin del disolvente. Su valor, cuando el

solvente es agua es 0.52 C Kg/mol

PRESIN OSMTICA

La smosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de mayor

hacia zonas de menor concentracin de partculas. El efecto puede pensarse como

una tendencia de los solventes a diluir. Es el pasaje espontneo de solvente desde

una solucin ms diluida hacia una solucin ms concentrada, cuando se hallan

separadas por una membrana semipermeable.

N es el nmero de moles de partculas en la solucin.

R es la constante universal de los gases, donde R= 8.314472 J.K -1.mol-1.

T es la temperatura en grados Kelvin.

Teniendo en cuenta n/V representa la molaridad (M) de la solucin obtenemos:


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Al igual que en ley de los gases ideales, la presin osmtica no depende de la

carga de las partculas.

TALLER 5

1. Calcule el porcentaje en masa del Sulfato de Sodio en una disolucin que

contiene 11.7 gramos de Sulfato de Sodio en 443 gramos.

2. Se prepara una disolucin que contiene 7.5 gramos de CH3OH en 245 gramos

de H2O. calcular:

a) La fraccin molar del CH3OH,

b) El porcentaje en masa del CH3OH;

c) La molalidad del CH3OH.


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3. Calcule la molaridad de una disolucin que se prepara disolviendo 10.5 gramos

de Nitrato de Magnesio Mg(NO3)2 en 250 ml de disolucin.


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4. La densidad del acetonitrilo CH3CN es 0.786 g/ml y la densidad del metanol

CH3OH es de 0.791 g/ml. Se prepara una disolucin disolviendo 15 ml de

metanol en 90 ml de acetonitrilo. Calcular:

a) La fraccin molar del metanol en la disolucin;

b) Calcule la molalidad de la disolucin.

5. Determine la Normalidad de una solucin de H3PO4 que tiene un volumen de

850 ml y en que estn presentes 20g de dicho cido.


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6. La glicerina C3H8O3 es un electrolito no voltil con una densidad de 1.26 g/ml

a 25 C. Calcular la presin de vapor a 25C de una disolucin que se prepar

agregando 50 ml de glicerina a 500 ml de agua. La presin de vapor de agua

pura a 25C es de 23.8 torr.

7. Calcule el punto de congelacin y ebullicin de una disolucin que contiene 0.6

Kg de cloroformo CHCl3 y 42 gramos de eucalipto C10H18O; una sustancia

fragante que se encuentra en las hojas de los eucaliptos. Sabiendo que los


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puntos de fusin y ebullicin del cloroformo son -63.5 Cy 61.2 C

respectivamente. Datos: Kb= 3.63 C/m; Kf= 4.68 C/m.

8. El alcanfor C10H16O funde a 179.8 C y tiene una constante del punto de

congelacin excepcionalmente grande, Kf= 40C/m. Si 0.186 gramos de una

sustancia orgnica desconocida se disuelve en 22.01 gramos de alcanfor

lquido; se observa que el punto de congelacin de la mezcla es de 176.7 C.

Calcule la masa molar del soluto.

9. Calcule la presin osmtica de una disolucin que se prepara disolviendo 50

mg de aspirina C9H8O4 en 0.250 L de agua a 25C.


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DEBER 5

1. Calcule, en primer lugar, la presin de vapor de una disolucin preparada aldisolver 218 gramos de glucosa (masa molar= 180.2 g/mol) en 460 ml de

agua a 30C. luego determine la disminucin en la presin de vapor a esa

temperatura en relacin a la presin del agua (solvente puro), esto luego de

la intervencin de la glucosa sobre el agua.


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2. El cido Sulfrico concentrado que se utiliza laboratorio es H2SO4 a 98%en masa. La densidad de esta solucin es de 1.83 g/ml. A continuacin

calcule la molalidad y molaridad de la solucin cida. Presente sus

respuestas con las dimensiones correspondientes.


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3. La presin de vapor de una disolucin de glucosa es de 17.01 mmHg a

20C, mientras que la del agua pura es de 17.25 mmHg a la misma

temperatura. Calcule la molalidad de la disolucin. Datos: nmero de

moles de agua en un kilogramo de agua es de 55.49.


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4. El etilenglicol CH2(OH)CH2(OH), es un anticoagulante comn para los

automviles. Es soluble en agua y bastante no voltil (punto de ebullicin

de 197C). datos: La masa molar del etilenglicol es de 62.01 g; Kf= 1.86

C/m; Kb= 0.51 C/m; los puntos de ebullicin y congelacin del agua son100.00 C y 0.0 C, respectivamente.

5. La presin osmtica promedio del agua de mar, medida a temperatura de

25 C, es alrededor de 30.0 atm. Calcule la concentracin molar de una

disolucin acuosa de urea [(NH2)2CO] que es isotnica del agua de mar.


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6. La solubilidad de MnSO4.H2O en agua a 20C es de 70 g. por 100 ml de

agua. Con los clculos pertinentes proceda a contestar si una disolucin de

1.22 de sulfato de manganeso mono hidratado en agua a 20C esta

saturada, insaturada o sobresaturada?


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7. Se prepara una disolucin disolviendo 35.0 g. de hemoglobina (Hb) ensuficiente agua para obtener un volumen de 1L. si la presin osmtica de

la disolucin es de 10.0 mmHg a 25C, calcule la masa molar de la

hemoglobina. Qu unidades debemos utilizar para y la temperatura?


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CAPTULO 6

CINTICA QUMICA

VELOCIDAD DE REACCIN:

La rapidez o velocidad de reaccin se define como la cantidad de reactivos quese transforma o el producto que se forma por unidad de tiempo. La unidad es

molaridad/segundos (M/s).

En una reaccin qumica pueden intervenir diversos factores que se encargan

de modificar (ya sea aumentando o disminuyendo) la rapidez de la misma. Estos

factores son:


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REACCIN DE ORDEN CERO:

REACCIN DE ORDEN UNO

REACCIN DE ORDEN 2


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CINETICA QUIMICA

El trmino Cintica Qumica se refiere al estudio de las Velocidades de Reaccin y

de los factores que influyen en ellas

Velocidad: V = Espacio recorrido/Unidad de tiempo

Velocidad de reaccin: Vr = Cambio de concentracin de reactivo o producto en

funcin del tiempo que sucede el cambio (M/s)

Para la reaccin: A B

Velocidad que se consumen los reactivos = Velocidad que se forman los productos

VA = - [A]/t VB = [B]/t

Velocidad de reaccin y Estequiometra

Cuando la relacin estequiomtrica es diferente a 1

aA + bB cC + dD (1)


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Velocidad = -[ ]

=

t

A

a

1-

[ ]=

t

B

b

1 [ ]=

t

C

c

1 [ ]

t

D

d

1

Factores que afectan la velocidad de reaccin

Naturaleza de los reactivos

Cambios de concentracin

Cambios de temperatura

Presencia de un catalizador

Efecto de la Naturaleza de los reactivos

Cuando una o todas las sustancias que se combinan se hallan en estado slido, la

velocidad de reaccin depende de la superficie expuesta en la reaccin. Cuando los

slidos estn molidos o en granos, aumenta la superficie de contacto y por

consiguiente, aumenta la posibilidad de choque y la reaccin es ms veloz.

Lo mismo ocurre cuando las sustancias reaccionantes no son miscibles entre s, como

por ejemplo, en la hidrlisis neutra de un aceite, se hace reaccionar ste con agua,

para lograrlo, el agua de la parte inferior (recordemos que el aceite es ms liviano que

el agua) se recircula hacia la parte superior rocindola sobre la superficie del aceite.

Otro ejemplo sera el de un kilo de viruta de madera, que se quema ms rpido que un

tronco de un kilo de masa.

Efecto del Cambio de la Concentracin.

Una forma de estudiar el efecto de la

concentracin en la velocidad de

reaccin consiste en establecer cmo

depende la velocidad al comienzo de la

reaccin (velocidad inicial) de las

concentraciones de partida
http://www.sindone.org/images/icono/fuocogr.jpg


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La dependencia de la concentracin se expresa: V = [ ]Rk

Para la reaccin (1) V = [ ] [ ]nm BAk (2)

Donde:

- K es la constante de velocidad

- m y n determinan el orden de reaccin (son nmeros enteros pequeos 0, 1,

2.)

Exponentes de la ecuacin de Velocidad

Los exponentes determinan el orden de reaccin con respecto a los reactivos y la

suma de ellos establece el orden general de reaccin.

- Si la concentracin vara y no se ve afectada la velocidad, la reaccin es de

orden 0

- Si la concentracin vara y la velocidad vara en la misma proporcin, lareaccin es de orden 1

- Si la concentracin se duplica y la velocidad vara en una proporcin de 22, la

reaccin es de orden 2

- Si la concentracin se triplica y la velocidad vara en una proporcin de 32 es

de orden es de orden 3

Para V = [ ] [ ]+

2

2

4 NONHk El orden general de reaccin es 2


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La constante de velocidad y sus unidades

De lo expuesto anteriormente (2) se deduce que k depende del orden de reaccin

Si Velocidad se expresa en M/s y Concentracin en M

Para una reaccin de primer orden: s -1

Para una reaccin de segundo orden: M-1s-1

Para una reaccin de tercer orden: M-2s-1

Reacciones de Primer Orden

Es la que depende de la concentracin de uno de sus reactivos elevado a la primera

potencia

Para una reaccin del tipo A Productos Velocidad = -[ ]t

A

= k[ ]A

Si relacionamos la concentracin de A al comienzo de la reaccin [A]0con su

concentracin en cualquier otro tiempo t, [A]t

[ ] [ ] ktAAt

= 0lnln [ ]

[ ]kt

A

At

=

0

ln (3)

La ecuacin 2 tambin se puede ordenar

[ ] [ ]0lnln AktA t +=

Dnde Y = mx + b

Reacciones de Segundo Orden


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Es aquella cuya velocidad depende de la concentracin de un reactivo elevada a la

segunda potencia o de las concentraciones de dos reactivos diferentes, cada una

elevada a la primera potencia.

Velocidad =[ ]

[ ]2Akt

A=

Si relacionamos la concentracin de A al comienzo de la reaccin [A]0con su

concentracin en cualquier otro tiempo t, [A]t

[ ] [ ]0

11

Akt

At

+=

Dnde Y = mx + b

Vida media (t1/2)

Es el tiempo necesario para que la concentracin de un reactivo descienda a la mitad

de su valor original [ ] [ ]0

21

21 AA

t=

La vida media es una forma conveniente para describir la rapidez con la que una

reaccin ocurre

Para una reaccin de Primer Orden t1/2 =kk

693,02

1ln

=

Para una reaccin de Segundo Orden t1/2 =

[ ]0

1

Ak


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Efecto de la Temperatura

La velocidad de casi todas las reacciones cambia por efecto de la temperatura. Se

puede ver este efecto en la descomposicin de los alimentos, cuando los ponemos en

refrigeracin y cuando los dejamos al medio ambiente en una ciudad como Guayaquil.

Cuando dos molculas interaccionan, parte de la energa cintica se convierte en

energa vibracional. Si la energa es muy grande, las molculas comenzarn a vibrar

fuertemente, con lo cual algunos enlaces se rompern. El rompimiento de los enlaces

es el primer paso para que se produzca una reaccin. Pero que pasa si la energa es

pequea? o muy grande?

En realidad eso depende de lasmolculas que deben reaccionar, pero

siempre ser necesaria una cantidad

mnima de energa para que la

reaccin se produzca; a esa energa

llamaremos Energa de activacin

Con este modelo es fcil entender el efecto de la temperatura en la velocidad de reaccin, porque al

aumentar la temperatura aumenta la energa cintica de las molculas y con ello se aumenta la posibilidad de

que se supere la energa de activacin durante la colisin.

El concepto de energa de activacin fue concebido a finales del siglo XIX por el qumico sueco Svante

Arrhenius, quien demostr que la constante de velocidad para una reaccin vara con la temperatura de

acuerdo a la siguiente expresin conocida como la Ecuacin de Arrhenius

RTEa

Aek

=

Donde: Ea es la energa de activacin

R es la constante de los gases

T es la temperatura absoluta


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e es la base de los logaritmos naturales

A es el nmero de choques entre las partculas reaccionantes

Si obtenemos el logaritmo para cada lado de la igualdad, nos queda:

ART

Eak lnln +=

Ecuacin que puede identificarse con la ecuacin de una recta

Curvas de energa para (a) una reaccin exotrmica; (b) una reaccin endotrmica

Efecto de los catalizadores

Un catalizador es una sustancia que

modifica la velocidad de una reaccin,

sin que sufra un cambio qumico

permanente y sin consumirse durante

la misma

Su presencia en muchos casos

disminuye la necesidad de altas

temperaturas y altas presiones en

procesos industriales, razn por lo que

actualmente se hacen grandes

inversiones de dinero en estudios,

buscando ms y mejores catalizadores.


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Existen dos tipos de catlisis: homognea y heterognea.

En la catlisis homognea todas las sustancias (reactivos, productos y catalizadores)

estn en el mismo estado fsico. En la heterognea en cambio el catalizador es una

sustancia slida y las dems sustancias estn en otros estados fsicos.

Ejercicios

TALLER 6

1) La descomposicin del compuesto A sigue una cintica de ordencero con

k=1,0x10-5M/s. Si se parte de una concentracin inicial de A 1,000M, calcula: a)

la concentracin molar de A al cabo de 12 h de descomposicin, b) el tiempo

necesario para que la concentracin sea 0,200M, c) la vida media

2) La descomposicin del compuesto A sigue una cintica de segundoorden

con k=1,0x10-5M-1s-1. Si se parte de una concentracin inicial de A 1,000M,

calcula: a) la concentracin molar de A al cabo de 12 h de descomposicin, b)

el tiempo necesario para que la concentracin sea 0,200M, c) la vida media


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3) La constante de velocidad de primer orden de descomposicin de un

insecticida de jardn(x) en agua a 20C es de 0.725 ao-1. Cierta cantidad del

insecticida x es arrastrada por casualidad el 1 de Agosto de 2007 al lago de la

ESPOL en el Campus Prosperina y alcanza una concentracin de 4.0 x 10-

7g/cm3 de agua. Suponga que la temperatura media del lago es de 20C.

proceda a calcular la concentracin de x para el 1 de Agosto del 2008.


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4) El desastre de Chernbil es el nombre que recibe el accidente nuclear

sucedido en la central nuclear de Chernbil el 26 de abril de 1986. Este

suceso ha sido considerado el accidente nuclear ms grave segn el INES y

uno de los mayores desastres medioambientales de la historia. La central

nuclear de Chernbil (Central elctrica nuclear memorial V.I. Lenin) se

encuentra en Ucrania, a 18 Km al Noroeste de la ciudad de Chernbil, a 16 Km

de la frontera entre Ucrania y Belorusia y a 110 Km al norte de la capital de

Ucrania, Kiev.

Inmediatamente despus del accidente, la mayor preocupacin se centr en el

yodo radioactivo, con un periodo de semidesintegracin de ocho das. Hoy en

da 2011 las preocupaciones se centran en la contaminacin del suelo con

Estroncio -90 y Cesio-37, con periodos de desintegracin de unos 30 aos.

Los niveles ms altos de cesio-137 se encuentran en las capas superficiales

del suelo, donde son absorbidos por plantas, insectos hongos, entrando en la

cadena alimenticia. A) Calcule la vida media del Estroncio-90 en base a los

datos abajo proporcionados (su respuesta en aos): La desintegracin de 1

gramo de estroncio-90 despus de 2 aos deja un residuo de 0.953 gramos.

b)Determine cuanto estroncio-90 quedar despus de 5 aos a partir de la

masa inicial de la muestra dada en la parte A, su respuesta en gramos. C) En

qu continente queda el accidente ocurrido.


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DEBER 7

1) Anlisis del grfico de reaccin NO2 -------- NO + O2

t 0 5 10 15 20

M 0.100 0.017 0.0090 0.0062 0.0047


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2) Anlisis del grfico de reaccin NO2 -------- NO + O2

T s 0 39 80 140 210

M 0.316 0.274 0.238 0.190 0.146


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3) Considere la reaccin acuosa hipottica siguiente A(ac) ------- B(ac). Se carga

un matraz con 0.065 mol de A en un volumen total de 100 ml. Se recopilan los

siguientes datos:

T s 0 5 10 15 20

M 0.100 0.017 0.0090 0.0062 0.0047

Calcule el nmero de moles de B en cada tiempo suponiendo que no hay moles de

B en el tiempo cero. B) Calcule la velocidad media de desaparicin de A a cada

intervalo de 10 min, en unidades M/s. c) entre t=10 min y t= 30 min cul es la

velocidad media de aparicin de B en unidades de M/s. suponga que el volumen de la

disolucin es constante.


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4) A 500 , el gas butadieno se convierte en gas ciclobuteno. Determine grficamente elorden de la reaccin respecto al butadieno y la constante de velocidad, a partir de lossiguientes datos:

T s 195 604 1,246 2,810 4,140 8,135

M 0.100 0.017 0.0090 0.0062 0.0084 0.0057


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5) Se estudi la isomeracin del metilisonitrilo (CH3NC) a acetonitrilo (CH3CN) en fasegaseosa a 215|C y se obtuvieron los siguientes datos:

Tiempo (s) dT Concentracin dM Velocidad M/s

0 0.01650

2000 0.01100

5000 0.00591

8000 0.00314

12000 0.00137

15000 0.00074


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CAPTULO 7

EQUILIBRIO

Es un estado en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo

EQUILIBRIO QUIMICO

Las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes

El equilibrio se establece cuando

Velocidad de la reaccin Directa = Velocidad de la reaccin Inversa

A B BA

Vd = Vi kd[A]= ki[B] kd = ki

[B] /[A]= Keq (constante de equilibrio)

Para la reaccin

aA + bB cC + dD

Donde

- A y B son reactivos y C y D son productos

a, b, c, d son los coeficientes en la ecuacin qumica balanceada

kd / ki
http://www.corriere.it/Media/Foto/2004/05_Maggio/01/fdg/GINNA.jpg


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De acuerdo con la ley de accin de masas, la ecuacin que expresa la constante del

equilibrio es:

Keq = [P] /[R]

Keq = [C]c[D]d /[A]a[B]b

Donde

- Keq es la constante de equilibrio a determinada temperature

- La constante se expresa en funcin de las concentraciones (expresada en

Molaridad)

Equilibrio Heterogneo

Participan sustancias que estn en diferentes fases

La concentracin de los slidos y lquidos no se incluye en la expresin de equilibrio

para la reaccin

S se incluye la concentracin de los gases y soluciones

Equilibrio Homogneo

Participan sustancias que estn en la misma fase.

En el caso que todas las sustancias estn en fase gaseosa, se puede formular la

expresin de equilibrio en trmino de presiones parciales.

Kp = (PC)c (PD)

d / (PA)a (PB)

b

Relacionando Kc con Kp

Utilizando la ecuacin del gas ideal para convertir la concentracin (en Molaridad M) a

presin (en atmsferas)

PV = nRT por lo tanto P = (n/V) RT = MRT


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Para una sustancia A: PA = [A]RT

Reemplazando en la expresin correspondiente a Kp, obtenemos la expresin general

que relaciona Kp con Kc

Kp = Kc (RT)n

Donde n es el cambio en el nmero de moles de gas al pasar de reactivos a

productos.

PRINCIPIO DE LE CHATELIER

Si un sistema en equilibrio es perturbado por una tensin (como cambio de Presin,

Temperatura o Concentracin de uno de sus componentes), el sistema desplazar su

posicin de equilibrio de modo que se contrarreste el efecto de la perturbacin

FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO

Cambios de Concentracin.-

Si un sistema qumico est en equilibrio y agregamos una sustancia (reactivo o

producto) la reaccin se desplazar para restablecer el equilibrio consumiendo parte

de la sustancia adicionada. Por el contrario la extraccin de una sustancia da por

resultado que la reaccin se lleve a cabo en el sentido que se forme mayor cantidad

de sustancia

No cambia el valor de la constante de equilibrio

Agrega reactivo Quita reactivos

Agrega producto Quita productos

Cambios de temperatura.-


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Se puede considerar que:

En una reaccin endotrmica el calor sea un reactivo

Reactivos + Calor Productos

Agrega Calor Quita Calor

En una reaccin exotrmica, el Calor sea un Producto

Reactivos = Productos + Calor

Agrega Calor Quita Calor

Como resultado:

En una Reaccin Endotrmica: Un incremento de T hace que K aumente

En una Reaccin Exotrmica: Un incremento de T hace que K disminuya

Cambios de Volumen y Presin

Para que los cambios de presin tengan algn efecto significativo sobre una reaccin

qumica en equilibrio, es preciso que uno o varios de sus componentes sea un gas.

A temperatura constante, la reduccin del volumen de una gaseosa en equilibrio

causa que el sistema se desplace en el sentido que reduce el nmero de moles de

gas. A la inversa, un aumento de volumen causa un desplazamiento en el sentido que

produce ms molculas de gas.


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Reduce Volumen Aumenta

Presin

Se mueve hacia donde reduce el nmero de

moles

Aumenta Volumen Reduce

Presin

Se mueve hacia donde aumenta el nmero de

moles

Estos cambios no alteran el valor de la constante

TALLER 7

1) Cuando 1 mol de monxido de carbono y 1 mol de agua llegan al equilibrio a

1000C en un vaso de 10 L, la mezcla en equilibrio contiene 0,57 mol de CO;

0,57 mol de agua; 0,43 mol de CO2 y 0,43 mol de H2.

a) Escriba la ecuacin qumica para el equilibrio

b) Cul es el valor de la constante de equilibrio.

2) Para aumentar la proporcin del gas de sntesis (mezcla de CO y agua) se

aplica la siguiente reaccin.


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3) La disociacin del dixido de nitrgeno en monxido de nitrgeno y oxgeno se

desarrolla en un matraz cerrado a 327|C, la concentracin molar de los gases

de equilibrio es N2 0.0146M; NO 0.0382 M; O2 0.00191 M. hallar las

constantes Kc y Kp para la disociacin del dixido de nitrgeno a 327C

4) El Bromuro de nitrosilo est en equilibrio con bromo y xido ntrico


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DEBER 7

5) Si el bromuro de nitrosilo, NOBr, est disociado al 34% en Br2, a 24C, y la

presin inicial del bromuro de nitrosilo es 0,25 atm, calcule Kp y Kc a esa

temperatura.


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6) La constante de equilibrio Kp para la reaccin : es de 55,3 a 700C. en un

matraz de 2L que contiene una mezcla en equilibrio de los tres gases, hay

0.056 g. de N2 y 4.36 g. de H2 Cul es la masa de NH3 en el matraz?

7) La descomposicin del N2O5 se lleva de acuerdo a la siguiente ecuacin

N2O5 ----) NO2 + O2 en base a lo proporcionado, determine la velocidad

de aparicin de producto N2.


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CAPTULO 8

CIDOS Y BASES - EQUILIBRIO INICO

CIDOS Y BASES

Los cidos de Bronsted donan protones y las bases de Bronsted

aceptan protones. sta es la definicin a la que normalmente se

refieren los trminos cido y base.


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La acidez de una disolucin acuosa se expresa como su pH, que se

define como el logaritmo negativo de la concentracin de iones

hidrgeno (en mol/L).

A 25C, una disolucin cida tiene un pH7, y una disolucin neutra tiene un pH=7.

Los siguientes cidos se clasifican como cidos fuertes en disolucin

acuosa: HClO4, HI, HBr, HCl, H2SO4 (primera etapa de ionizacin) y

HNO3. Las bases fuertes en disolucin acuosa incluyen los hidrxidos

de los metales alcalinos y alcalinotrreos (excepto el berilio).

La constante de ionizacion Ka aumenta al incrementarse la fuerza del

cido. De forma semejante, la Kb expresa la fuerza de las bases.

El porcentaje de ionizacin es otra forma de medir la fuerza de los

cidos. Cuanto ms diluida es una disolucin de un cido dbil, mayor

ser su porcentaje de ionizacin.

El producto de la constante de ionizacin de un cido y la constante de

ionizacin de su base conjugada es igual a la constante de procto inico

del agua.

Las fuerzas relativas de los cidos se explican cualitativamente en

trminos de su estructura molecular.


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La mayora de las sales son electrolitos fuertes que se disocian por

completo en sus iones cuando se disuelven. La reaccin de estos iones

con el agua, denominada hidrlisis de la sal, puede producir

disoluciones cidas o bsicas. En la hidrlisis de una sal, las bases

conjugadas de los cidos dbiles forman disoluciones bsicas en tanto

que los cidos conjugados de las bases dbiles producen disoluciones

cidas.

Los iones metlicos pequeos con cargas elevadas, como el Al3+ y el

Fe3+

, se hidrolizan para formar disoluciones cidas.

La mayora de los xidos pueden clasificarse como cidos, bsicos o

anfteros. Los hidrxidos metlicos pueden ser bsicos o anfteros.

Los cidos de Lewis cido de Lewis por lo general se utiliza para

sustancias que estn en posibilidad de aceptar pares de electrones

pero que no contienen tomos de hidrgeno ionizables.


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Contante del producto inico del agua

Definicin del pH de una disoluci{on

Definicin del pOH de una disolucin


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Otra forma de la ecuacin

Relacin de constantes de ionizacin


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EQUILIBRIO INICO

El efecto del ion comn tiende a suprimir la ionizacin de un cido dbil o una

base dbil. Este efecto se explica por medio del principio de Le Chtelier.

Una disolucin amortiguadora es una combinacin de un cido dbil y una

base conjugada dbil (aadida en forma de sal) o una base dbil y su cido

conjugado dbil (aadido en forma de sal). La disolucin reacciona con

pequeas cantidades de cido o de base aadidos, de tal forma que el pH de

la disolucin permanece casi constante. Los sistemas amortiguadores tienen

una funcin importante en el mantenimiento del pH de los fluidos corporales.

El pH en el punto de equivalencia de una valoracin cido-base depende de la

hidrlisis de las sal formada en la reaccin de neutralizacin. En las

valoraciones cido fuerte-base fuerte, el pH del punto de equivalencia es 7; en

las valoraciones cido dbil- base fuerte, el pH del punto de equivalencia es

mayor que 7; en las valoraciones cido fuerte base dbil, el pH del punto de

equivalencia es menor que 7.

Los indicadores cido base son cidos o bases orgnicas dbiles que cambian

de color cerca del punto de equivalencia de una reaccin de neutralizacin

entre un cido y una base.

El producto de la solubilidad Kps expresa el equilibrio entre un slido y sus iones

en disolucin. La solubilidad se puede calcular a partir de Kps, y visceverssa.


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La presencia de un ion comn disminuye la solubilidad de una sal ligeramente

soluble.

La solubilidad de las sales ligeramente solubles que contienen aniones bsicos

aumenta con el incremento de la concentracin de iones de hidrgeno. La

solubilidad de sales que tienen aniones derivados de cidos fuertes no se

modifica con el pH.

Los iones complejos se forman en disolucin por la combinacin de un catin

metlico con una base de Lewis. La constante de formacin Kf mide la

tendencia de la formacin de un ion complejo especfico. La formacin de un

in complejo puede aumentar la solubilidad de unas sustancia insoluble.

El anlisis cualitativo es la separacin e identificacin de cationes y aniones en

disolucin.

TALLER 8

PROBLEMAS DE EQUILIBRIO CIDO BASE

1) Calcule el pH de una solucin que contiene 0.10 M de cido nitroso y0.10 M de nitrito de potasio, el valor de Ka = 4.5 *10 -4


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2) Calcule el pH de una disolucin preparada combinada 50.0 ml decido actico 0.15 M con 50.0 ml de acetato de sodio 0.20 M.

3) Complete lo solicitado en las columnas de la tabla, esto en base a losclculos pertinentes para las entradas que faltan.

H OH pH pOH cida? bsica? neutra?6.4 *10-6

11.9

7.07 *10-7


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4) Conteste, tomando en consideracin las soluciones que se preparandurante la prcitca Efecto In Comn y soluciones buffer

Solucin A: 55 ml de agua y 5 ml de una solucin 8M de NH4OH.

Solucin B: tomando la mitad de la solucin A y se le agreg 2 g. deNH4Cl.

Solucin C: tomando la otra mitad de la solucin A y se le agreg 5 mlde ZnCl2.

5) Calcule el pH de las siguientes soluciones de cidos fuertes:

a) cido ntrico 0.0575 M.

b) 0.723 g. de perclorato de k en 2.00 l de disolucin.

c) 5.00 ml de HCl 1.00 M diluidos a 0.75 L.


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DEBER 8

1) Cierta muestra de vinagre tiene un pH de 2.90. suponiendo que elnico cido que el vinagre contiene es cido actico (Ka=1.8*10-5),calcule la concentracin de cido actico en el vinagre.


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2) El cido HC6H7O2 (0.1M), es un cido monoprtico dbil conKa=1.7*10-5. Su sal (sorbato de potasio) se agrega al queso parainhibir la formacin de mohos. Cul es el pH de una solucin quecontiene 4.93 g. de sorbato de potasio en 0.5 L de solucin? (H=1g,O=16g., C=12g; K=39 g/mol).

3) Cuntos gramos de lactato de sodio (NaC3H5O3) se deben agregar a

1 litro de cido lctico HC3H5O3 0.15 M, para formar una solucinamortiguadora de pH 2.95; Suponga que el volumen no cambia alagregar el NaC3H5O3. Ka= 1.4*10-4.


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4) Complete lo solicitado en las columnas de la tabla, esto en base a losclculos pertinentes para las entradas que faltan.

H OH pH pOH cida? bsica?

neutra?

7.5 *10-3

3.6 *10-10

8.25

5.70

BIBLIOGRAFIA


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C Raymond, Qumica sptima edicin, mcGraw Hill Companis Inc, sptima

edicin.

Apuntes del Estudiante Luis Vaca

Material de trabajo Ing. Jenny Venegas.

Material de trabajo Ing. Diego Muoz

http://www.google.com.ec/imgres?

q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&

bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geo

metria2430.blogspot.com/&docid=2r
http://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2r

folleto química(1)

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