quimica 2

Elmidelia Espinoza López, Martín Robles Soto, Rosa Imelda Moreno Flores, Martín Castro,Jesús Torres Sumbra, Marcos Alfredo Lara Flores, Celso Olais Leal, Waldo Muñoz Espinoza,Jorge Alberto Rodríguez Escobedo, Zenaida Meza Villalba, Carlos Valdez Miranda, Ángel RafaelÁlvarez Paz, Waldo Apodaca Medina, María del Rosario Mascareño Mendoza, Juan ManuelBojorquez García, Conrado Alfonso Díaz Acosta, Alfredo Valdez Gaxiola, Fco. Lenin OmegaFranco, Wendy Azucena Rodríguez Cárdenas, Abel Denny Castro Romo, Rosa Amelia ZepedaSánchez, Carmen Imelda Parra Ramirez, Gabriela Galindo Galindo, Aaron Pérez Sánchez, MaríaLuisa González Verdugo, Nora Leyva Leyva, Denisse Vega Gaxiola, Leticia Márquez Martínez,Tomás Ambrosio Castro Sepúlveda, Jenny Salomón Aguilar y Jorge Rafael Linarez Amarillas.

Gloria Fca. Navarrete Sarabia, Ana Cecilia Méndez Monzón, Angélica María Félix Madrigal,Bertha Alicia Valenzuela Uzeta, Claudia Nevárez Ibarra, Gloria Maribel Zavala Bejarano, EdeliaGodínez Martínez, Altagracia Cabrera Bernal, Griselda Zavala Bejarano, Alfredo CabreraHernández, Felipa Acosta Ríos, Ana Alicia Esquivel Leyva, Guadalupe Gómez Quiñónez, QuetzalliAlejandra Hernández Zárate, Maricruz Pérez Lizárraga, Filomeno Pérez Pérez, Blanca GutierrezRuiz, Patricia Zapata Esquivel, Felix Fco. Aguirre, Asia Cecilia Carrasco Valenzuela, MauraElena Velázquez C., Rosa R. Romero Castañeda, Jorge Manuel Sandoval Sánchez, María delRosario Zapata Esquivel y Celia Monárrez García

Colaboradores

Colaboradores y Coautores del capitulo III

Gloria Fca. Navarrete Sarabia, Ana Cecilia Méndez Monzón, Angélica María Félix Madrigal,Bertha Alicia Valenzuela Uzeta, Claudia Nevárez Ibarra, Gloria Maribel Zavala Bejarano, EdeliaGodínez Martínez, Griselda Zavala Bejarano, Felipa Acosta Ríos, Filomeno Pérez Pérez, BlancaGutierrez Ruiz, José Adolfo Pérez Higuera, Martín Camilo Camacho Ramírez, Laura BeatrízCorona Morales, Milca Iris Félix P., Olga G. Alarcón Pineda, Alejandrina Madrigal G., Abel DennyCastro Romo, Luz Odilia Félix Villalba, Cruz Cárdenas Prieto, Marcela Naiví Quiroz López,Gilberto García Ramírez, María Lourdes López Machado, Grimilda Sánchez Romo, María de losAngeles Guadalupe Reyes Gutiérrez, Alondra Castro Morales, Blanca Delia Coronel M., JesúsIsabel Ortiz Robles, Javier Cruz Guardado.

Comisión Responsable de la Revisión Técnica

Química cuantitativa I

Portada: Juan Carlos Sepúlveda Castro y María Elena Osuna SánchezCorrección de estilo y ortografía: Javier Cruz GuardadoCuidado de la edición: Javier Cruz Guardado, Jesús Isabel Ortiz Robles yMaría Elena Osuna Sánchez

Primera edición, 2008.Segunda edición, 2010.Tercera edición, 2011.Cuarta edición 2012.Dirección General de Escuelas PreparatoriasUniversidad Autónoma de SinaloaCiudad Universitaria, Circuito Interior Ote. S/NCuliacán, Sinaloa, México.

Impreso en MéxicoServicios Editoriales Once RíosRío Usumacinta 821 Col. Industrial BravoCuliacán, Sinaloa, México.

2.1 Tipos de nomenclatura para los compuestos inorgánicos -------- 652.1.1 Nomenclatura común----------------------------------------------- 662.1.2 Nomenclatura sistemática ---------------------------------------- 67

2.2 Nomenclatura de compuestos iónicos -------------------------------- 68 Óxidos básicos ------------------------------------------------------ 68

Hidróxidos ------------------------------------------------------------ 72 Sales haloideas ----------------------------------------------------- 75 Oxisales -------------------------------------------------------------- 78 Hidruros iónicos----------------------------------------------------- 84

2.3 Nomenclatura de compuestos covalentes. --------------------------- 86 Óxidos ácidos o anhídridos -------------------------------------- 88 Oxiácidos------------------------------------------------------------- 90 Hidrácidos ----------------------------------------------------------- 94 Hidruros covalentes ------------------------------------------------ 96

1. Conceptos básicos de estequiometría

1.1 Conceptos básicos -------------------------------------------------------- 141.1.1 Masa atómica ------------------------------------------------------- 14 Masa molecular ----------------------------------------------------- 16 Masa fórmula -------------------------------------------------------- 171.1.2 Mol y número de Avogadro --------------------------------------- 19 Masa molar ---------------------------------------------------------- 22 Volumen molar ------------------------------------------------------ 24

1.2 Conversiones: masa-mol-partículas-volumen ------------------------ 261.3 Fórmulas químicas --------------------------------------------------------- 44

1.3.1 Características de una fórmula química ----------------------- 45 Símbolos químicos ------------------------------------------------- 45 Subíndices ----------------------------------------------------------- 45

Coeficientes --------------------------------------------------------- 451.4 Composición porcentual de las sustancias:

Ley de las proporciones definidas ------------------------------------ 471.5 Determinación de fórmulas químicas ---------------------------------- 51

1.5.1 Fórmula empírica --------------------------------------------------- 511.5.2 Fórmula real o verdadera ----------------------------------------- 54

Prólogo

2. Nomenclatura de química inorgánica

3. Reacciones y ecuaciones químicas

3.1 Reacciones y ecuaciones químicas ---------------------------------- 99Características macroscópicas de una reacción química ------ 100Niveles de representación de una reacción química ------------- 101

3.2 Tipos de reacciones químicas ---------------------------------------- 109Balanceo por tanteo ----------------------------------------------------- 110Balanceo por método algebraico ------------------------------------ 112Reacciones endotérmicas y exotérmicas -------------------------- 117Reacciones de síntesis o combinación directa ------------------- 119Reacciones de descomposición ------------------------------------- 122Reacciones de sustitución simple o desplazamiento ------------ 126Reacciones de sustitución doble ------------------------------------- 130

3.3 Reacciones de óxido-reducción y balanceo de ecuaciones --- 136Conceptos de oxidación y reducción -------------------------------- 137Reglas de los números de oxidación -------------------------------- 139Balanceo de ecuaciones por redox ---------------------------------- 142

3.4 Estequiometría de reacciones ---------------------------------------- 150Cálculos masa-masa ---------------------------------------------------- 151Cálculos masa-mol ------------------------------------------------------ 154Cálculos mol-mol --------------------------------------------------------- 157Cálculos de reactivo limitante y en exceso ------------------------- 160Porcentaje de rendimiento --------------------------------------------- 163Cálculos estequiométricos de reacciones con gases ----------- 166Cálculos masa-volumen ------------------------------------------------ 167Cálculos relacionados con la ley general de los gases ---------- 169

Respuestas a los ejercicios de las unidades I y III ----------------------------- 175

Química cuantitativa I

Este libro de Química Cuantitativa I fue diseñado para la fase especializada de Químico-Biológicas del nivel bachillerato de la Universidad Autónoma de Sinaloa, en el marco de laimplementación del Diseño Curricular 2009, en el cual se plantea un nuevo enfoque en laenseñanza y el aprendizaje de la química. Al respecto, consideramos de gran importanciacontinuar atendiendo los tres niveles de representación del conocimiento de esta ciencia: lomacroscópico, lo submicroscópico y lo simbólico, con el propósito de lograr una mejorcomprensión de la química, que permita orientar la formación de los estudiantes que tienencomo objetivo continuar sus estudios de licenciatura en carreras afines.

Nivel macroscópicoA este nivel pertenece el mundo de los hechos o lo concreto, por tanto, es al que tienen mayoracceso los estudiantes. Esta referido a todo aquello que podemos observar directamentemediante los sentidos.

Nivel submicroscópicoComprende el mundo de los modelos, las hipótesis y las teorías. Debido a la imposibilidad deobservar a los átomos, las moléculas y los iones, en química es común el uso de modelosfísicos y de representación asistida por computadora para interpretar los cambios que ocurrenen la naturaleza.

Nivel simbólicoEste nivel representa el mundo del lenguaje y de los símbolos. Implica un elevado nivel deabstracción, pues en él se utilizan símbolos, fórmulas y ecuaciónes químicas para expresar lacomposición de las sustancias, y para describir lo que sucede en una reacción química.

Al igual que en los libros de Química General y Química del Carbono, correspondientes al troncocomún, ésta obra ofrece una serie de herramientas didácticas con la finalidad de favorecer laformación de habilidades, de fomentar el razonamiento crítico, de promover la búsqueda deinformación, el trabajo colaborativo, la resolución de problemas teóricos y experimentales, y eldesarrollo de ejercicios de autoevaluación. El objetivo es que los estudiantes confronten y/oreafirmen sus aprendizajes. Con el mismo propósito se incluyen pequeños apartados quemuestran información adicional al tema, tales como: sabías qué, conozca más y la seccióncompruébalo tu mismo. Pueden ser datos, cifras, biografías de científicos, experimentos, o bienabordar temas sobre educación ambiental, donde está presente la reflexión y la acción, paradesarrollar una actitud más positiva hacia nuestro entorno.

Sin duda, el enriquecimiento de esta obra, es resultado de la reflexión colectiva y colegiadarealizada por los profesores de la academia de química, quienes de manera entusiasta sesumaron a ésta tarea.

Un nuevo enfoque en la enseñanza de la QuímicaPresentación

Unidad Regional Norte

Elmidelia Espinoza López, Martín Robles Soto, Rosa Imelda Moreno Flores, Martín Castro,Jesús Torres Sumbra, Marcos Alfredo Lara Flores, Celso Olais Leal, Waldo Muñoz Espinoza,Jorge Alberto Rodríguez Escobedo, Zenaida Meza Villalba, Carlos Valdez Miranda, Ángel RafaelÁlvarez Paz, Waldo Apodaca Medina, María del Rosario Mascareño Mendoza, Juan ManuelBojorquez García, Conrado Alfonso Díaz Acosta, Alfredo Valdez Gaxiola, Fco. Lenin OmegaFranco, Wendy Azucena Rodríguez Cárdenas.

Unidad Regional Centro-Norte

Carmen Imelda Parra Ramirez, Gabriela Galindo Galindo, Aaron Pérez Sánchez, María LuisaGonzález Verdugo, Nora Leyva Leyva, Denisse Vega Gaxiola, Leticia Márquez Martínez y TomásAmbrosio Castro Sepúlveda.

Un merecido y especial reconocimiento a los compañeros profesores de las UnidadesRegionales Centro y Sur, de las Unidades Académicas: Central Diurna, Emiliano Zapata, Hnos.Flores Magón, Dr. Salvador Allende, La Cruz, Central Nocturna, Rubén Jaramillo y Mazatlán,que aportaron sugerencias y comentarios de gran valor, desde el inicio hasta la culminación deesta obra. Contribuyeron de manera muy significativa en el mejoramiento del libro, y de maneraparticular en el tema de «Reacciones y ecuaciones químicas», el cual fue resultado del trabajoconjunto.

Por ello, de manera muy especial agradecemos y reconocemos a los profesorescolaboradores por sus valiosas aportaciones.

Unidad Regional Centro

Gloria Fca. Navarrete Sarabia, Ana Cecilia Méndez Monzón, Angélica María Félix Madrigal,Bertha Alicia Valenzuela Uzeta, Claudia Nevárez Ibarra, Gloria Maribel Zavala Bejarano, EdeliaGodínez Martínez, Altagracia Cabrera Bernal, Griselda Zavala Bejarano, Alfredo CabreraHernández, Felipa Acosta Ríos, Ana Alicia Esquivel Leyva, Guadalupe Gómez Quiñónez, QuetzalliAlejandra Hernández Zárate, Maricruz Pérez Lizárraga, Filomeno Pérez Pérez, Jenny SalomónAguilar, Jorge Rafael Linarez Amarillas, Abel Denny Castro Romo y Rosa Amelia Zepeda Sánchez.

Unidad Regional Sur

Blanca Gutierrez Ruiz, Rosalío Carrasco Macias, Patricia Zapata Esquivel, Felix Fco. Aguirre,Asia Cecilia Carrasco Valenzuela, Maura Elena Velásquez C., Rosa R. Romero Castañeda,Jorge Manuel Sandoval Sánchez, María del Rosario Zapata Esquivel y Celia Monárrez García.

Las actividades para la elaboración de éste libro se iniciaron en el mes de febrero del 2006, enlas que participaron docentes de química de las Unidades Regionales Norte y Centro-Norte.Nuestro agradecimiento a los profesores de las Unidades Académicas: Ruiz Cortines,Guamúchil, Guasave, Mochis, Choix, Valle del Carrizo y San Blas, que colaboraron en estaprimera etapa.

A nuestras familias por su paciencia, comprensión y estimulo.

Valoramos profundamente el apoyo recibido para la publicación de este libro a los directivos dela Dirección General de Escuelas Preparatorias de la Universidad Autónoma de Sinaloa.

ACADEMIA ESTATAL DE QUÍMICA

DGEP-UASCuliacán, Rosales, Septiembre de 2008

Un amplio reconocimiento al apoyo brindado por la profesora Gloria Maribel Zavala Bejaranoal compartir sus experiencias en lo referente a la actividad experimental.

Agradecemos por su apoyo incondicional en diseño gráfico para el mejoramiento del libro aJuan Carlos Sepúlveda Castro.

11Conceptos básicos de estequiometría

Unidad I

CuSO4.5 H2O

Conceptos básicos deestequiometría

12 Química cuantitativa I


Propósito de la unidad I

Comprender y utilizar los conceptos básicos como mol, masa molar y volumen molar paradesarrollar la habilidad necesaria en las conversiones entre mol, masa, litros y partículas.

1. Cuando escuchas la palabra mol con cuál de los siguientes ejemplos lo relacionas:

a) La mole de la historieta de los 4 fantásticos.b) El mole oaxaqueño o poblanoc) Con un «montón»,»bulto» o «bonche» de cosasd) Cantidad de sustancia

2. ¿Cuál de los siguientes enunciados consideras que corresponde al concepto mol?

a) Cantidad de sustancia de un sistema que contiene la misma cantidad de partículas, que elnúmero de átomos presentes en 12 g del isótopo de carbono-12.

b) Unidad fundamental del Sistema Internacional que mide la cantidad de sustancia.c) En un mol de cualquier sustancia habrá un número igual de partículasd) Todas son correctas

Actividad 1.1 Contesta de manera individual las siguientes preguntas paraexplorar tus ideas y posteriormente comenta con tus compañeros sobre larespuesta correcta.

4. La frase «La masa atómica del aluminio es 27.0», sugiere cuatro interpretaciones. Señalacuál de ellas es la incorrecta.

a) La masa de un átomo de aluminio es 27.0 g.b) La masa de un átomo de aluminio es 27.0 u.m.a.c) La masa de un mol de átomos de aluminio es 27.0 g.d) Un átomo de aluminio es 27.0 veces más pesado que 1/12 de un átomo de carbono-12.

3. ¿Cuántas partículas están presentes en un mol de partículas?

a. 1 b. 3.0 x 108 c. 6.02 x 1023 d. 12


Introducción

Como ya lo mencionamos, esta unidad tiene como propósito fundamental el de introducir alalumno en el conocimiento,comprensión y aplicación de los conceptos básicos de laestequiometría.

1.1 Conceptos básicos

Existen algunos términos que se emplean en la vida diaria, pero que en el contexto científicoadquieren un nuevo significado, por ejemplo, la palabra mole, de la cuál hablaremos másadelante.

Masa atómica

Se define como la masa de un átomo, expresada enunidades de masa atómica (uma).

Una uma se define como la doceava parte de la masa deun átomo de carbono-12. Asimismo es igual a 1.66 x10-24g.

Unidad de masa atómica (uma)

Masa atómica relativa

Se dice que la masa de un átomo es relativa, porque para medir la masa de los átomos seasigna un valor a la masa de un átomo determinado, para utilizarlo como patrón de referencia.Por ejemplo, actualmente por razones de precisión, se utiliza la masa del isótopo de carbono-12, al que se le asigna un valor exacto de 12 uma.

También de manera frecuente se utilizan indistintamente los términos masa y peso como sifueran sinónimos. En nuestro caso utilizaremos el término masa para referirnos a la cantidad demateria. En ocasiones encontramos conceptos como, masa atómica, masa atómica relativa ymasa atómica promedio, buscaremos definirlos y encontrar las semejanzas y las diferenciasentre ellos. Asimismo revisaremos los conceptos masa molecular, masa fórmula y masa molar,dejando claro donde y cuando deben ser utilizados.

uma

La estequiometría es la rama de la química que se encarga del estudio cuantitativo de lasmasas y los volúmenes de los reactivos y productos que participan en una reacción química. En1792 el químico alemán Jeremías Benjamín Richter Wenzel fue el primero en utilizar la palabraestequiometría en su libro Fundamentos de la estequiometría.

La palabra estequiometría viene del griego stoicheion, que significa «elemento», y metron,«medida», por tanto etimológicamente se define como la «medida de los elementos» o a lacuantificación de las relaciones en que intervienen los elementos en los compuestos y en lasreacciones químicas.

Na22.99

11

+1

Sodio

Masaatómica


Por ejemplo, se ha encontrado experimentalmente que en promedio un átomo de helio tiene33.36% de la masa del carbono-12. Entonces si la masa de un átomo de carbono-12 esexactamente 12 unidades de masa atómica, la masa atómica del helio debe ser:

Con la finalidad de clarificar todavía más, elpor qué las masas atómicas son relativas,veamos la siguiente analogía:

Si el patrón de referencia es el gato y sumasa es de 4 kg, entonces la masa del perroserá 6 veces mayor que la del gato.24 kg 4 kg

Si comparamos una misma masa paraambos grupos de animales, numéricamenteserán diferentes. Pero, la masa de un perroserá la misma que la de seis gatos.

24 kg 24 kg

La relación sigue siendo 1: 6

Masa atómica promedio

Debido a la existencia de isótopos naturales, la masa de un átomo se expresa como masaatómica promedio y se puede determinar si se conoce la masa relativa de los isótopos y laabundancia relativa de cada uno. Esta información la proporciona un espectrómetro de masas.

La masa atómica promedio se define como la masa promedio de los isótopos de un mismoelemento.

Por ejemplo: Si tomamos en cuenta los isótopos del oxígeno y su abundancia relativa, la masaatómica promedio del oxígeno será 15.998 uma.

0.3336 x 12 = 4.003 uma

La masa atómica relativa nos indica cuántas veces es mayor la masa de un átomo que launidad de masa atómica.


Símbolo

16O 15.994 99.758 15.994 (0.99758) 15.955 17O 16.999 0.037 16.999 (0.00037) 0.00629 18O 17.999 0.205 17.999 (0.00205) 0.03689

Masa atómica (uma)

Abundancia (%)

Masa isotópica X abundancia Fracción de masa

O Masa atómica promedio (uma) 15.998

El silicio presenta tres tipos de isótopos cuyas masas relativas son: 27.99858, 28.5859 y29.9831. Sus abundancias relativas son de 92.27, 4.68 y 3.05, respectivamente. ¿Cuál será lamasa atómica promedio del silicio?

Actividad 1.2 En forma colaborativa determina la masa atómica promediodel silicio.

Tipo de átomo Masa atómica Número de átomos Fracción de masa

H 1.008 2 = 2.016

S 32.06 1 = 32.06

Masa molecular

Se define como la masa de una molécula expresada en unidades de masa atómica (uma).

O 16 4 = 64.0

Masa molecular del ácido sulfúrico= 98.068 uma

Por ejemplo: la molécula de ácido sulfúrico, H2SO4 , tiene una masa molecular de 98 uma.

La masa molecular se obtiene sumando las masas atómicas de los átomos que integran lamolécula.

100

En un espectro de masas se grafica laabundancia relativa de las partículas cargadascontra la relación masa/carga.En este casose muestra el espectro de masas de los ionesde 16O+, 17O+ y 18O+.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

15.994

16.999 17.999

100

50

0Abun

danc

ia re

lativ

a

m/e



S 32.06 1 = 32.06O 16 3 = 48.0

Masa molecular del anhídrido sulfúrico= 80.06 uma

La masa molecular del anhídrido sulfúrico (trióxido de azufre) SO3 , es de 80.06 uma.

Actividad 1.3 En forma individual o colaborativa determina las masasmoleculares de las siguientes especies químicas.

a) HNO3 Ácido nítrico

b) H3PO4 Ácido fosfórico

c) H2CO3 Ácido carbónico

d) NO2 Dióxido de nitrógeno

e) CO2 Dióxido de carbono

f) Cl2O Anhídrido hipocloroso

g) H3BO3 Ácido bórico

h) H2SO3 Ácido sulfuroso

i) HClO3 Ácido clórico

j) I2O5 Anhídrido yódico

k) As2O3 Anhídrido arsenoso

l) Br2O7 Anhídrido perbrómico

Masa fórmula

En un compuesto iónico no podemos hablar en términos de moléculas, porque éstos estánformados por una red de iones positivos y negativos y su representación simbólica es la celdaunitaria o unidad fórmula (fórmula unitaria). La masa de esta fórmula unitaria la denominaremosmasa fórmula.

La masa fórmula se obtiene sumando las masas atómicas de los átomos que integran lafórmula unitaria.

Masa molecular


Por ejemplo: la unidad fórmula del sulfato cúprico, CuSO4 , tiene una masa fórmula de:


CuSO

63.532.0616

114

= 63.5= 32.06= 64

Masa fórmula del CuSO4= 169.56

Actividad 1.4 En forma individual o colaborativa determina la masafórmula de las siguientes especies químicas.

Masa fórmulaa) NaNO3 Nitrato de sodio

b) Ca3(PO4)2 Fosfato de calcio

c) K2CO3 Carbonato de potasio

d) Mg(NO2)2 Nitrito de magnesio

e) Al2(SiO3)3 Silicato de aluminio

f) Fe(ClO)2 Hipoclorito de hierro II

g) Li3BO3 Borato de litio

h) BaSO3 Sulfito de bario

i) KClO3 Clorato de potasio

j) CaO Óxido de calcio

k) Ca(OH)2 Hidróxido de calcio

l) MgO Óxido de magnesio

m) NaOH Hidróxido de sodio

n) Na2O Óxido de sodio

o) Mg(OH)2 Hidróxido de magnesio


El término «mol» etimológicamente proviene del latín moles, que significa masa grande.Asimismo el término molecular proviene del latin molécula, que significa masa pequeña, en lacual el sufijo – cula denota una versión diminutiva de la palabra que modifica.

Mol y número de Avogadro

La necesidad de contar con una unidad de comparación más grande entre átomos y moléculasque permitiera relacionar la masa de cualquier sustancia con su número de partículas, llevó alos químicos a establecer la unidad de cantidad de sustancia denominada mol.

El término mol fue utilizado por primera vez, por elquímico alemán Wilhelm Ostwald en la primera décadadel siglo XX. Él mismo lo estableció así, el peso normalo molecular de una sustancia expresada en gramosse debe llamar a partir de ahora mol».

Esta definición prevaleció hasta 1971, año en que estamagnitud se adoptó al SI (sistema internacional deunidades) como una entidad diferente de la masa poracuerdo de la IUPAP y la IUPAC, dos grupos integradospor especialistas en física y química, respectivamente.

Fig.1.2. Wilhelm Ostwald químico alemán (1853-1932).

¿Cómo se define al mol?

El mol se define como la unidad fundamental de la magnitud «cantidad de sustancia» en elsistema internacional de unidades (SI).

La IUPAC define al mol como la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantasentidades elementales como átomos hay en 0.012 kilogramos de carbono-12. (átomos,moléculas, iones o electrones) o bien, como la cantidad de sustancia que contiene 6.022 x1023 partículas fundamentales (átomos, iones, moléculas o electrones).

Magnitud Nombre de la unidad SímboloLongitud Metro mMasa Kilogramo kgTemperatura Kelvin K

Tiempo Segundo s

Cantidad de sustancia Mol mol

Intensidad luminosa Candela cdIntensidad de corriente Ampere A


Recibe el nombre de número de Avogadro (NA) en honor al físico Italiano Amadeo Avogadro,quién estableció en 1811, la siguiente hipótesis convertida hoy en Ley de Avogadro: «A volúmenesiguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presión y temperatura tendrán elmismo número de moléculas»

6.022 x 1023 = 602 200 000000 000000 000000 partículas

Este número se lee como:

Seiscientos dos mil doscientos trillones de partículas

Esto porque las partículas son tan pequeñas que su masa y tamaño no pueden medirse directa-mente. Para ello, es necesario medir un número muy grande de ellas, y a partir de ahí determi-nar de manera indirecta, su masa y tamaño. Es aquí donde se introduce el concepto mol y laconstante de Avogadro.

El término cantidad de sustancia es una magnitud fundamental, química, macroscópica yextensiva. Surge de la necesidad de establecer una relación entre las propiedadesmacroscópicas, masa, volumen y la variable submicroscópica, número de partículas queintervienen en los procesos. En otras palabras, de la necesidad de contar partículas o entidadeselementales submicroscópicas en forma indirecta a partir de propiedades macroscópicas, comola masa y el volumen.

Cantidad de sustancia

Mol

12 g de C 63 g de HNO3

6.022 x 1023 entidades elementales

40 g de NaOH 98 g de H2SO4

¿Sabías qué ... Lorenzo Romano Amadeo Carlo Avogadro di Quaregna e diCerreto (1776-1856). Físico y matemático italiano practicó la abogacía pormuchos años antes de interesarse en la ciencia? Su trabajo más famoso,ahora conocido como ley de Avogadro, fue ignorado durante su vida, aunquea fines del siglo XIX se convirtió en la base para la determinación de lasmasas atómicas.


Es difícil imaginar qué tan grande es el número de Avogadro en realidad, pero quizás lassiguientes analogías ayudarán a expresarlo:

Según los datos del INEGI hasta el 2005 en Sinaloa había un total de 2,608,442 habitantes. Sicada habitante contara a una velocidad de 60 partículas por minuto y tuviera un promedio devida de100 años, sin tomar en cuenta que además tiene que dormir, trabajar y alimentarse. Noalcanzarían a realizar el conteo. Si tienes duda, revisa los siguientes cálculos:

Los dos millones seiscientos ocho mil cuatrocientos cuarenta y dos habitantes de Sinaloalograrían contar sólo 8,226,000,000,000,000 partículas.

Esto se lee: Ocho mil doscientos veintiseis billones de partículas.

= 8.226 x 10152,608,442 habitantes X 100 años X 365 días X 24 hrs. X 60 min. X 60 seg X 1partícula

1 hab 1 año 1 día 1 hr 1 min 1 seg partículas

Para que te des una idea ...

No obstante, que el número de Avogadro es demasiado grande para contarlo de esa manera,si se trata de relacionar lo macro con lo submicro, se encontrará que en un mol de agua, existen6.022 x 1023 moléculas de agua, las cuales son proporcionales a 18 g o 18 mL de agua, estacantidad es insuficiente para saciar la sed. Si en un mililitro hay aproximadamente 20 gotas deagua. Entonces cabría hacernos la siguiente pregunta: ¿cuántas moléculas estarán contenidasaproximadamente en una gota de agua?

¿Y el resto quién lo contaría?

= 1.67 x 1021 moléculas H2O 1 gota de agua x 1mL de agua x 1 mol de agua x 6.022x1023moléculas de agua

20 gotas de agua 18 mL de agua 1 mol de agua

¿Qué se necesita?

25 granos de alubias25 granos de frijol25 granos de garbanzo1 balanza granataria3 vasos de plástico (chicos)

Actividad 1.5. Compruébalo tú mismo.

Propósito:a) Utilizar el semillol para comprender el concepto moly número de Avogadro.b) Promover el trabajo colaborativo


La masa molar de una sustancia se puede expresar como la masa en gramos de 1 mol deentidades elementales (átomos, iones o moléculas) de la sustancia.

Masa molar de un elementoLa masa molar de un elemento es numéricamente igual a la masa atómica sólo cambian lasunidades de uma a gramos/mol.

¿Cómo lo vamos a hacer?1. Se forman los equipos de trabajo y se reúne el material necesario.2. Se taran previamente los vasos de plástico. Registra la masa de cada uno de ellos. Debecorresponder un vaso a cada tipo de grano:

3. Coloca 25 granos en cada vaso: vaso (1), alubias, vaso (2), frijoles y vaso (3), garbanzos.Registra la masa de cada vaso + granos. Obtenga la masa correspondiente a los 25 granosde cada conjunto, al restar la masa del (vaso), de la masa del (vaso + granos).

Vaso123

Masa del vaso(g)

4. Determina la masa de un grano (de alubias, frijol y garbanzo) mediante la expresión:

X donde X = masa de 25 granosn n = 25 (número de granos)

5. Para calcular el semillagadro, mida en el vaso correspondiente el semillamol (masa molar)de los granos, luego cuente el número de granos obtenidos, ese número es el semillagadro.

Por ejemplo, el helio, (He) que es un gas valioso utilizado en la industria, en investigación, enbuceo profundo en el mar y en globos, tiene una masa atómica de 4.003 uma. Por tanto, lamasa molar del helio será de 4.003 g/mol.

Masa molar

Grano Masa del vaso + granos Masa del vaso Masa de 25 granos (X)1. Alubia2. Frijol3. Garbanzo

Grano Masa relativaMasa de un grano (X/n) SemillamolMasa Molar (g)

1. Alubia2. Frijol3. Garbanzo

Semillagadro(No. de semillas)

6. El experimento se realiza de acuerdo a la siguiente analogía:

Nivel macroscópico Nivel submicroscópicoEntidades: Semillas Entidades: ÁtomosUnidad básica: Semillamol Unidad básica: molNo. de semillas: Semillagadro No. de Átomos: 6.022 x 1023 Átomos / mol


H 1.008 uma 1.008 g/mol 6.022 x 10 23 átomos de hidrógeno

Sustancia Masa atómica Masa molar Número de átomos, moléculas oMasa molecular unidades fórmulaMasa fórmula

H2 2.016 uma 2.016 g/mol 6.022 x 10 23 moléculas de hidrógeno

Na 22.99 uma 22.99 g/mol 6.022 x 10 23 átomos de sodio

NaCl 58.44 uma 58.44 g/mol 6.022 x 10 23 unidades fórmula decloruro de sodio

H3PO4 97.988 uma 97.988 g/mol 6.022 x 10 23 moléculas de ácido fosfórico

Ca(OH)2 74.096 uma 74.096g/mol 6.022 x 10 23 unidades fórmula dehidróxido de calcio

La masa molar de un compuesto se obtiene al sumar las masas de todos los átomos queaparecen en una fórmula química, expresada en gramos/mol.

Masa molar de un compuesto

El agua es un líquido vital. Es esencial para la vida en general, y para las plantas enparticular, que son los productores primarios, por lo cual su deterioro afecta alecosistema global del planeta. Determina la masa molar del agua.

Información necesaria:Se necesita conocer las masas atómicas del hidrógeno y el oxígeno, las cuales seconsultan en la tabla periódica.

H= 1.008 uma O=16 uma

Estrategia:Se suman las masas de los átomos que constituyen un mol de agua (H2O) y elresultado se expresa en gramos/mol.

Solución:

Ejemplo 1.

2 mol de átomos de H = 2 x 1.008 g = 2.016 g

1 mol de átomos de O

1 mol de agua (H2O)

= 1 x 16 g = 16 g

= 18.016 g= 1 x 18.016 g


Volumen molar

Los científicos Amadeo Avogadro (1776-1856), italiano y André Marie Ampere (1775-1876),francés, simultáneamente enunciaron una hipótesis que posee gran importancia y que de unmodo injusto se suele atribuir sólo a Avogadro. Dicha hipótesis se expresa así:

¿A quién se le podría ocurrir en esa época que un gas compuesto por moléculas enormes (condiez átomos cada una, por ejemplo) ocupara el mismo volumen que otro con moléculasmonoatómicas? Sin embargo, Avogadro tuvo razón...No importa el tamaño ni el número de losátomos que constituyen las moléculas de los gases; en un volumen dado de cualquiera de ellosexiste el mismo número de moléculas (a la misma presión y temperatura).

¿Sabías qué ... tres cuartas partes de la superficie de la Tierra están cubiertas deagua?El 98% corresponde a agua salada de mares y océanos, y el 2% es agua dulce de losríos, lagos, manantiales, mantos acuíferos y de las capas polares. Sólo el 0.6% del aguadulce es aprovechada por el ser humano, las plantas y los animales.

a) El ácido sulfúrico, H2SO4, tiene muchas propiedades útiles: es un ácido fuerte,un buen agente deshidratante, un agente oxidante moderadamente bueno, y esusado en los acumuladores de los automóviles. Calcula su masa molar.

b) La urea, (NH2)2CO, se utiliza como fertilizante. Determina su masa molar.

c) El carbonato de sodio decahidratado, (Na2CO3.10 H2O), conocido como sosapara lavar, se emplea en los detergentes en polvo como agente ablandador. Cal-cula la masa molar.

d) El sulfato de aluminio, Al2(SO4)3, se utiliza en las plantas potabilizadoras deagua, como agente floculizante. ¿Cuál es su masa molar?

Actividad 1.6 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de cálculos de masa molar.

Volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número demoléculas si se hallan en iguales condiciones de presión y temperatura.


La cantidad de gas está relacionada con el número total de moléculas que se encuentran en elrecipiente. En un mol están presentes 6.022 x 10 23 partículas, por tanto, un mol de cualquier gasa la misma temperatura y presión tendrá el mismo volumen.

O2He¡Me siento ligero! Porquellevo a cuestas 3 mol degases diferentes. ¿Cuán-tos litros y partículasestarán contenidos?

H2

22.4 L

28.2 cm 28.2 cm

28.2 cm32.0 g O2

44.0 g CO2

28.0 g N2

17.0 g NH3

34.1 g H2S

2.016 g H2

64.1 g SO2

36.5 g HCl

Se ha calculado experimentalmente que el volumen ocupado por un mol de cualquier gas es22.4 Litros a temperatura y presión normales. Este volumen (22.4 L) se denomina volumenmolar de un gas.

Las relaciones entre la cantidad de sustancia, n; la masa, m; el volumen, V y el número departículas o entidades elementales, N, se dan a partir de la masa molar, M, el volumen molar,Vm, y la constante de Avogadro, NA.

La cantidad de sustancia en relación con otras magnitudes

16.0 g CH4

131.3 g Xe


Vm= Volumen molar

Donde:

n=V/Vm

NA= Número de Avogadro

Fig. 1.3 La cantidad de sustancia en relación con otras magnitudes

Cantidadde sustancia

Masa Volumen

n=m/M

Número departículas

(N)

n=N/NA

Estas relaciones nos permiten realizar conversiones entre masa, mol, número de partículas yvolumen.

En el estudio de la química es esencial aprender a plantear y resolver problemas numéricos demodo sistemático.Los procedimientos que se pueden utilizar para resolver problemas estequiométricos, son laregla de tres y el método del factor unitario o razón unitaria. Este último consiste en un conjuntode operaciones de proporcionalidad directa, que se resuelven mediante el análisis dimensional;el cual consiste en un análisis de las unidades de lo que se desea obtener y las unidades de losdatos con que se cuenta. Las razones unitarias o factores unitarios indican la relación queexiste entre diferentes unidades que son físicamente equivalentes o que expresan la mismacantidad física. Por ejemplo:

1 kilogramo1000gramos

100 centímetros1 metro

1 atmósfera760 mm de Hg

1 mol de partículas6.022 x 1023partículas 22.4 L

22.4 L1 mol de partículas

6.022 x 1023partículas

1 año

365 días 1 mes 2.016 gramos

1 mol de H2

30 días

¿Sabías qué ... existe ya un día para festejar al mol? Este festejo inicia a las 6:02 am deldía 23 de octubre. ¿Encuentras alguna relación de estos datos con el número de Avogadro?

1.2 Conversiones masa, mol, número de partículas y volumen


Solución:

Ejemplo: Un litro de gasolina en el motor de un automóvil produce 2.51kg de CO2, que es ungas invernadero, es decir que promueve el calentamiento de la atmósfera terres-tre. ¿Cuántos kilogramos de CO2, se generan en un año en el estado de Sinaloa?Si hasta el 2006 circulaban 625 769 vehículos particulares y en promedio cada unorecorre 8,000 kilómetros por año con un consumo de 8.5 km/litro.

Información necesaria:

Se recomienda leer con atención el problema y determinar con qué datos se cuen-ta y cuál se necesita obtener. En este caso, se conoce el rendimiento de km/litropor cada auto; la cantidad de CO2 que se genera con un litro de gasolina; el kilome-traje promedio por año de cada auto y el número de autos en Sinaloa. Se necesitadeterminar los kilogramos de CO2 producidos en un año.

Esquema de solución:

Número de autos→ km.año/auto →L/km→kg de CO2/L

625 769 autos X 8000 km/año X 1L de gasolina X 2.51 kg de CO2 1 auto 8.5 km 1 L de gasolina

Resultado = 1,478,287.238 ton de CO2/año

Estrategia:

No se necesita información adicional.

=1,478,287,238 kg de CO2/año


Si se conoce que un mol de hidruro de calcio equivale a 42.096 gramos, entoncesse puede utilizar una regla de tres o por factor unitario, para determinar la masaequivalente a 1.73 mol de CaH2.

Estrategia:

Solución: a) Por regla de tres

1 mol CaH2 42.096 g1.73 mol CaH2 X g

(1.73 mol de CaH2) (42.096 g)1 mol de CaH2

X=

X= 72.826 g de CaH2

b) Por factor unitario

1 mol de CaH2

42.096 g de CaH21.73 mol de CaH2 x = 72.826 g de CaH2

Ejemplo 1:

Masa molar del CaH2= 42.096 g/mol

Con el apoyo de la tabla periódica se determina la masa molar del hidruro de cal-cio. Masas atómicas: Ca=40.08 uma, H=1.008 uma.


Conversiones mol a masa

Esquema de solución: mol → gramos

Ejemplo 2:

Información necesaria:Las masas atómicas del sodio, Na=22.99 uma y del cloro, Cl=35.45

Estrategia:Determinar la masa molar del cloruro de sodio, NaCl, relacionar a un mol y convertir0.575 mol de NaCl a gramos.

Esquema de solución: moles → gramosSolución:

a) Por regla de tres

El hidruro de calcio es un compuesto que se emplea principalmente como agentedesecante para obtener éter seco en el laboratorio. Calcula la masa en gramosque equivale a 1.73 mol de CaH2.

Un consumo excesivo de cloruro de sodio, puede provocar un aumento en la presiónsanguínea, arteriosclerosis, edemas. Sin embargo, la falta de sodio puede causarconvulsiones, deshidratación, parálisis muscular, disminución del crecimiento yentumecimiento general. Calcula la masa en gramos que equivale a 0.575 mol decloruro de sodio, NaCl.



1 mol de NaCl 58.44 g de NaCl0.575 mol de NaCl x = 33.603 g de NaCl

¿Sabías qué ...un mol de sal común, NaCl, tiene una masa de 58.45 g cantidad que puedestener en la palma de la mano; y que un mol de agua tiene una masa de 18 g y ocupa unvolumen de 18 mL (un poco menos de 4 cucharadas de ese líquido); y que un mol de cual-quier gas ocupa 22.4 litros, lo cual es suficiente para inflar un globo hasta un diámetro de 35cm, a temperatura de 00C y una presión de 1 atmósfera?

Sal, NaCl Agua, H2O Gas helio, He

(0.575 mol de NaCl) (58.44 g de NaCl)

1 mol de NaClX=

X= 33.603 g de NaCl

1 mol NaCl 58.44 g de NaCl0.575 mol NaCl X g de NaCl

Solución:a) Por regla de tres

a) El oro puro, Au, (denominado de 24 quilates) es demasiado blando para usarloen joyería. Por tanto, para hacerlo más fuerte se alea con plata o cobre. ¿Cuántosgramos de oro corresponden a 0.20 mol del mismo?

Actividad 1.7 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones mol a masa.


c) La preparación de fulminato de mercurio es peligrosa. No solamente el productoes altamente explosivo sino que debe trabajarse con mercurio líquido (que emitevapores peligrosos) y ácido nítrico concentrado (sumamente corrosivo). En unaprueba de ensayo se emplearon 2.5 mol de ácido nítrico y se obtuvieron 20.7g defulminante de mercurio. ¿Cuántos gramos de HNO

3 fueron utilizados?

d) Un químico al desarrollar un procedimiento para mejorar la hidrogenación deaceites vegetales, a fin de obtener margarinas para uso en el hogar, utilizó 6 mol deácido oleico (C18H32O2), ¿Cuántos gramos de aceite utilizó en su experimento?

f) ¿Cuántos gramos hay en cada una de las muestras siguientes?

1) 1.5 mol de Cu

2) 0.75 mol de glucosa, C6H12O6

3) 0.5 mol de etanol (CH3CH2OH)

4) 1.5 mol de aspirina, C9H8O4

5) 0.75 mol de CO2

6) 0.5 mol Mg(OH)2

e) El zinc (Zn) es un metal plateado que se utiliza para formar latón (al alearse conel cobre) y para recubrir el hierro a fin de prevenir la corrosión (proceso degalvanizado). ¿Cuántos gramos hay en 0.420 mol de Zn?

b) El fulminato de mercurio Hg(CNO)2 es un explosivo muy sensible al choque y se

utiliza en la fabricación de fulminantes para proyectiles (balas). ¿Cuántos gramosde este compuesto se corresponden con 0.50 mol?


Conversiones masa a mol

Ejemplo 1.


Si se conoce que un mol de hidrógeno molecular equivale a 2.016 gramos, enton-ces se puede utilizar una regla de tres o por factor unitario, para convertir los 6.46g de H2 a mol.

Esquema de solución: gramos → mol


1 mol de H2 2.016 g de H2

X mol de H2 6.46 g de H2

(1 mol de H2) (6.46 g de H2)2.016 g de H2

X=

X= 3.204 mol de H2

Estrategia: H2= 2.016 g/mol

Se necesita conocer la masa molar del hidrógeno molecular a partir de la masaatómica del hidrógeno. H = 1.008 uma

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo y el tercero en abundan-cia en la corteza terrestre, desempeña un papel importante en los procesos indus-triales: se utiliza en la síntesis de amoniaco, en la producción de metanol, en lahidrogenación catalítica de aceites vegetales para producir grasas sólidas comes-tibles, también se utiliza para reducir o transformar diferentes óxidos metálicos(como los de plata, cobre, plomo, bismuto, mercurio, molibdeno y wolframio) enmetales. Ante el agotamiento de las reservas de combustibles fósiles (petróleo) elhidrógeno puede ser una fuente alternativa de energía y además no contaminante.¿Cuántos mol de hidrógeno hay en 6.46 g de hidrógeno molecular?


1 mol de H2

2.016 g de H2

6.46 g de H2 X = 3.204 mol de H2


d) Una conocida marca comercial de sal yodada contiene 0.010% en masa deyoduro de potasio (KI). ¿Cuántos mol de KI se encuentran en un paquete ordinariode esta sal, cuya masa es de 1000g?

c) El bicarbonato de sodio (NaHCO3) es un compuesto que se utiliza como antiácidoestomacal, como polvo de hornear y en los extinguidores, ya que al descomponersepor el calor libera dióxido de carbono. ¿Cuántos mol de bicarbonato de sodio estáncontenidos en 500 g de este compuesto?

e) El magnesio es el sexto elemento en abundancia en la corteza terrestre, alrede-dor del 2.5 % de su masa. El agua de mar es una buena fuente de magnesio, esposible obtener casi 1.3 gramos de magnesio, de cada kilogramo de agua de mar.Es uno de los responsables de la dureza del agua. ¿Cuántos mol de magnesio hayen 87.3 gramos de magnesio?

f) Convierte a mol las cantidades siguientes:

1) 20 g de Au

2) 20 g de Fe2O3

3) 120 g de etanol (CH3CH2OH)

4) 120 g de gas hidrógeno, H2

5) 90 g de gas oxígeno, O2

6) 90 g de glucosa, C6H12O6

a) El ion calcio, Ca2+, es el principal integrante de los huesos y dientes.Aproximadamente el 90% de calcio en el organismo se encuentra en forma defosfato o carbonato. ¿Cuántos mol de calcio están contenidos en 5.0 g de eseelemento?

b) Las unidades de refrigeración utilizan freones, sustancias inodoras y no tóxicaspara el ser humano, pero dañinas para la capa de ozono. El freón-12 tiene fórmulaCCl2F2. ¿Cuántos mol de freón-12 fueron utilizados en un compresor de unrefrigerante al ser cargado con 156 g de dicho gas?

Actividad 1.8 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones masa a mol.



32.06 g de azufre 6.022 x 1023 átomos de azufre16.3 g de azufre X átomos de azufre

Conversiones masa a número de partículas


Estrategia:

Esquema de solución: gramos → mol → átomos

Determinar la masa molar del azufre, S=32.06 g/mol, de ahí se obtiene el equiva-lente en gramos de 1 mol de azufre y se relaciona con el número de Avogadro paradeterminar el número de átomos de azufre.

Ejemplo 1.El azufre es un elemento no metálico que está presente casi siempre en lasgasolinas. Cuando la gasolina se quema en el pistón del motor, el azufre quecontiene se transforma en óxidos de azufre, que al salir a la atmósfera reaccionancon el agua formando ácido sulfúrico, lo cual da origen al fenómeno denominado«lluvia ácida». ¿Cuántos átomos hay en 16.3 gramos de azufre?

Con el apoyo de la tabla periódica se obtiene la masa atómica del azufre, igual a32.06 uma.

1 mol de S= 32.06 g = 6.022 x 1023 átomos de azufre

(16.3 g de azufre) (6.022 x 1023 átomos de azufre)32.06 g de azufre

X=

X= 3.062 x 1023 átomos de azufre

16.3 g de azufre X 1 mol de azufre X 6.022x1023 átomos de azufre 32.06 g de azufre 1 mol de azufre


= 3.062 x 1023 átomos de S

La ponzoña de la abeja común es una mezcla acuosa de diferentes compuestos.Entre estos está la histamina (cuya acción fisiológica puede neutralizarse conantihistamínicos) en un porcentaje que puede llegar al 0.013%. En promedio elaguijón de una abeja puede inocular en las víctimas aproximadamente 35 mg deponzoña. ¿Cuántas moléculas de histamina (C

5H

9N

3) son inoculadas en promedio

en cada picadura?


C5H

9N

3=111g/mol

Ejemplo 2.

Se necesita conocer la masa molar de la histamina.



Estrategia:

Esquema de solución: gramos → mol → moléculas

Convertir los 35 miligramos de ponzoña a gramos y determinar la cantidad dehistamina presente en esos 35 miligramos, sabiendo que en 100 gramos de pon-zoña hay 0.013 gramos de histamina. Una vez determinada la cantidad de histamina,se convierte a mol y estos a moléculas.


X= 2.468 x 1016 moléculas de histamina

0.035g ponz x 0.013g histamina x 1 mol histamina x 6.022x1023moléculas de histamina 100g ponzoña 111g histamina 1 mol histamina

1g de ponzoña 1000 mgX g 35 mg

(1 g) (35 mg )1000 mg

X= = 0.035 g de ponzoña

0.035g de ponzoña X g de histamina100 g de ponzoña 0.013 g de histamina

(0.035g) (0.013g )100 g

X=

0.00000455 g de histaminaX=

X mol de hist. 4.55 x 10-6 g de hist.

1mol de hist. 111 g de histamina

X= 4.099 x 10-8 mol de histamina

1mol de histamina 6.022 x 1023 moléculas4.099 x 10-8 mol de hist. X moléculas de hist.

(4.55 x 10-6g) (1mol )111 g

X=(4.099 x 10-8mol) (6.022 x 1023 moléculas)

1mol de histaminaX=

X= 4.55 x 10-6g de histamina

X= 2.468 x 1016 moléculas de histamina


a) Uno de los primeros gases propulsores usados para aerosol en envasesmetálicos fue el óxido nitroso, (N

2O) llamado también «gas hilarante», debido a

que la persona que lo inhala le produce risa. ¿Cuántas moléculas de óxido nitrosoestán contenidas en un envase aerosol cargado con 160 gramos de dicho gas?

b) El titanio es un metal ligero y resistente a la corrosión, se utiliza en la construcciónde naves espaciales, aviones y motores para éstos. ¿Cuántos átomos de titaniohay en 1g de este metal?

c) El propano (C3H

8) es un componente del gas natural y se utiliza como combustible

en la cocina. ¿Cuántas moléculas existen en 15 g de propano?

d) El ácido fosfórico (H3PO

4) se usa en los detergentes, fertilizantes, dentífricos y

bebidas gaseosas. ¿Cuántas moléculas de ácido fosfórico hay en 40g del mismo?

e) El fluoruro de sodio es la sustancia que se usa en algunas pastas dentales paracombatir caries. ¿Cuantos iones sodio hay en 200g de NaF?

f) El kilate es la unidad de masa usada por los joyeros. Un kilate equivale a 200mg, ¿cuántos átomos de carbono están presentes en un diamante de 5 kilates?

g) La densidad del agua es d= 1.00 g/mL a 40C. ¿Cuántas moléculas de agua,están presentes en 6.5 mL de agua a dicha temperatura?

Actividad 1.9 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones masa a número de partículas.


h) El mercurio es un metal líquido cuyo símbolo Hg proviene del latín, hidrargirium,que significa «plata líquida». La densidad del mercurio es de 13.6 g/cm3. ¿Cuán-tos átomos hay en 2 cm3 de Hg?

i) Se determinó la masa de una gota de agua, resultando ser 0.05 g. ¿Cuántasmoléculas de agua tiene dicha gota?

Conozca más ...sobre el mercurio

El mercurio tiene muchas aplicaciones, pero es un veneno acumulativo. Su elevado coefi-ciente de expansión térmica hace que sea un líquido adecuado para su uso en termóme-tros y barómetros. También algunos metales, se disuelven en mercurio y producen amalga-mas, como la amalgama de plata que se utiliza en empastes en odontología. Pero el mer-curio tiene una elevada volatilidad, y el líquido se evaporiza, ocasionando que el aire de losalrededores se ubique en un nivel muy por encima de los límites de seguridad. De estamanera, las amalgamas son una fuente de vapor de mercurio, y las de los empastes de losdientes liberan vapor tóxico directamente al organismo. La investigación ha demostradoque el cepillado de los dientes y el masticar aumentan el proceso de vaporización. Des-pués de introducirse en el organismo como vapor de mercurio, el metal se acumula en losriñones, cerebro y testículos, se enlaza con las proteínas; y el resultado final del envenena-miento con mercurio es un grave daño al sistema nervioso central. Su tiempo de retenciónen los tejidos es muy elevado (en los riñones un promedio de 65 días), lo cual es una de lascausas de su elevada toxicidad. En México se siguen utilizando las amalgamas de mercu-rio, tal vez porque se cree que son seguras o porque el envenenamiento es tan lento que losdaños ocasionados no se relacionan con la puesta de éstas. Sin embargo, ya empieza aser reemplazado por el uso de bismuto y resinas que son menos tóxicos.

¿Sabías qué ...el quilate o kilate es una unidad de masa que se utiliza en dos formasdistintas? Cuando nos referimos al kilate de joyería éste se utiliza para pesar gemas ydiamantes y equivale a 200 mg. El kilate de orfebrería se utiliza para designar la pureza oley de los metales y equivale a 1/24 parte de la masa total de la aleación que la compone.Por ejemplo, si una cadena está hecha con una aleación de oro de 14 kilates, contiene 14/24 partes de oro y tiene una pureza de 58.33%. Mientras que una pieza de 24 kilates tieneuna pureza de 100% y es de oro puro.


Conversiones de número de partículas a masa

Ejemplo 1.El carbono es un elemento no metálico que se presenta en la naturaleza en diversasformas alotrópicas, tales como el grafito (una de las sustancias más blandas y másbaratas) y el diamante (una de las sustancias más duras y más caras). ¿Cuál es lamasa en gramos de un átomo de carbono?


Estrategia: A partir de la masa molar del carbono, que equivale a la masa de 6.022 x 1023áto-mos de carbono, se determina la masa correspondiente a un sólo átomo.


La masa atómica del carbono, es igual a 12.01 uma.

(12.01 g de carbono) (1 átomo de carbono )X=

X= 1.995 x 10-23 gramos de carbono

6.022 x 1023 átomos de carbono

1 átomo de C X 1 mol de carbono X 12.01g de C 6.022 x 1023átomos de C 1 mol de carbono


= 1.995 x 10-23 g de C

Actividad 1.10 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones de número de partículas a masa.

a) El oro es un metal de transición, blando, brillante, dúctil, de color amarillo, el cualno reacciona con la mayoría de las sustancias químicas, pero es sensible al cloro yal agua regia. ¿Cuál es la masa en gramos de un átomo de oro?

1 mol de C= 12.01 g = 6.022 x 1023 átomos de carbono

12.01 g de carbono 6.022 x 1023 átomos de carbono

X g de carbono 1 átomo de carbono


g) El ácido ascórbico (vitamina «C») cura el escorbuto y puede ayudar a prevenir elresfriado común. ¿Cuál es la masa en gramos de 2.7 x 1022 moléculas de ácidoascórbico, si la fórmula molecular del compuesto es C

6H

8O

6?

f) Por muchos años, los elementos del grupo 18 (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn) sedenominaron «gases inertes», porque nadie había logrado sintetizar algúncompuesto que los contuviera. Sin embargo, desde 1962 se han preparado varioscompuestos de Xenón, como el XeF

6 (hexafluoruro de xenón). ¿Cuál es la masa en

gramos de 3.5 x 1023 moléculas de XeF6?

b) La aspirina es un analgésico y antipirético muy utilizado en el hogar, tiene ade-más propiedades anticoagulantes. ¿Cuál es la masa en gramos de una moléculade aspirina, C9H8O4?

c) Desde hace muchos siglos, el etanol, C2H

5OH, se ha producido por fermentación

de la glucosa derivada del almidón de los granos (en especial, maíz y cebada).¿Cuál es la masa en gramos de 1.35 x1021 moléculas de etanol?

d) El combustible de los encendedores desechables es mayormente butano (C4H

10),

¿cuál es la masa en gramos de 3.6 x1023 moléculas de butano?

e) La glucosa (C6H

12O

6), es un monosacárido, componente del suero fisiológico, su

nombre común es dextrosa. Es uno de los productos del metabolismo de loscarbohidratos en los seres humanos. ¿Cuál es la masa en gramos de 5.4 x1022

moléculas de glucosa?


Conversiones masa-mol-partículas-volumen

Los cálculos estequiométricos que incluyen volúmenes gaseosos se resuelven de la mismamanera que aquellos en que las cantidades se dan en masa o mol. Sin embargo, aquí esnecesario considerar la ley de Avogadro: «Volúmenes iguales de gases distintos, a la mismatemperatura y presión, contienen igual número de partículas».

Los procesos químicos reales se cumplen dentro de un amplio margen de temperaturas ypresiones. Aquí utilizaremos factores unitarios que se limitan al volumen en condiciones normales.Las condiciones de O°C (273 K) y 1 atm (760 mm de Hg) se conocen como temperatura ypresión normales (ordinarias o estándar).

Si un mol de cualquier tipo de sustancia, tiene un mismo número de partículas, 6.022 x 1023,entonces un mol de cualquier gas, ocupa en las mismas condiciones de presión y temperatura,el mismo volumen. Se ha comprobado experimentalmente que este volumen es de 22.4 litros/mol. Este valor se conoce como volumen molar.

22.4 L6.022 x 1023partículas22.4 L

1 mol de partículas

Se tienen así nuevos factores unitarios:

El nitrógeno molecular (N2) es muy estable y no puede ser utilizado por las plantas

para elaborar compuestos nitrogenados. Sólo algunas bacterias y algas que poseenuna enzima llamada nitrogenaza pueden romper el triple enlace N ≡ N. Éstas seencuentran en las leguminosas. ¿Qué volumen ocuparán 50 g de N

2 en condiciones

normales?

Conversiones masa a volumen y volumen a masa

Ejemplo 1.

Información necesaria:Se necesita conocer la masa y volumen molar del nitrógeno.

Masa molar= 28.02 g Volumen molar= 22.4 L

Estrategia:

Esquema de solución: masa → volumen

Conociendo la masa y el volumen molar del nitrógeno se determina el volumencorrespondiente a los 50 g de N2.


28.02 g de N2 22.4 Litros de N2

50 g de N2 X Litros de N2


a) El dióxido de azufre es un peligroso contaminante atmosférico que puede serreducida su emisión a la atmósfera, si se hace reaccionar con «cal» para producirsulfito de calcio. ¿Qué volumen ocupa un kilogramo de SO2 en condiciones normales?

(50 g de N2) (22.4 L de N2)28.02 g de N2

X=

X= 39.97 Litros de N2


50 g de N2 X 1 mol X 22.4 L de N2

28.02 g 1 mol

X= 39.97 Litros de N2

Actividad 1.11 Realiza en forma individual o colaborativa los siguientesejercicios de conversiones de volumen a masa y de masa a volumen.

b) El cloro, Cl2, desempeña un papel biológico importante en el cuerpo humano,porque el ion cloruro es el principal anión en los fluidos intracelulares y extracelulares.¿Qué volumen ocuparán 200 g de éste gas, en condiciones ordinarias?

c) El flúor, F2, es un gas que encuentra bastantes aplicaciones: en la industria (paraproducir teflones), en el cuidado de la salud (para fluorar el agua y reducir las cariesdentales) y en otras áreas. ¿Qué volumen ocuparán 75 g de éste gas en condicionesnormales?

d) El ácido sulfhídrico, H2S, es una sustancia gaseosa que su presencia se delatapor el olor nauseabundo, «a huevo podrido». Es un producto de la descomposiciónde la proteína, pero en el laboratorio se obtiene a partir de la reacción entre la pirita,FeS2

y el ácido clorhídrico, HCl. En condiciones normales, ¿cuál será la masa de 30litros de H2S?


El oxígeno, O2 es con mucho, el elemento más abundante de la corteza terrestre(46%), pero el segundo en abundancia en la atmósfera (21%). Sin él, un ser humanoes incapaz de sobrevivir unos cuantos minutos. ¿Qué volumen ocuparán 2.7 mol deéste gas en condiciones estándar?

e) El CO2 se utiliza en la elaboración de bebidas carbonatadas, como refrescos ycerveza. Pero también encuentra aplicación en los extinguidores de fuego. ¿A cuán-ta masa corresponden 250 litros de CO2?

f) El ozono, O3 , es un gas que encuentra uso industrial en la síntesis de compuestosorgánicos como aldehídos, cetonas y ácidos carboxílicos a partir de alquenos oalquinos (ozonólisis). ¿Cuál será la masa de 150 litros de ozono?

Conversiones mol a volumen y volumen a mol

Ejemplo 1.

Información necesaria:Se necesita conocer el volumen molar del oxígeno, O2.

Volumen molar= 22.4 L

Estrategia:Conociendo el volumen molar del oxígeno se determina el volumen correspondien-te a los 2.7 mol de O2.

Esquema de solución: mol → volumen


1 mol de O2 22.4 Litros de O2

2.7 mol de O2 X Litros de O2

(2.7 mol de O2) (22.4 L de O2)1 mol de O2

X=

X= 60.48 Litros de O2



2.7 mol de O2 X 22.4 L de O2

1 mol de O2

a) El helio, He, es un gas utilizado en el llenado de globos y dirigibles. Además,encuentra aplicación en globos meteorológicos para la investigación de las condi-ciones climatológicas. Este gas inerte se utiliza como protección en soldaduraautógena. ¿En condiciones normales de presión y temperatura, a cuántos litros dehelio corresponden 7.7 mol de He?

b) El metano, CH4, es un gas que se produce en la putrefacción anaeróbica de lasplantas, este proceso natural se puede aprovechar para producir biogás. Puedeconstituir hasta el 97% del gas natural. En las minas de carbón se le denomina gasgrisú y es muy peligroso por su facilidad para inflamarse. ¿Qué volumen ocuparán15 mol de CH4, en condiciones normales de presión y temperatura?

c) El óxido nitroso o anhídrido hiponitroso, N2O es un subproducto tanto en los pro-cesos de nitrificación como de desnitrificación biológica. El aumento en la utiliza-ción de fertilizantes para aplicaciones agrícolas, es la explicación más probable dela mayoría de las emisiones antropogénicas de óxido nitroso. ¿En condicionesestándar de presión y temperatura, ¿qué volumen ocuparán 24 mol de N2O?

Actividad 1.12 Realiza en forma individual o colaborativa los siguien-tes ejercicios de conversiones de mol a volumen y de volumen a mol.

X= 60.48 Litros de O2


¿Sabías qué ... el gas natural es una mezcla de gases que se encuentra frecuentementeen yacimientos fósiles, solo, disuelto o asociado con petróleo o en depósitos de carbón?Está constituido principalmente por metano (90 ó 95%) y suele contener otros gasescomo nitrógeno, etano, CO2, H2S, butano, propano, mercaptanos y trazas de hidrocarburosmás pesados. Puede también obtenerse por procesos de biodegradación de restosorgánicos (basura, plantas vegetales, estiércol, etc.) en ausencia de aire. El gas obtenidoasí, se le denomina biogás. Este gas es una fuente de energía alternativa que se puedeutilizar en hornos, estufas, secadores, calderas, u otros sistemas de combustión a gas.

e) El eteno o etileno, C2H4, es el alqueno más sencillo y una de las sustancias másimportantes en la industria química. La mayor parte del etileno se emplea para laobtención de polímeros, como el polietileno. El etileno también se emplea para ace-lerar la maduración de las frutas. ¿Cuántos mol de etileno corresponden a 225 litrosde dicho gas, en condiciones normales?

f) Hasta antes de 1962 se consideraba a los gases nobles como sustancias quími-camente inertes e incapaces de formar compuestos. A partir de esta fecha se hansintetizado alrededor de 80 compuestos de xenón, Xe, al unirlo con el flúor y el oxíge-no. Algunos de estos compuestos son: diflúor, hexaflúor, perxenato de sodio e hi-dróxido de xenón. ¿Cuántos mol de xenón estarán contenidos en 25 litros de dichogas en condiciones normales de presión y temperatura?

d) El acetileno o etino, C2H2, es el alquino más sencillo y uno de los gases altamenteflamables, su combustión produce una flama de hasta 3000º C, la mayor temperatu-ra de combustión hasta ahora conocida. Por ello, se utiliza en equipos de soldadura.¿Cuántos mol de acetileno corresponden a 500 litros de dicho gas en condicionesnormales?


1.3 Fórmulas químicas

De la misma manera, la fórmula H2O representa tanto al compuesto, como a la molécula deagua. Macroscópicamente indica que los elementos que la componen son el hidrógeno y eloxígeno, cuyos átomos se encuentran en una proporción de 2:1, es decir dos átomos de hidró-geno por cada átomo de oxígeno.

Por ejemplo, la fórmula NaCl, representa al compuesto cloruro de sodio, pero también a lacelda unitaria del cloruro de sodio. Ésta nos indica que los elementos que la componen son elsodio y el cloro. Así como la proporción en que se encuentran los átomos, 1:1, es decir un átomode sodio por cada átomo de cloro.

Nivel macroscópico

H2O

Nivel simbólico Nivel submicroscópico Nivel macroscópico

NaCl

Nivel simbólico Nivel submicroscópico

Una fórmula química expresa macroscópicamente el tipo de elementos que constituyen la sus-tancia y submicroscópicamente, la proporción numérica que existe entre cada tipo de átomo,en todas las partículas o celdas unitarias de una sustancia.

La química al igual que otras ciencias tiene un lenguaje común y universal, en él se utilizansímbolos y signos que permiten formular y dar nombre a las sustancias en cualquier parte delmundo.

Ag

HgFeCo

→ → → → → →

→

→

→

→

→

→

→

→

→

(ac)

(g)(s) S

Al


Características de una fórmula química

La cuantificación o conteo correcto de los átomos a partir de una fórmula, es importante en larealización del balanceo de una ecuación química. Por ejemplo, en la fórmula del fosfato desodio, existen:

Una fórmula química está constituida por símbolos químicos, subíndices y coeficientes.

El símbolo químico sirve para representar tanto al elemento como al átomo presentes en uncompuesto, molécula o unidad fórmula.

Los subíndices representan el número de átomos presentes en una molécula o unidad fórmuladel compuesto. Se escriben siempre en la parte inferior derecha del símbolo químico.

Los coeficientes indican el número de moléculas o unidades fórmula; así como también el númerode mol presentes de la sustancia.

3 Na3PO4

Símbolos químicos

Subíndices

Coeficiente

ElementoNa

P

O

Número de átomos9 átomos de sodio3 átomos de fósforo

12 átomos de oxígeno

¿Qué representa la fórmula química, 3 Na3PO4?

1. Macroscópicamente podemos decir que el fosfato de sodio es una sustancia compuesta quese forma por la combinación de las sustancias elementales, sodio, fósforo y oxígeno.

2. Que desde el punto de vista submicroscópico tiene una proporción atómica 3:1:4

3. El coeficiente tres, indica macroscópicamente la presencia de tres mol de fosfato de sodioy submicroscópicamente tres celdas unitarias (unidades fórmula) de fosfato de sodio.

→ → → → →

Na3 P O4

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

Na3 P O4

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

→

3

3

Na3 P O43


Fe2(CO3)3 Carbonato de hierro (III) Fe: C: O:

Pb(NO3)4 Nitrato de plomo (IV) Pb: N: O:

Na3BO3 Borato de sodio Na: B: O:

2Fe2(SO4)3 Sulfato de hierro (III) Fe: S: O:

KClO3 Clorato de potasio K: Cl: O:3H3PO4 Ácido fosfórico H: P: O:

HClO4 Ácido perclórico H: Cl: O:

Fórmula Nombre Número de átomos

Actividad 1.13 En forma individual o colaborativa determina el númerorelativo de átomos en las siguientes fórmulas químicas.

Actividad 1.14 En forma individual expresa qué información te sugieren lassiguientes fórmulas químicas desde un punto de vista macroscópico ysubmicroscópico.

2 Fe2(SO4)3

3 H3PO4

Fórmula Punto de vista macroscópico Punto de vista submicroscópico

Sulfato férrico

Ácido fosfórico

Nitrato plúmbicoPb(NO3)4

La presencia de dos mol de sulfatoférrico.Que el sulfato férrico lo constituyenlos elementos: hierro, azufre yoxígeno.

La presencia de dos unidades fór-mula de sulfato férrico.Cada unidad fórmula contiene dosátomos de hierro, tres de azufre ydoce de oxígeno.


1.4 Composición porcentual de las sustancias: Ley de las proporciones defini-das

Las leyes cuantitativas de la química son enunciados que sintetizan hechos experimentalesrelacionados con el comportamiento de la materia. Desde el siglo XVIII científicos como AntoineLaurent Lavoisier, Joseph Louis Proust, John Dalton, Jeremías Benjamín Richter, Joseph Gay-Lussac, Amadeo Avogadro, entre otros, establecieron estas leyes.

Ley de las proporciones definidas o constantes

Esta ley fue postulada en 1799 por Joseph Louis Proust (químico francés). Su presentación fueproducto de las investigaciones sobre el análisis elemental de una gran cantidad de compuestos.

¿Sabías qué ... la palabra ponderal se deriva del latín ponderere que significa ponderar,pesar con la balanza o determinar un peso. Esta palabra por tanto, está referida a ladeterminación de las masas de las sustancias que participan en una reacción química.

Leyes cuantitativas

Ponderales Volumétricas

Ley de la conservaciónde la masa

Ley de las proporcionesdefinidas

Ley de las proporcionesmúltiples

Ley de las proporcionesrecíprocas

Ley de las combinacionesvolumétricas

Ley de Avogadro

A. L. Lavoisier

J. L. Proust

J. Dalton

J. B. Richter

J.Gay-Lussac

A. Avogadro

Uno de estos experimentos fue la descomposición térmica del car-bonato de cobre (CuCO3), cuyo análisis arrojó que la proporción delos elementos era siempre de 5.3 partes de cobre, 1 de carbono y 4de oxígeno, sin importar de donde hubiera sido obtenida la muestra.

Joseph Louis Proust (1754-1826)

Elemento Masa atómica No. de átomos Masa total Proporción Cu 63.55 1 63.55 63.55/12.01= 5.3

C 12.01 1 12.01 12.01/12.01= 1

O 16.00 3 48 48 /12.01= 4


Proporción en:Partes Gramos PorcentajeElemento Composición centesimal

Cuando dos o más elementos se combinan para producir un determinado compuesto,siempre lo hacen en las mismas proporciones de masa, es decir, estas son siempre igua-les, definidas y constantes.

Una aplicación de la ley de Proust es la obtención de la denominada composición centesimal,esto es, el porcentaje ponderal que representa cada elemento en el compuesto.

Los resultados obtenidos en éste y otros experimentos, lo llevaron a concluir:

Un compuesto químico específico contiene siempre los mismos elementos en proporcio-nes idénticas, sin importar su origen y quien lo haya preparado.

En otro sentido:

La proporción en masa que guardan los elementos en un compuesto, se puede expresar enpartes, gramos, mol o porcentajes. Para el caso del carbonato de cobre (CuCO3) se expresaríade la siguiente manera:

Cu 5.3 5.3 63.55/123.56= 51.43% 0.5143

C 1 1 12.01/123.56=9.72% 0.0972

O 4 4 48/123.56=38.84% 0.3884

Como todos los compuestos existentes siempre tendrán las mismas proporciones de suscomponentes, la ley de Proust puede también enunciarse de la siguiente manera:

La composición centesimal de toda sustancia siempre es constante

5 átomos de cobre 5 átomos de carbono 15 átomos de oxígeno

Red cristalina del CuCO3

Si se analiza la fórmula del CuCO3 la proporción en que se encuentran los átomos siempre es1:1:3, es decir, se unen un átomo de cobre, uno de carbono y tres de oxígeno.

Malaquita: CuCO3 hidratado 5 unidades fórmula de CuCO3

Ahora, si se unen 5 átomos de cobre, 5 átomos de carbono y 15 átomos de oxígeno, la propor-ción sigue siendo 1:1:3, y estos formarían 5 unidades fórmula de CuCO3.


c) El ácido nítrico es uno de los ácidos inorgánicos más importantes, actúa comoagente oxidante poderoso. Calcule la composición porcentual en masa del HNO3.

e) El ácido bórico tiene propiedades antisépticas, que lo hacen una sustancia idóneapara el lavado de ojos. Industrialmente se usa en la fabricación de vidriotérmicamente resistente, denominado vidrio borosilicato (vidrio Pyrex). Calcule lacomposición porcentual en masa del H

3BO

3.

d) El ácido fosfórico es el responsable del sabor ácido de los refrescos, cuya funciónes la de evitar el desarrollo microbiano. Calcule la composición porcentual en masadel H

3PO

4.

f) ¿Cuál es la masa de oxígeno que se combina con 1 g de calcio para formar elóxido de calcio, CaO?

Actividad 1.15 Contesta en forma individual o colaborativa las si-guientes preguntas referidas a la ley de las proporciones definidas.

a) El agua se compone siempre de 88.8 % de oxígeno y 11.2% de hidrógeno. ¿Quéley explica esta composición?

b) ¿Cuál es la proporción en masa a la que se combina el sodio y el cloro paraformar el cloruro de sodio, NaCl?


g) El bicarbonato de sodio es una base débil que se utiliza como antiácido estoma-cal en el hogar; cuando se encuentra decahidratado su fórmula es NaHCO3.10 H2O.Determina la composición porcentual de cada elemento en el compuestodecahidratado y el porcentaje correspondiente al agua de hidratación.

h) La urea, NH2.CO.NH2, el nitrato de amonio, NH4NO3, la guanidina, NH2.CNH.NH2y el amoníaco, NH3 se utilizan como fertilizantes por el aporte de nitrógeno al suelo.¿Cuál de los compuestos anteriores representa una mejor fuente de nitrógeno, deacuerdo a su composición porcentual en masa?

Conozca más..

De manera experimental en el laboratorio se puede de-terminar la composición porcentual, conociendo las ma-sas de los elementos que se combinan para formar uncompuesto. Por ejemplo, si al entrar en combustión 1gramo de magnesio con 0.664 gramos de oxígeno paraformar 1.664 gramos de óxido de magnesio. ¿Cuál serála composición porcentual del óxido de magnesio?

Procedimiento

a) Es necesario conocer la masa total del producto.

1 g de Mg + 0.664 g de O = 1.664 g de MgO

b) Para determinar la composición porcentual, se puede plantear una regla de tres.

1.664 g de MgO 100% 1.664 g de MgO 100%1g de Mg X % 0.664 g de O X%

Porcentaje del magnesio Porcentaje del oxígeno

c) ¿Cuál será su fórmula empírica?

Elemento % Masa atómica Relación atómica Relación atómica Mg 60.09 24.31 60.09/24.31= 2.471 2.471/2.471= 1 O 39.90 16 39.90/16= 2.49 2.49/2.471= 1

Fórmula empírica= MgO

X= 60.09% X= 39.90%


El análisis químico nos permite determinar experimentalmente los porcentajes de cadaelemento en un compuesto.

1.5 Determinación de fórmulas químicas

En esta unidad se ha estudiado qué es una fórmula química, cuáles son sus componentes y quéinformación puede expresar cada una de ellas. Se ha aprendido a determinar la composiciónporcentual de cada elemento a partir de la fórmula química. Ahora, lo haremos a la inversa, apartir de la composición porcentual determinaremos la fórmula química.

Es importante señalar que existen diversos tipos de fórmulas químicas, pero aquí sólo revisare-mos la fórmula empírica y la molecular.

1.5.1 Fórmula empírica o mínima

La fórmula empírica se denomina también fórmula mínima, ya que expresa la relación mássencilla o mínima entre los elementos que constituyen un compuesto.

¿Cómo determinarla?

c) Los valores obtenidos corresponden a la mínima relación de combinación entre los átomosde los elementos. Para obtener números enteros, se divide cada valor entre el valor máspequeño.

a) Se necesita conocer la composición porcentual o la masa de cada elemento que constituyeal compuesto.

b) El porcentaje o la masa de cada elemento se divide entre su respectiva masa atómica. Estose realiza con el único propósito de obtener las relaciones atómicas.

Por ejemplo, supongamos que se determinó experimentalmente la composición porcentual deun compuesto: O= 40.0%; H= 2.52% y Na= 57.48%

16 1.008 22.9940.0 2.52 57.48O= = 2.5 H= = 2.5 = 2.5 Na=

d) Los números obtenidos expresan la mínima relación entre los átomos de los elementos y secolocan como subíndices para construir la fórmula empírica.

Fórmula empíricaNaOH

2.5 2.5 2.5 2.5 2.5 2.5O= = 1 H= = 1 = 1 Na=

Sosa cáustica o hidróxido de sodio


a) El ácido láctico, se forma en el cuerpo durante la actividad muscular, debido a laoxidación de la glucosa. Esto provoca que al realizarse ejercicio fuerte por primeravez, el músculo se endurezca y provoque dolor muscular. El análisis de una muestrade ácido láctico reveló que contenía: C= 40.0% ; H = 6.71% y O = 53.29%. ¿Cuál essu fórmula empírica?

Actividad 1.16 Determina en forma individual o colectiva, la fórmulaempírica a partir de la composición porcentual o molar en las siguien-tes preguntas.

b) La alta temperatura que se alcanza dentro del pistón en un motor de combustióninterna, provoca una reacción entre el nitrógeno y el oxígeno que constituyen el aire,formando los óxidos de nitrógeno como subproductos de la combustión. Uno deestos óxidos se compone de N=30.45% y O=69.55%.¿Cuál es la fórmula empíricade este compuesto?

c) El primer anestésico local efectivo e inyectable, empleado inicialmente a finalesdel siglo XIX, fue la cocaína. Después de un tiempo se descubrió que su uso producíadependencia física o adicción y desórdenes mentales. El análisis cuantitativo deésta droga reveló que contenía: C=67.305%; H=6.978%; O=21.097%; N=4.618%.¿Cuál es la fórmula empírica de la cocaína?

Elemento % masa atómica Relación atómica Relación atómica No. entero %/masa atómica C 40 12.01 40/12.01= 3.33 3.33/3.33= 1 1

H 6.71 1.008 6.71/1.008= 6.66 6.66/3.33= 2 2

O 53.29 16 53.29/16= 3.33 3.33/3.33=1 1

Elemento % masa atómica Relación atómica Relación atómica No. entero %/masa atómica


Fórmula empírica= CH2O

Fórmula empírica=

Fórmula empírica=


d) El yeso es un compuesto que se utiliza bastante en la construcción y en odonto-logía para elaborar moldes de dentaduras. ¿Cuál será la fórmula empírica del yeso,si su composición porcentual es: Ca= 29.44%; S= 23.55% y O= 47.01%?


e) El dicromato de potasio es un agente oxidante fuerte, fue utilizado en losalcoholímetros, donde oxida al etanol del aire expirado a aldehído, y posteriormen-te a ácido acético. ¿Cuál será la fórmula empírica del dicromato de potasio si lacomposición porcentual de los elementos que lo constituyen son: K= 26.58%; Cr=35.35% y O= 38.07%?

f) Si los únicos productos del análisis de un compuesto fueron 0.5 mol de átomosde carbono y 0.75 mol de átomos de hidrógeno, ¿cuál será la fórmula empírica deeste compuesto?

Elemento Relación molar Relación atómica No. entero

g) Un óxido del elemento A contiene 79.88 % de A. Si el elemento A es 3.78 vecesmás pesado que el átomo de oxígeno, ¿cuál será la fórmula del óxido?


Fórmula empírica=

Fórmula empírica=

Fórmula empírica=

Fórmula empírica=



Fórmula molecular, real o verdadera

En ocasiones la fórmula real es igual a la fórmula empírica, o a un múltiplo de ella. ¿Cómodeterminar la fórmula real de un compuesto? Para hacerlo, es necesario conocer tanto su fór-mula empírica como su masa molecular o masa fórmula.

Como la fórmula real de un compuesto es igual a la fórmula empírica o a un múltiplo entero de lamisma, entonces:

Masa molecular o masa fórmula Masa de la fórmula empírica

n=

De donde despejamos n:

n es el número que muestra cuántas veces la fórmula empírica está contenida en la fórmula real.

Los subíndices de la fórmula real se obtienen al multiplicar por n los subíndices de la fórmulaempírica.

Por ejemplo, si el benceno tiene fórmula empírica CH y una masa molecular de 78.108 uma,¿cuál es su fórmula molecular o fórmula real?

Son tres los nombres que se utilizan para denominar este tipo de fórmula: molecular, real overdadera. Sin embargo, tradicionalmente se ha utilizado el término fórmula molecular. Paracompuestos moleculares, el término fórmula molecular es correcto, dado que se encuentra cons-tituido por moléculas. Pero, ¿qué término utilizar cuando el compuesto es iónico? Considera-mos que lo correcto debe ser, utilizar el término fórmula real o verdadera, ya que se puede usarde manera indistinta.

La fórmula molecular, real o verdadera indica el número real de átomospresentes en la molécula o celda unitaria

(Fórmula empírica) n = Masa molecular o masa fórmula

(CH)n=78.108

78.108 CH

n=

78.108 78.108 (12.01+1.008) 13.018

n=

n=6La fórmula real del benceno es: (CH)n= (CH)6=C6H6

(Fórmula empírica) n = Masa molecular o masa fórmula

=


Actividad 1.17 Determina en forma individual o colectiva, la fórmulamolecular, real o verdadera a partir de la fórmula empírica en las si-guientes preguntas.

c) Se sometió a calentamiento una muestra de 5.65 g de hierro en polvo, en pre-sencia de oxígeno. Al reaccionar completamente el hierro, la masa del compuestoobtenido fue de 8.0779 g. ¿Cuál es su fórmula empírica y fórmula real, si la masafórmula del compuesto es de 159.7 uma?

a) La glucosa es un monosacárido cuyo nombre común es dextrosa. Es uncomponente de los sueros fisiológicos y uno de los productos del metabolismo delos carbohidratos. Si su masa molecular es de 180.156 uma y su fórmula empíricaes CH

2O. ¿Cuál será su fórmula molecular?

b) El etilenglicol es un compuesto que se utiliza en mezclas anticongelantes y tieneuna masa molecular de 62.068 uma. ¿Cuál será su fórmula molecular, si la fórmulaempírica del etilenglicol es CH

3O ?

d) El glutamato es un aminoácido que está presente en todos los alimentos quecontienen proteínas tales como el queso, leche, hongos, carne, pescado y verdu-ras. El glutamato monosódico es la sal sódica del glutamato que se utiliza pararesaltar el sabor de los alimentos en la comida china. Utilizado en exceso provocalo que se ha dado en llamar el «síndrome del restaurante chino», cuyos malestaresson similares a los de un infarto. Una muestra de 17.5 g de glutamato contiene 6.2g de C; 0.8 g de H; 6.6 g de O;1.5 g de N y el resto de sodio. Determina la compo-sición porcentual, la fórmula empírica y la fórmula real de este compuesto si sumasa molar es de 169 g/mol.


e) El teflón es un material inerte e impermeable utilizado como aislante eléctrico,pero su cualidad más conocida es la antiadherencia. El análisis del monómero deeste material reveló que contenía 24.02% de C y 75.98% de F. Determina su fórmulaempírica y su fórmula real, si su masa molecular es 100.02 uma?


Horizontales

1. El volumen ocupado por un mol de cualquier gas en condiciones normales de presión ytemperatura se denomina ...3. A volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presión y temperatura,tendrán el mismo número de moléculas, esta hipótesis fue planteada por...7. Representación cualitativa y cuantitativa de un compuesto.9. Masa en gramos de un mol de partículas.10. Fórmula que indica el número real de átomos en una molécula o celda unitaria.

Verticales

2. Masa de un átomo expresada en uma.4. La ley de las proporciones definidas o constantes fue planteada por ...5. Número que se escribe en la parte inferior derecha del símbolo del elemento y que indica elnúmero de átomos en una molécula o celda unitaria.6. Fórmula que expresa la relación más sencilla entre los elementos de un compuesto.8. La unidad fundamental del sistema internacional de unidades de la magnitud cantidad desustancia.

Cuestionario de la primera unidadConceptos básicos de estequiometría

I. Contesta el siguiente crucigrama:


1. ¿Qué cantidad contiene mayor número de átomos?a) 0.5 mol de SO2.b) 14 g de N2.c) 67.2 Litros de He (en condiciones normales.).d) 4 g de H2.

2 ¿Cuántos mol de cloro estárán contenidos en 100g de cloro gaseoso (Cl2)?a) 100 b) 0.355 c) 1.41 d) 2.82

II. Conversiones: masa-mol-partículas-volumen

3. ¿Cuál es la unidad fundamental del SI usada para la magnitud «cantidad de sustancia»?a) mol b) kelvin c) kilogramo d) metro

4. Si la masa atómica del Ti es igual a 47.9 uma, podemos afirmar que un mol de Ti equivale a:a) 47.9 átomos.b) 47.9 g.c) 6.23 x 1032 g.d) 47.9 kg

5. Si disponemos de 10 g de amoníaco, NH3 y eliminamos 1 x1023 moléculas de NH3, ¿cuántoamoníaco en gramos quedará aproximadamente?a) 3.52 molb) 3.53 x1023 moléculasc) 7.17 gd)1.68 moles de NH3

6. Indica cuál de los siguientes enunciados es correcto:a) Cuando combinamos un mol de H2 con un mol de N2 se forman 2/3 de mol de amoníaco.b) Un átomo de plata pesa 108 g.c) El peso de una molécula de agua es 1.08 x1021 gd) En una reacción química se conservan siempre los mol, pero no necesariamente los átomos.

7. El tetrahidrocanabinol (THC), es el principio activo de la mariguana. Para producir intoxicaciónse requiere un mínimo de 25 microgramos de THC. La fórmula molecular es: C21H30O2.a) ¿Cuántos mol de THC representa 25 g?b) ¿Cuántas moléculas de THC existen en 25 g?

8. La magnetita, Fe3O4, es un importante mineral de hierro. Según estudios revelan que diferentesanimales (abejas, moluscos, palomas, etc.) la usan para orientarse en el campo magnético dela tierra. Por ejemplo, las palomas tienen en el pico granos de magnetita que les permiteorientarse. Calcula las toneladas de hierro que se pueden obtener a partir de 5x10 kilogramosde este mineral.

µµ

6


III. Composición porcentual, fórmula empírica y real

1. ¿Cuál es la masa de calcio que se puede obtener a partir de 1 kilogramo de caliza (CaCO3),si ésta se encuentra con una pureza de 50%? a) 0.05 kg b) 0.5 kg c) 0.2 kg d) 0.4 kg

2. El análisis de un compuesto covalente mostró que contenía 14.4 % de hidrógeno y 85.6% decarbono en masa. ¿Cuál es la fórmula empírica y real de este compuesto, si su masa moleculares de 56.104 uma?

3. El nitrógeno forma una serie de compuestos con el oxígeno, analiza los siguientes datos ydetermina la fórmula empírica de cada uno de ellos. De acuerdo con los resultados que seobtengan contesta la opción correcta.

Gramos de cada elemento en el compuesto

Elemento A B C D E

N 0.45 0.25 1.00 2.00 1.25

O 0.257 0.286 1.73 4.58 3.57

Se puede afirmar que:a) A, B, C y D son el mismo compuesto.b) Todos los compuestos son distintos.c) D y E son el mismo compuesto.d) B y C son el mismo compuesto.

Fórmula empírica Fórmula real

a. CH C2H2

b. C2H3 C4H6

c. CH3 C3H9

d. CH2 C4H8

4. Un compuesto contiene azufre, oxígeno y cloro. El análisis de una muestra reveló que contenía26.95% de azufre, 59.61% de cloro. Determina la fórmula empírica para este compuesto. a. SOCl2 b. SO2Cl2 c. SO2Cl d. SOCl


5. Dos elementos gaseosos A y B se combinan para formar dos compuestos distintos C y D,también gaseosos. Al medir los volúmenes de cada uno de ellos (a la misma P y T) se encon-tró que 2 L de A reaccionan con 1 L de B para formar 2L de C; mientras que 2L de A reaccio-nan con 3L de B para formar 2L de D. Señale las fórmulas moleculares de C y D:

a) C = AB2, D = A3B2b) C = AB2, D = A2B3c) C = A2B, D = A3B2d) C = A2B, D = A2B3

6. Si los elementos gaseosos A y B están constituidos por moléculas diatómicas, ¿cuál serála ecuación que representa la formación del compuesto C, de la pregunta anterior?

a)

b)

c)

d)

7. Si los elementos gaseosos A y B están constituidos por moléculas diatómicas, ¿Cuál serála ecuación que representa la formación del compuesto D?

8. Un plástico que se utiliza para hacer tarjetas de crédito, tuberías para drenaje y revestimientopara exteriores de las casas, es el PVC (cloruro de polivinilo). Su composición porcentual es:C=38.40%; H=4.8% y Cl=56.80%. ¿Cuál es su fórmula empírica?

A2 + B2 2 AB

2 A2 + B2 2 A2B

A2 + 2 B2 2 AB2

2 A2 + 3 B2 2 A2B3

a)

b)

c)

d)

A2 + B2 2 AB

2 A2 + B2 2 A2B

A2 + 2 B2 2 AB2

2 A2 + 3 B2 2 A2B3


9. El nutrasweet, es un edulcorante bajo en calorías que contiene aspartame, el cual es utiliza-do en diversos productos alimenticios light. La fórmula molecular del aspartame es:C14H18N2O5.a) Calcula la masa molarb) ¿Cuántos mol de aspartame hay en un miligramo?c) ¿Cuántos átomos de hidrógeno hay en un miligramo?

10. Suponga que el cuerpo humano promedio pesa 58 kg. Considera que un 75% de la masacorporal corresponde al agua.a) ¿Cuántos mol de agua tiene un cuerpo humano?b) ¿Cuántas moléculas son?

11. Una muestra de uranio de 2.5 gramos se calentó en presencia de aire. El óxido resultantefue de 2.949 gramos. Determina la fórmula empírica del óxido de uranio.

12. Un compuesto de fórmula empírica NaCO2, tiene masa fórmula de 134 g/mol. Calcula lafórmula verdadera.

13. El olor característico del ajo se debe a una sustancia llamada alicina. El análisis de estecompuesto reporta la siguiente composición porcentual: C=44.44%; H=6.21%; S=39.5% yO=9.86%. Al determinar su masa molar se encontró que es igual 162 g/mol. ¿Cuál es la fórmulaempírica y molecular de este compuesto?

14.Determina el % en masa de hierro que hay en el FeCl3.6H2O, cloruro férrico hexahidratado.

63Nomenclatura de química inorgánica

Unidad II

Nomenclatura de químicaNomenclatura de químicaNomenclatura de químicaNomenclatura de químicaNomenclatura de químicainorgánicainorgánicainorgánicainorgánicainorgánica


Nomenclatura de química inorgánica

Introducción

Propósito de la unidad

Desarrollar la habilidad en la escritura y nomenclatura de las sustancias inorgánicas, buscandorelacionar los tres niveles de representación: simbólico, macroscópico y submicroscópico, parael logro de una mejor comprensión de la química y su vinculación con la vida cotidiana.

Conocer y aprender el lenguaje de la química nos permitirá desarrollar la habilidad para escribirsímbolos, fórmulas y ecuaciones, así como dar nombre a las sustancias que más utilizamos enla vida cotidiana. Sin embargo, nuestro propósito busca ir más allá, que además seamoscapaces de comprender y explicar los hechos y fenómenos que ocurren en nuestro entorno,utilizando los tres niveles de representación de la química.

2.1 Tipos de nomenclatura para los compuestos inorgánicos

Cuando en la química no existían reglas para dar nombres a las sustancias, se utilizó un conjun-to de nombres triviales o comunes que en la actualidad algunos se siguen utilizando. Así, parael óxido de calcio, su nombre común es el de cal. De la misma forma, el nombre común delhidróxido de sodio es el de sosa cáustica o el de yeso para el sulfato de calcio.

Los primeros en presentar un sistema de nomenclatura que permi-tiera escribir el nombre a partir de la fórmula o viceversa, fueronGuyton de Morveau, Antoine Laurent Lavoisier, Claude LouisBerthollet y Antoine Fourcroy en 1787, al cual titularon Méthode denomenclature chimique. En él se proponían nombres binarios paralas sustancias compuestas, en los que se utilizaban las raíces delos nombres de las sustancias elementales para indicar su compo-sición química.

Fig.2.1 Méthode denomenclature chimique publi-cado en 1787 por Morveau,Lavoisier, Berthollet y Fourcroy.

Fig.2.2 Nomenclatura química que surgió apartir de la publicación del Méthode denomenclature chimique.


Nomenclatura comúnLa nomenclatura común también se conoce como nomenclatura clásica o tradicional, en ella seutilizan prefijos y sufijos.

Actualmente se utilizan diferentes sistemas de nomenclatura, la tradicional o común, la sistemáticao del prefijo multiplicativo y la de Stock (estas dos últimas recomendadas por la IUPAC), quepermiten determinar el nombre o la fórmula de la sustancia a partir de su composición química.

Tabla 2.1 Los iones monoatómicosde algunos elementos de transicióny representativos.

ion mercuroso (un dímero)

Nombre del catiónCatión

Nombre sistemático

Cu +

Cu2+

Fe2+

Fe3+

Hg2+

Au +

Au3+

Co2+

ion cobre (I)

ion cobre (II)

ion hierro(II)

ion hierro(III)

ion mercurio (I)

ion oro (I)

ion oro (III)

ion mercurio(II)

ion cobalto (II)

Nombre común

ion cuproso

ion cúprico

ion ferroso

ion férrico

ion mercúrico

ion cobaltoso

* Hg2 2+

Zn2+ ion zinc

Co3+ ion cobalto (III)

ion auroso

ion áurico

ion cobáltico

Ag + ion plata Sn2+ ion estaño (II) ion estannoso

Sn4+ ion estaño (IV) ion estánnico Pb2+ ion plomo (II) ion plumboso

Pb4+ ion plomo (IV) ion plúmbico

K+ ion potasio

Mg2+ ion magnesio Ca2+ ion calcio Al3+ ion aluminio

¿Sabías que ... un ion, es unátomo o grupo de átomos queha ganado o perdido electronesy que por tanto, presenta car-ga eléctrica?

¿Sabías qué … la palabra ion oión proviene del griego ion,participio presente de ienai quesignifica «ir»? De ahí que se digaque ion es «el que va». Los ionespositivos se denominan cationes(porque son atraídos por elcátodo) y los iones negativos sedenominan aniones (porque sonatraídos por el ánodo).

¿Sabías qué … la palabra ánodoproviene del griego (odos: camino,vía y ana: elevación, hacia arriba)y significa «el camino haciaarriba» y la palabra cátodo delgriego (kata: abajo, de arriba paraabajo, a través) y significa «elcamino hacia abajo»?

¿Sabías qué ...los iones sonesenciales para la vida y que al-gunos de ellos juegan un papelimportante en los procesos quese realizan en las membranas ce-lulares, como el sodio (Na+),potasio (K+) y el calcio (Ca2+)?

* Obsérvese que los iones mercurio (I) siempre se enlazan para formar Hg2 2+

a) Cuando el elemento metálico presenta dos números de oxidación diferentes o forma doscationes de carga distinta, se utilizan los sufijos oso e ico. El sufijo oso se utiliza para el catiónque tiene la carga menor e ico para el de carga mayor. Por ejemplo:

Fe2+ ion ferroso Cu1+ ion cuproso Au1+ ion aurosoFe3+ ion férrico Cu2+ ion cúprico Au3+ ion áurico


b) Cuando el elemento no metálico tiene más de dos números de oxidación se utilizan lossiguientes prefijos y sufijos.

No. de oxidación Prefijo Sufijo+1 +2

+3 +4+5 +6

Hipo osoosoico

+7 Per ico

Por ejemplo: Cl2O anhídrido hipoclorosoCl2O3 anhídrido clorosoCl2O5 anhídrido clóricoCl2O7 anhídrido perclórico

Nomenclatura sistemática

a) Nomenclatura Stock

Esta nomenclatura se utiliza cuando el elemento tiene más de un número de oxidación. La reglaconsiste en colocar después del nombre de la función química, el estado de oxidación del ele-mento en número romano y entre paréntesis.

La nomenclatura de Stock y la del prefijo multiplicativo son tipos de nomenclatura propuestaspor la IUPAC, ambas son sistemáticas, porque hacen uso de un conjunto de reglas sistematizadaspara nombrar o escribir las fórmulas de las sustancias.

FeO óxido de hierro (II) CuOH hidróxido de cobre (I)Cl2O3 óxido de cloro (III) N2O5 óxido de nitrógeno (V)

El sistema o método Stock se denomina así, en honor al químico alemán Alfred Stock (1876-1946).

Te+2,+4,+6,-2 I+1,+3,+5,+7,-1

IIIA IVA VA VIA VIIA

B+1,+3 C+2,+4,-4 N+1,+3,+5,-3 O-2 F-1

Si+2,+4,-4 P+1,+3,+5,-3 S+2,+4,+6,-2 Cl+1,+3,+5,+7,-1

As+1,+3,+5,-3 Se+2,+4,+6,-2 Br+1,+3,+5,+7,-1

Tabla 2.2. Números de oxidación positivos y negati-vos de los elementos no metálicos y anfotéricos.

¿Sabías qué ... el número de oxidación (también llamado estado de oxidación) es unnúmero entero, positivo o negativo, que se asigna a cada elemento presente en un com-puesto y se refiere, al número de cargas aparentes que tendría un átomo en una molécula(o compuesto iónico), si los electrones fueran transferidos completamente.


b) Nomenclatura del prefijo multiplicativoEsta nomenclatura también se conoce como sistemática o nomenclatura descriptiva, porquedescribe la proporción de átomos de cada elemento presentes en la molécula.

Cl2O anhídrido hipocloroso óxido de cloro (I) monóxido de dicloroCompuesto N.común N. Stock N. sistemática

2.2 Nomenclatura de compuestos iónicos

Los compuestos iónicos están constituidos por cationes y aniones. A excepción del ion amonio(NH4

+), todos los cationes se derivan de átomos metálicos. Los compuestos iónicos más simplesson los compuestos binarios (que están formados por dos elementos diferentes), los cuales seforman de la unión química de un metal con un no metal, ejemplo de ello, son las sales haloideas,los hidruros y los óxidos de cualquier catión metálico. Sin embargo, existen compuestos iónicosternarios y cuaternarios como los hidróxidos, las oxisales y algunas sales haloideas.

Nomenclatura de óxidos básicos o metálicosLos óxidos básicos o metálicos, son compuestos iónicos binarios que resultan de la combina-ción de un metal con el oxígeno. Por ejemplo, el óxido de sodio

Óxido de sodio

Nivelsimbólico

Nivel macroscópico

Cl2O3 anhídrido cloroso óxido de cloro (III) trióxido de dicloro

Cl2O7 anhídrido perclórico óxido de cloro (VII) heptóxido de dicloro

Cl2O5 anhídrido clórico óxido de cloro (V) pentóxido de dicloro

Es necesario precisar, que la nomenclatura binaria, parte del supuesto que todas las sustanciasestán constituidas por una parte positiva y otra negativa, asi sean compuestos binarios, ternarioso cuaternarios. En este apartado revisaremos la nomenclatura de cada uno de estos tipos decompuestos iónicos.

Nivelsubmicroscópico

+ O O

NaNaNaNa

Na+

Na++

2-O

2-ONa +

Na

Para dar nombre a las sustancias se utilizan prefijos numéricos, como mono, di, tri, tetra, penta,hexa, etc.


+Nivel submicroscópico

Para dar nombre a los óxidos básicos generalmente se utilizan dos tipos de nomenclatura. Elmétodo de Stock y la nomenclatura común.

Se denominan óxidos básicos porque al reaccionar con el agua forman hidróxidos o bases, oporque al reaccionar con los ácidos forman sales.

Catión Fórmula Nombre StockO2-

Nombre común

Al3+

Na+

K+

Cu2+

Mg2+

CuO Óxido de cobre (II) Óxido cúprico

Actividad 2.1 Completa en forma individual o colaborativa la siguientetabla de óxidos, con la fórmula y nombre de cada uno de ellos, segúncorresponda.

AniónM+

O2-

Hidróxido de sodio

+

Nivel submicroscópico de la re-acción de formación del hi-dróxido de sodio

Óxido de sodio

Modelo de la red cristalinadel hidróxido de sodio


Catión Fórmula Nombre StockO2-

Nombre común

Fe3+

Li+

Ca2+

Cu+

Hg2+

AniónM+

O2-

Actividad 2.2 En forma individual o colaborativa, escriba la fórmulaquímica de los siguientes óxidos básicos.

a) Óxido de estroncio ____________ f) Óxido auroso ____________

b) Óxido de bario ____________ g) Óxido cobáltico ____________

c) Óxido plumboso ____________ h) Óxido de estaño (IV) __________

d) Óxido niquélico ____________ i) Óxido de hierro (II) ____________

e) Óxido de cromo (VI) ____________ j) Óxido de plata ____________

a) Cr2O3 _____________________________________________________________

b) FeO _____________________________________________________________

c) PbO2 _____________________________________________________________

d) Au2O3 _____________________________________________________________

e) ZnO _____________________________________________________________

f ) Rb2O _____________________________________________________________

g) Cs2O _____________________________________________________________

Actividad 2.3 En forma individual o colaborativa, escriba el nombresistemático (Stock) y común de los siguientes óxidos básicos, dondesea posible.


Actividad 2.4 Completa en forma individual o colaborativa la siguientetabla de óxidos básicos, utilizando los tres tipos de nomenclatura dondesea posible.

En la obtención de Sn y sus com-puestos.

Como blanqueador en la industriatextil.

En la fabricación de transistores yde vidrios que transmiten luzinfrarroja.

En la fabricación de acumuladores,elaboración de cerámica y vidrio.

Como cátodo en los acumuladores(baterías de autos). Como agenteoxidante en la fabricación de cerillosy pirotecnia.

En la elaboración de pintura mari-na y pigmentos para porcelana.Como ánodo en las baterías de mer-curio.

Se utilizó en la elaboración de cin-tas magnéticas.

En la fabricación de abrasivos, re-fractarios y semiconductores.Como pigmento verde para colorearel vidrio.

En la fabricación de acero. Comocomponente de las pilas alcalinas,pilas secas y en la fabricación depinturas para los textiles.

Como colorante en cerámica, enpintura y laca blanca.

Se usa en los reactores atómicoscomo regulador de temperatura.

En la fabricación de ladrillos refrac-tarios (para hornos) e instrumentosópticos y en la fabricación de talco.

En la construcción y en la fabrica-ción de acero y cemento. En el trata-miento de agua.

En la fabricación de abrasivos, re-fractarios, cerámica y gemas artifi-ciales.

UsosN. Stock y SistemáticaNombre común Fórmula

BeO

MgO

CaO

Al2O3

SnO2

Na2O2

GeO2

PbO

PbO2

HgO

CrO2

Cr2O3

MnO2

TiO2


HH

+ 2-

O

Ca+

+O

H _O

Ca 2+

H _O

Nomenclatura de hidróxidos o bases

Los hidróxidos son compuestos iónicos ternarios, que resultan de la combinación de un óxidobásico con el agua, o de la combinación de un metal activo con el agua.

Óxido de calcio Hidróxido de calcio

Ca

CatiónAnión Fórmula Nombre Stock Nombre común

Fe3+

Ca2+

Li+

Fe2+

Pb4+

Hg2+

Pt2+

Au3+

K+

Pt4+

Zn2+

Sn2+

Fe(OH)3 Hidróxido de hierro (III) Hidróxido férrico

Actividad 2.5 En forma individual o colaborativa completa la siguientetabla combinando los cationes metálicos (M+) con el anión oxhidrilo(OH-) para formar los hidróxidos y escribir la fórmula química y losnombres correspondientes.

Para dar nombre a los hidróxidos se utilizan la nomenclatura común y la de Stock.

M+

(OH)-

(OH)-

Fig.2.4. Óxido decalcio (Cal)


a) Hidróxido de cobalto (II) b) Hidróxido cúprico

c) Hidróxido de níquel (III) d) Hidróxido de plata

e) Hidróxido mercuroso f) Hidróxido cuproso

g) Hidróxido de manganeso (IV) h) Hidróxido de cadmio

i) Hidróxido de amonio j) Hidróxido de magnesio

k) Hidróxido de platino (IV) l) Hidróxido plumboso

m) Hidróxido de sodio n) Hidróxido niquélico

o) Hidróxido cobáltico p) Hidróxido de plomo (II)

q) Hidróxido de aluminio r) Hidróxido de estaño (IV)

s) Hidróxido áurico t) Hidróxido de berilio

u) Hidróxido de estroncio v) Hidróxido de bario

Actividad 2.6 En forma individual o colaborativa, escriba la fórmulaquímica de los siguientes hidróxidos.

Nombre del hidróxido Fórmula Nombre del hidróxido Fórmula

Los hidróxidos son bases, pero debe quedar claro que no todas las bases son hidróxidos. Sedenominan así por la presencia del ion hidróxido (OH-) unido al ion metálico.

Los hidróxidos o bases son sustancias que en disolución acuosa presentan las siguientes ca-racterísticas:

a) En solución acuosa muestran reacción básica, es decir, al disociarse liberan iones oxhi-drilo (OH-).

b) Tiñen de azul el papel tornasol rojo.

c) Colorean de rosa fucsia al adicionarles fenolftaleína.

d) Su pH es superior a 7.

e) Tienen la capacidad de reaccionar vigorosamente conlos ácidos, dando como resultado sal y agua.

Fig. 2.5 Papel tornasol rojo y fenolftaleína


Actividad 2.7 Compruébalo tú mismo.

Propósitos

a) Realizar la reacción entre un óxido y el agua para formar un hidróxido.

¿Qué se necesita?

b) Propiciar el espíritu investigativo y el trabajo cooperativo en los estudiantes.

0.2 g de óxido de calcio (cal)3 mL de aguaPinzas para tubo de ensayoTubos de ensayoMechero

¿Cómo lo vamos a hacer?

Coloca en un tubo de ensaye 0.2 g de óxido de calcio, enseguida agrega 3 ml de agua yagita vigorosamente hasta disolver, si es necesario calentar coloca unas pinzas para tuboen la parte superior de éste y pasa suavemente el tubo por la llama del mechero. Despuésañade unas gotas de fenolftaleína a la mezcla y observa lo que sucede.

a) ¿Qué observaste?

b) ¿Hubo reacción entre el óxido de calcio y el agua?

c) ¿Cuál es tu interpretación? ¿A qué atribuyes el cambio?

f) Realiza un reporte de tu actividad.

d) ¿Cuál es la función de la fenolftaleína?

e) Investiga la composición química de la fenolftaleína y explica por qué cambia de color y eluso que le puedes dar a ésta sustancia en futuras investigaciones.


Nomenclatura de sales

Las sales haloideas mejor conocidas como haluros, son sales que se forman de la combina-ción de un hidrácido (binario o ternario) con una base. Estas sales no poseen oxígeno en sucomposición. Al dar nombre a los haluros, éstos siempre llevarán la terminación uro.

Las sales son sustancias iónicas que se forman al reaccionar generalmente un ácido con unabase, produciéndose así una reacción de neutralización. Existen dos tipos de sales: binarias yternarias. Cuando la sal proviene de la reacción de un ácido binario (HF, HCl, HBr, HI, H2S), éstapuede ser binaria o ternaria. Si la sal proviene de un ácido ternario (HCN, H2SO4, HNO3, H3PO4,HClO, etc.), ésta puede ser ternaria o cuaternaria.

Clorurode hidrógeno

Hidróxidode sodio

Clorurode sodio

Tabla 2.2 Anionesmonoatómicos según suposición en la tabla perió-dica.

Grupo IVA(14)

C4- Carburo

Si4- Siliciuro

Grupo VA(15)

N3- Nitruro

P3- Fosfuro

Grupo VIA(16)

S2- Sulfuro

Se2- Selenuro

Te2- Telururo

Grupo VIIA(17)

Cl- Cloruro

F- Fluoruro

Br- Bromuro

I- Yoduro

Usos o aplicaciones de algunos hidróxidos en la vida cotidiana

El hidróxido de litio (LiOH), es un compuesto utilizado en la fabricación de jabón a base de litio,para limpiar grasas. Fue utilizado para eliminar el CO2 en la cabina de la nave espacial Apolo,ya que al reaccionar con éste, se forma carbonato de litio.

El hidróxido de sodio (NaOH) también se utiliza en la fabricación de jabón y como destapacañoso quitacochambre en la cocina de los hogares y restaurantes.

El hidróxido de potasio (KOH) también se utiliza en la manufactura de jabones ligeros.

El hidróxido de calcio, Ca(OH)2, se utiliza en la construcción para hacer argamasa o mezcla,utilizada en la construcción para la pega de ladrillos. También se utiliza en la nixtamalización delmaíz, para elaborar tortillas.

El hidróxido de magnesio, Mg(OH)2, se utiliza como antiácidoestomacal, laxante y para obtener Mg a partir de él. El hidróxidode aluminio Al(OH)3, mezclado con el hidróxido de magnesio sonel principio activo del «Melox» utilizado como antiácido yantiflatulento.

Nomenclatura de sales haloideas

Fig. 2.6 Tabletas de melox


Actividad 2.8 Combina los cationes y aniones respectivos, construyelas fórmulas de las sales y asigna nombre común o de Stock a cadauna de las sales formadas y anótalos en la parte inferior de la tabla.

Ni2+

K+

Pt4+

Pb2+

Zn2+

Sn2+

Co3+

CatiónAnión

F- Cl- S2- N3- P3- Br - CN-

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27 28

29 30 31 32 33 34 35

36 37 38 39 40 41 42

43 44 45 46 47 48 49

1. _________________________________ 2. ___________________________________3. _________________________________ 4. ___________________________________5. _________________________________ 6. ___________________________________7. _________________________________ 8. ___________________________________9. _________________________________10. ___________________________________11. ________________________________12. ___________________________________13. ________________________________14. ___________________________________15. ________________________________16. ___________________________________17. ________________________________18. ___________________________________19. ________________________________20. ___________________________________

Mg2+

Na+

Pt2+

Ca2+

Fe2+

Sn4+

Au3+

50 51 52 53 54 55 56

57 58 59 60 61 62 63

64 65 66 67 68 69 70

71 72 73 74 75 76 77

78 79 80 81 82 83 84

85 86 87 88 89 90 91

92 93 94 95 96 97 98


41. ________________________________42. __________________________________43. ________________________________44. __________________________________45. ________________________________46. __________________________________47. ________________________________48. __________________________________49. ________________________________ 50. ___________________________________

21. ________________________________22. __________________________________23. ________________________________24. __________________________________25. ________________________________26. __________________________________27. ________________________________28. __________________________________29. ________________________________30. __________________________________31. ________________________________32. __________________________________33. ________________________________34. __________________________________35. ________________________________36. __________________________________37. ________________________________38. __________________________________39. ________________________________40. __________________________________

71. ________________________________72. __________________________________73. ________________________________74. __________________________________75. ________________________________76. __________________________________77. ________________________________78. __________________________________79. ________________________________ 80. ___________________________________

51. ________________________________52. __________________________________53. ________________________________54. __________________________________55. ________________________________56. __________________________________57. ________________________________58. __________________________________59. ________________________________60. __________________________________61. ________________________________62. __________________________________63. ________________________________64. __________________________________65. ________________________________66. __________________________________67. ________________________________68. __________________________________69. ________________________________70. __________________________________

91. ________________________________92. __________________________________93. ________________________________94. __________________________________95. ________________________________96. __________________________________

81. ________________________________82. __________________________________83. ________________________________84. __________________________________85. ________________________________86. __________________________________87. ________________________________88. __________________________________89. ________________________________90. __________________________________


Actividad 2.9 En forma individual o colaborativa, escriba la fórmula oel nombre de cada una de las siguientes sales, según corresponda.

a) Cianuro de bario _______________ n) Nitruro de potasio ________________

b) Bromuro de plata _______________ o) Fosfuro de berilio ________________

c) Yoduro de mercurio (II)____________ p) Cloruro de hierro (II) ______________

d) Fluoruro de hierro (III) ____________ q) Bromuro de niquel (II) _____________

e) Sulfuro de litio _______________ r) Yoduro de cobre (II) _______________

f) Selenuro de berilio ______________ s) Fluoruro de oro (III) _______________

g) Carburo de sodio _______________ t) Sulfuro de cobre (I) _______________

h) SrCl2 ____________________ u) CuS _____________________

i) Ca(CN)2 ____________________ v) PtBr4 _____________________

j) Ag2Se ____________________ w) K2Te _____________________

k) Na3N ____________________ x) BaS _____________________

l) AlCl3 ____________________ y) SnCl4 _____________________

m) PbI2 ____________________ z) PbBr4 _____________________

97. ________________________________98. __________________________________

Nomenclatura para las oxisales

Las oxisales son sustancias que como su nombre lo indica, contienen oxígeno y se puedenformar, al combinar un oxiácido con un hidróxido o un metal activo.


Las oxisales pueden ser: neutras, ácidas, dobles y básicas.

En nuestro caso se pondrá énfasis en lasoxisales neutras y sólo abordaremos algunas delas otras oxisales de mayor uso en la vida coti-diana.

1. La carga en el oxianión o radical será numéricamente igual al número de iones hidrógenoque se sustituyen o liberan de la molécula del ácido.

2. Los nombres de los oxianiones se derivan del nombre del oxiácido que le da origen y cambianlas terminaciones oso e ico del ácido por ito y ato, respectivamente.

Así, el ion nitrito (NO2)- se deriva del ácido nitroso, HNO2, y el ion nitrato (NO3)

-, del ácidonítrico, HNO3.

Para dar nombre a las oxisales es necesario aprender los nombres y fórmulas de los oxianioneso radicales. Para ello, consideraremos las siguientes reglas:

NaNO3 Ca(NO3)2 Al(NO2)3

Nitrato de sodio Nitrato de calcio Nitrito de aluminio

3. Al dar nombre a las oxisales, primero se nombra al oxianión o anión poliatómico y enseguidael nombre del metal, con la terminación oso e ico si se utiliza la nomenclatura común, y elnúmero de oxidación del metal entre paréntesis cuando se utiliza la nomenclatura de Stock.

CuSO4 Pb(SO4)2

Sulfato de cobre (II) Sulfato de plomo (IV) Sulfato cúprico Sulfato plúmbico

Nombre del radical Radical

Tabla 2.3 Oxianiones.

Nombre del radical Radical -

Hipobromito BrO -

Bromito BrO2-

Bromato BrO3-

Perbromato BrO4-

Fosfato PO43-

Fosfito PO33-

Sulfato SO42-

Sulfito SO32-

Hiposulfito SO22-

Perclorato ClO4-

Clorato ClO3-

Clorito ClO2-

Hipoclorito ClO -

Carbonato CO32-

Bicarbonato HCO3 -

Cromato CrO4 2-

Dicromato Cr2O7 2-

Peryodato IO4 -

Yodato IO3 -

Permanganato MnO4 -

Silicato SiO32-

Nitrato NO31-

Nitrito NO21

Arsenato AsO43-

Arsenito AsO33-

Borato BO32-

Fórmula Tipo de oxisalCaSO4 Oxisal neutraCa(HSO4)2 Oxisal ácidaCa Na2(SO4)2 Oxisal dobleCa(OH)NO3 Oxisal básica


Actividad 2.10 En forma individual o colaborativa, combina loscationes y aniones respectivos para construir las fórmulas de cadaoxisal, asigna nombre común o de Stock a cada una de ellas y anótalosen la parte inferior de la tabla.

1 2 3 4 5

6 7 8 9 10

16 17 18 19 20

1. _________________________________ 2. ___________________________________3. _________________________________ 4. ___________________________________5. _________________________________ 6. ___________________________________7. _________________________________ 8. ___________________________________9. _________________________________10. ___________________________________11. ________________________________12. ___________________________________13. ________________________________14. ___________________________________15. ________________________________16. ___________________________________17. ________________________________18. ___________________________________19. ________________________________ 20. ___________________________________21. _______________________________ 22. __________________________________

29. _______________________________ 30. __________________________________

23. _______________________________ 24. __________________________________25. _______________________________ 26. __________________________________27. _______________________________ 28. __________________________________

Mg2+

Na+

Pt2+

Ca2+

Fe2+

Sn4+

Au3+

Catión

AniónCO3

2- SO42- NO3

- PO43- IO4

-

11 12 13 14 15

21 22 23 24 25

26 27 28 29 30

31 32 33 34 35

1 2 3 4 5


31. ________________________________32. __________________________________33. ________________________________34. __________________________________35. ________________________________

1. _________________________________ 2. ___________________________________3. _________________________________ 4. ___________________________________5. _________________________________ 6. ___________________________________7. _________________________________ 8. ___________________________________9. _________________________________10. ___________________________________11. ________________________________12. ___________________________________13. ________________________________14. ___________________________________15. ________________________________16. ___________________________________

Actividad 2.11 En forma individual o colaborativa, combina loscationes y aniones respectivos para construir las fórmulas de cadaoxisal, asigna nombre común o de Stock a cada una de ellas y anótalosen la parte inferior de la tabla.

17. ________________________________18. ___________________________________

6 7 8 9 10

16 17 18 19 20

Catión

Anión(BO3)3-(SiO3)2- (NO2)- (AsO4)3-(IO3)-

Ag+

K+

Li+

Ba2+

Fe3+

Pb4+

Cu2+

1 2 3 4 5

11 12 13 14 15

21 22 23 24 25

26 27 28 29 30

31 32 33 34 35


19. ________________________________ 20. ___________________________________21. _______________________________ 22. __________________________________

29. _______________________________ 30. __________________________________

23. _______________________________ 24. __________________________________25. _______________________________ 26. __________________________________27. _______________________________ 28. __________________________________

31. _______________________________ 32. __________________________________33. _______________________________ 34. __________________________________35. _______________________________

a) Carbonato de amonio b) Fosfito de zinc

c) Sulfato de aluminio d) Nitrato de plata

e) Sulfato de cadmio f) Fosfato de potasio

g) Permanganato de potasio h) Hipoclorito de sodio

i) Nitrito de calcio j) Carbonato de cobre (II)

k) Yodato de cobre (I) l) Yodito de oro (III)

m) Arsenato de plomo (II) n) Clorito de magnesio

o) Bromato de hierro (II) p) Bromito de cobre (I)

q) Perclorato de potasio r) Peryodato de sodio

s) Borato de cobalto (III) t) Arsenito de plata

Actividad 2.12 De manera inividual o colaborativa asigna fórmulaquímica a cada una de las siguientes oxisales.


Nombre Usos

CaSO4

KMnO4

Al2(SO4)3

Li2CO3

KNO3

K2CO3

Fórmula

Es usado en medicina como depre-sor del sistema nervioso, se usacomo tranquilizante en el tratamien-to de la esquizofrenia.

En la fabricación de fertilizantes, ex-plosivos, cohetes, cerillos y en el tra-tamiento del tabaco.

Se usa como yeso en la construc-ción. En la elaboración de gises yenyesado de fracturas óseas.

Se emplea como agente oxidante,desinfectante y en la purificación delagua y aire.

Mg(ClO4)2

Na2CO3

Na3PO4

MgSO4. 7H20

NaNO3

Se usa en el curtido de pieles.Como mordente en la industria pa-pelera y textil. En la fabricación detelas a prueba de fuego y repelen-tes al agua. Como agenteclarificante de aceites. En el trata-miento de agua. Como decolorante,deodorizante, antitranspirante.

En la fabricación de vidrio ydetergentes. Como ablandador deagua.

Como desecante.

En la fabricación de fertilizantes,laxantes y analgésicos. Como mor-dente en tintorería. Para lavar tejidosinfectados (Sal de Epsom).

En la fabricación de detergentes ycomo ablandador de agua.

En la fabricación de vidrios espe-ciales para instrumentos ópticos.

En la fabricación de explosivos y fer-tilizantes.

Actividad 2.13 De manera individual o colaborativa escriba el nombrede las siguientes oxisales, utilizando la nomenclatura apropiada.


Como pigmento en la detección deúlceras gastrointestinales a travésde radiografías.

En la fabricación de cohetes paraseñales luminosas (verde)

Como agente blanqueador: de hari-na, en la industria textil y papelera,en la refinación de azúcar y comoblanqueador doméstico (clorálex).

Nombre UsosFórmula

KBrO3

Sr(NO3)2

BaSO4

Como agente oxidante y como aditi-vo en alimentos.En la fabricación de cohetes para se-ñales luminosas (rojo).

Como veneno para ratas.

Principal constituyente de las con-chas marinas, corales, cáscara dehuevo, caracoles, mármol, perlas. Esel principal ingrediente del cemento.Se utiliza como antiácido en la fabri-cación de vinos y pastas dentales.

En la fabricación de fertilizantes, ex-plosivos, insecticidas y herbicidas.Como combustible sólido para co-hetes.

Se utiliza como blanqueador y des-infectante.

Se usa como agente oxidante y enla elaboración de explosivos ycerillos.

Nomenclatura de hidruros iónicos

Los hidruros iónicos son compuestos que resultan de la unión química entre un metal y el hidró-geno. En este tipo de compuestos el hidrógeno se presenta como anión, H -, y recibe el nombrede hidruro.

Los hidruros formados con los metales de transición se conocen como hidruros intersticiales,porque consisten en una red metálica más o menos distorsionada, dentro de la cual se encuen-tran dispersos los átomos de hidrógeno, ocupando los huecos disponibles en la estructura delmetal.

BaCO3

Ba(NO3)2

Ca(CIO)2

CaCO3

NH4NO3

NaCIO

KCIO3


Fórmula NombreLiH Hidruro de litio

NaH Hidruro de sodio

MgH2 Hidruro de magnesio

CaH2 Hidruro de calcio

AlH3 Hidruro de aluminio

HgH2 Hidruro de mercurio (II)

PbH4 Hidruro de Plomo (IV)

GaH3 Hidruro de Galio (III)

KH Hidruro de potasio Tabla 2.4 Hidruros iónicos

Debido a esto, es muy difícil contar con un buen contenedor metálico para el hidrógeno, ya queéste se mete entre los intersticios metálicos. De los metales de transición, el paladio es el quemayor capacidad tiene para absorber hidrógeno y formar hidruros.

Conozca más...sobre los hidruros metálicos

La fácil absorción del H2 por el metal paladio se ha empleado para separar H2 de otrosgases y para la purificación del hidrógeno a escala industrial. A una temperatura de 300 a400 K, el H2 se disocia en hidrógeno atómico sobre la superficie del Pd. Los átomos de Hse disuelven en metal y bajo la presión de H2, los átomos se difunden y se recombinan paraformar H2 sobre la superficie opuesta. Debido a que ninguna otra molécula presenta estapropiedad, el resultado es hidrógeno (H2) absolutamente puro.

Como agente reductor en síntesis or-gánica.

Nombre UsosFórmula

LiH

LiAlH4

En la síntesis de compuestos farma-céuticos y perfumes.

Actividad 2.14 De manera individual o colaborativa escriba el nombrede los siguientes hidruros utilizando la nomenclatura apropiada.


2.3 Nomenclatura de compuestos covalentes

Los compuestos covalentes resultan de la unión de elementos no metálicos, entre ellos tene-mos a los óxidos ácidos también conocidos como anhídridos, los oxiácidos conocidos comooxácidos, los hidrácidos y los hidruros covalentes.

Nomenclatura de óxidos ácidos o anhídridos

Los óxidos ácidos o anhídridos son compuestos covalentes binarios que resultan de la combi-nación de un no metal con el oxígeno. Ejemplo:

Los anhídridos se caracterizan porque al reaccionar con el agua producen oxiácidos. Ejemplos:

Se les denomina anhídridos, porque provienen de ácidos inorgánicos completamentedeshidratados. Aunque no todos los óxidos ácidos son anhídridos.Para dar nombre a los óxidos ácidos se puede utilizar la nomenclatura clásica (común), la deStock y la descriptiva, estas dos últimas de la IUPAC.

Nomenclatura común

Para los elementos no metálicos (o metaloides) que presentan sólo dos números de oxidación,como el boro (B) , el carbono (C) y el silicio (Si), se utilizará el sufijo oso para el menor y el icopara el mayor número de oxidación. Ejemplos:

B203 Anhídrido bórico

CO2 Anhídrido carbónico (más conocido como dióxido de carbono)

+

Nivel submicroscópico

Ácido hipoclorosoNivel simbólico

Anhídrido hipoclorosoNivel simbólico


+


Cuando el elemento no metálico presenta más de dos números de oxidación, se utilizarán pre-fijos y sufijos de acuerdo con sus números de oxidación. Para ello utilizaremos la siguientetabla.

B2O Anhídrido borosoCO Anhídrido carbonoso (más conocido como monóxido de carbono)

+7 Per

IIIA IVA VA VIA VIIAB C N O F

Si P S ClAs Se Br

Te I

Actividad 2.15 En forma individual anota la fórmula y nombres comunesde los óxidos ácidos del silicio.

Actividad 2.16 Determina los óxidos ácidos restantes, que resultande combinar los no metales o metaloides con el oxígeno y escribe elnombre común a cada uno de ellos. Para ello, es importante mencionarque el flúor no forma óxidos ácidos.

Fórmula Nombre

No. de oxidación Prefijo Nombre del no metal o metaloide Sufijo+1 +2

+3 +4+5 +6

Hipo osoosoicoico

Ejemplo:

+1 -2N2O Anhídrido hiponitroso

+3 -2N2O3 Anhídrido nitroso

N2O5 Anhídrido nítrico+5 -2

Tabla 2.4 Prefijos y sufijos


Fórmula Nombre común


Para dar nombre a los óxidos ácidos o anhídridos se puede utilizar la nomenclatura Stock y ladescriptiva.

Nomenclatura StockComo ya lo mencionamos, la nomenclatura Stock consiste en colocar después del nombre dela función química, el número de oxidación del elemento no metálico (o metaloide) con el que seestá combinando el oxígeno.

N2O Óxido de nitrógeno (I)

NO Óxido de nitrógeno (II)

N2O3 Óxido de nitrógeno (III)

NO2 Óxido de nitrógeno (IV)

N2O5 Óxido de nitrógeno (V)

Nomenclatura descriptiva

Este tipo de nomenclatura es mucho más fácil para nombrar o escribir la fórmula de un compuesto,dado que ésta expresa la cantidad de átomos de cada elemento presentes en la molécula.

*Un dímero es una molécula compuesta de dos moléculas idénticas simples. Las moléculas As203 y P205en realidad existen como As406 y P4010.

Prefijo griego Número Compuesto Nombre

mono 1 CO Monóxido de carbono

di- 2 SO2 Dióxido de azufre

tri- 3 B2O3 Trióxido de diboro

tetra- 4

penta 5 P2O5 Pentóxido de difósforo

hexa- 6 As4 O6* Hexóxido de tetraarsénico

hepta- 7 Cl2 O7 Heptóxido de dicloro

octa- 8

nona- (o ene) 9

deca 10 P4 O10 Decóxido de tetrafósforo

Tabla 1.6 Los prefijos griegos describen el número de átomos en la molécula


El dióxido de azufre, SO2, y el dióxido de nitrógeno, NO2, se encuentran en el aire contaminadoy son de los contaminantes más peligrosos para el ser humano. La presencia de estos y otrosóxidos ácidos en la atmósfera, provoca la formación de lluvia ácida y aceleran la oxidación deproductos elaborados con hierro.

El monóxido de carbono producido principalmente por la combustión parcial de gasolina en losautomóviles, es uno de los mayores contaminantes del aire, capaz de provocar la muerte.

Oxiácidos

Sin duda, la mayoría de las personas conoce el término ácido. La palabra ácido proviene dellatín acidus, que significa agrio. Este término fue utilizado originalmente para referirse al vina-gre. Existen dos tipos de ácidos inorgánicos: Los hidrácidos y los oxiácidos.

Los oxiácidos conocidos también por el nombre de oxácidos y oxoácidos, son compuestoscovalentes ternarios que resultan de la combinación de un óxido ácido con el agua.

Se usó como anestésico.Como desinfectante y preservativo en la indus-tria alimenticia. Como agente blanqueador entextiles, papel, aceite, etc. Como fumigante.

Nombre Usos

En la obtención del silicio y sus compuestos.En la fabricación de vidrio y abrasivos.Se usa para colorear el vidrio.

En la fabricación de vidrio. Como Insecticida yeliminación de roedores. Como preservativo dela madera.Como agente deshidratante.

Se usa en la fabricación de vidrio resistente alcalor (pyrex) y telas incombustibles.

Como combustible, agente reductor y en la sín-tesis del metanol.

Como refrigerante, en la elaboración de bebi-das carbonatadas y como extinguidor de fuego.Como antioxidante en la fabricación de aceites.

N20Fórmula

SO2

SiO2

TeO2

As4O6

P4O10

B203

CO

CO2

SeO2

Actividad 2.17 Escriba el nombre de los siguientes oxidos ácidosutilizando para ello, cualquiera de los tres tipos de nomenclatura.


Usualmente son reconocidos por sus fórmulas químicas (HnXOn), que generalmente inician conhidrógeno, seguido del elemento no metálico (o metaloide) y finalmente el oxígeno.Se les llama oxiácidos porque dentro de su molécula contienen oxígeno. Se pueden clasificaren: monopróticos, dipróticos o polipróticos, dependiendo del número de iones H+ disponibles osustituibles en el ácido.El número de hidrógenos que posee cada ácido, generalmente se puede determinar si seconoce el grupo al que pertenece el elemento no metálico central, al utilizar la siguiente expre-sión:

8 - Número de grupo. = No. de hidrógenos del ácido

Esto sólo se cumple para los elementos del grupo V, VI y VIIA , con excepción de los ácidos delnitrógeno, que sólo llevan un hidrógeno.

IIIA IVA VA VIA VIIA

B C N* O FSi P S Cl

As Se BrTe I

3H 2H 3H 2H 1H

En caso de que el elemento central presente tres o más estados de oxidación, se utilizarán losprefijos hipo o per según corresponda.

Nomenclatura común

La IUPAC recomienda, que la permanencia de nombres tradicionales sea limitado sólo a com-puestos muy comunes, que ya tienen nombres establecidos. Sin embargo, la nomenclaturacomún sigue teniendo un fuerte arraigo. Veamos algunas consideraciones:

Si un elemento forma solamente un oxiácido, este llevará la terminación ico.

Cuando un elemento no metálico (o metaloide) presenta dos estados de oxidación, se usa laterminación –oso, para el menor estado de oxidación, e –ico para el mayor.

H2CO3 ácido carbónico

H3BO2 ácido boroso

H3BO3 ácido bórico

ico + 5 +6 HClO3 Ácido clórico

Prefijo Sufijo Números de oxidación Fórmula Nombrehipo oso +1 +2 HClO Ácido hipocloroso

oso + 3 +4 HClO2 Ácido cloroso

per ico + 7 HClO4 Ácido perclórico

Tabla 2.5 No metales y metaloides


HBrO

Ácido Nombre del ácido Nombre del radicalRadical

Ácido hipobromoso HipobromitoBrO-

Ácido brómico BrO3-

H3PO4 Fosfato

Ácido fosforoso PO33-

H2SO4 Sulfato

Ácido nítrico NO3-

H2SO3 SO32-

Ácido bórico BO33-

HClO Hipoclorito

Ácido nitroso Nitrito

HIO4 IO4-

H2SiO4

Ácido carbónico Carbonato

SiO42-

HlO

Ácido yódico Yodato

lO-

H3AsO4

Ácido perclórico Perclorato

AsO43-

Ácido selénico Selenato

HMnO4 MnO4-

Ácido telúrico Telurato

H2CrO4 CrO42-

Actividad 2.18 Completa la tabla, según corresponda, con las fórmulaso nombres comunes de algunos oxiácidos y oxianiones(radicales).


Aplicaciones de los oxiácidos en la vida diariaEl ácido sulfúrico se utiliza en la fabricación de fertilizantes, explosivos, pinturas, así comoen la metalurgia.El ácido fosfórico se utiliza en la fabricación de fertilizantes, detergentes, jabones y paraacidular los refrescos de cola.

El ácido nítrico es un ácido fuerte que se utiliza en la fabricación de fertilizantes, explosivos,lacas, fibras sintéticas, drogas, colorantes y además como agente oxidante.

En la vida diaria utilizamos también ácidos orgánicos, como el ácido cítrico, ascórbico (vita-mina C), acético y acetilsalicílico. El ácido cítrico como su nombre lo indica, se encuentrapresente en frutas como limones, naranjas y toronjas. El ácido acético diluido se conocecomo vinagre, el cual se añade para la preparación de chiles en escabeche, ensaladas oaderezos. La vitamina C es el ácido ascórbico.

Precauciones que deben tenerse al utilizar ácidos y bases fuertes

Los ácidos minerales como el sulfúrico, el clorhídrico y el nítrico son muy corrosivos, des-truyen los tejidos; al igual que algunas bases como el hidróxido de sodio.

Si de manera accidental cae en tu piel alguna de estas sustancias aplica bastante agua enla zona afectada, con la finalidad de diluir ya sea el ácido o la base. Posteriormente si tratasde neutralizar una base fuerte, se debe emplear un ácido débil como el vinagre o el ácidobórico, H3BO3; este último sobre todo si el accidente ha ocurrido en los ojos. Asimismo, paraneutralizar la quemadura de un ácido fuerte hay que usar una base débil como la leche demagnesia, Mg(OH)2 o el bicarbonato de sodio, NaHCO3.

Esta es una reacción de neutralización: ácido + base sal + agua

Una precaución que siempre deberás tener presente:

¡Nunca le des de “beber” agua al ácido!

Esto significa que no debe agregarse agua al ácido porque al caer ésta se calienta y evapo-ra violentamente, pudiendo salpicar partes de tu cuerpo. Por ello, lo que debe hacerse parapreparar una disolución ácida, es añadir lentamente el ácido al agua.

Ácido cítrico Ácido acetilsalicílico Ácido acéticoÁcido ascórbico

O O

OH OH

CHHOCH2

HOOH O

C

CH2

CH2

OH

OH

O

C C

CO OH

O

O

O

OC

C

C

OH

OH

CH3

CH3


Hidrácidos

Los hidrácidos son generalmente compuestos binarios que resultan de la combinación del hidrógenocon los no metales de los grupos VIA(16) y VIIA(17). Sin embargo, existen hidrácidos ternarios, comoel ácido cianhídrico o cianuro de hidrógeno, HCN.

La reacción de formación de un hidrácido pertenece a las reacciones de síntesis o combinacióndirecta.

Estos se caracterizan porque al reaccionar con una base o metal dan lugar a las sales haloideas.Ejemplo:

Nomenclatura

Tradicionalmente a los hidrácidos se les nombra con la terminación hídrico, ya que al disolver-se en agua forman disoluciones ácidas, debido a esa propiedad a estos compuestos se les dael nombre con el sufijo hídrico. Pero cuando son gaseosos, se les nombra con la terminaciónuro.

Por ejemplo, el HCl es un gas que se llama cloruro de hidrógeno, y a su disolución acuosa sele conoce como ácido clorhídrico.

Para expresar la fórmula de un ácido binario se acostumbra escribir primero el símbolo delhidrógeno, seguido del símbolo del segundo elemento no metálico, por ejemplo, HCl, HBr, H2S.

Los ácidos son sustancias que liberan iones hidrógeno, H+, al disolverse en agua. Se usa confrecuencia la misma fórmula para expresar los compuestos binarios de hidrógeno, como HCl,sin importar si están o no disueltos en agua.

H2Te Ácido Telurhídrico

Fórmula Nombre del ácidoHF Ácido fluorhídricoHCl Ácido clorhídricoHBr Ácido bromhídricoHl Ácido yodhídrico

H2S Ácido sulfhídrico

H2Se Ácido selenhídrico

HCl H2S

Ácido clorhídrico Ácido sulfhídrico

Cloruro de hidrógeno Sulfuro de hidrógeno

Tradicionalmente

Actualmente


¿Sabías qué... el estómago secreta un hidrácido fuerte?

El estómago secreta ácidos (ácidos digestivos o ácidos estomacales) para ayudar adigerir los alimentos. Estos ácidos, que incluyen el ácido clorhídrico, tienen una concen-tración aproximada de 0.1 M de H+. El estómago y todo el conducto digestivo están pro-tegidos del efecto corrosivo de los ácidos por un recubrimiento de mucosa. En algunoscasos se desarrollan agujeros en este recubrimiento, permitiendo que el ácido ataque eltejido subyacente. Estos agujeros se conoce como úlceras. Las úlceras pueden ser cau-sadas, ya sea por la secreción de ácido en exceso o por la incapacidad del recubrimien-to del tubo digestivo para resistir el ataque del ácido. Entre el 10 y el 20 % de los estado-unidenses desarrollan úlceras en alguna etapa de su vida y muchos otros sufren indiges-tión o malestares digestivos ocasionales a causa de los niveles tan elevados de susácidos digestivos.

El tratamiento de estos problemas se enfoca con frecuencia a la neutralización de losácidos digestivos a través de las sustancias llamadas antiácidos. Los antiácidos sonsencillamente bases simples. Su capacidad para neutralizar los ácidos se debe a losiones hidróxido, carbonato o bicarbonato que tienen. Los ingredientes activos de algunosantiácidos populares, son: el alka-seltzer, NaHCO3; leche de magnesia, Mg(OH)2; melox,Mg(OH)2 y Al(OH)3.

Actividad 2.19 Completa la tabla, según corresponda, con los nombresde algunos hidrácidos importantes.

Nombre UsosFórmula

Es utilizado como gas letal en las cá-maras de gases de los Estados Uni-dos.HCN

Como catalizador en la industria pe-trolera. En la fabricación de compues-tos de uranio y en el grabado de vi-drio.

En la metalurgia, en la refinación deminerales. Como limpiador de meta-les en el galvanizado. Está presenteen el ácido estomacal (digestivo).

HF

HCl


Hidruros covalentes

Los hidruros covalentes moleculares se forman por la unión del hidrógeno con los elementos delos grupos 13 al 17, en condiciones adecuadas, exceptuando al aluminio que forma hidrurospoliméricos, (AlH3)n, el bismuto y el polonio.

El estado físico de los hidruros covalentes moleculares es variable, algunos pueden ser gases(NH3, CH4, H2S), otros líquidos (H2O, C6H6) y generalmente presentan estructuras sencillas. Sinembargo, el borano, BH3, se dimeriza para formar B2H6.

Actividad 2.20 Completa la tabla, según corresponda, con los nombresde algunos hidruros covalentes moleculares, la mayoría soncompuestos familiares para tí, investiga aquellos que desconozcas sunombre.

a) CH4

Hidruro Nombre Hidruro Nombre Hidruro Nombre

b) SiH4

c) GeH4

d) SnH4

e) PbH4

f) NH3

g) PH3

h) AsH3

i) SbH3

j) H2O

k) H2S

l) H2Se

m) H2Te

o) HCl

p) HBr

q) HI

n) HF

Fosfina

Silano

97Reacciones y ecuaciones químicas

Unidad III

Reacciones y ecuacionesquímicas

Cu(OH)2(s)+ NaCl(ac) Productos

NaOH(ac)

ReactivosH2O

Na+

OH-

H2O

Cu2+

Cl-

CuCl2(ac)


Propósito de la unidad III

Utilizar los tres niveles de representación de la química para lograr una mejor interpretación dela forma en que las partículas se reorganizan para formar nuevas moléculas, aglomerados deátomos o celdas unitarias a nivel submicroscópico o la formación de nuevas sustancias a nivelmacroscópico cuando ocurre una reacción química.

3.1 Reacciones y ecuaciones químicas

La materia siempre está en continuo devenir, en transformación constante. Los cambios que seobservan en el mundo pueden ser desde el simple cambio de lugar, como la caída de un objeto,la atracción de un metal por un imán, el movimiento ondulatorio del agua en un estanque allanzar una piedra en él, o bien los cambios de estado físico que presenta el agua en la naturaleza,la cual al encontrarse en estado líquido (ríos, mares, lagos), se evapora con la luz solar, y alconstituir una nube en la parte alta de la atmósfera, se condensa y se precipita en forma delluvia.

Introducción

Los cambios antes mencionados se denominan físicos, pues no se altera la composición delas sustancias participantes. En estos cambios la identidad de las sustancias se mantiene,aunque su estado físico, su tamaño o forma se modifiquen.Existen también en la naturaleza otros cambios más complicados, en los cuales sí se modificala composición y propiedades de las sustancias que participan, las cuales alteran su esencia, ydan origen a otras sustancias distintas a las iniciales. Este tipo de cambios se denominancambios químicos. Como ejemplos de estos cambios se tienen: la combustión de un cerillo,la corrosión (oxidación) de un metal y la fermentación de la leche.

Los cambios químicos se conocen también como reacciones químicas, y son procesos quese llevan a cabo a nivel de los átomos, los iones y las moléculas, pues para que se desarrolle uncambio químico se deben romper los enlaces en las sustancias llamadas «reactivos», que sonlas sustancias presentes al inicio de la reacción, y se deben formar enlaces químicos nuevos,en las sustancias producidas, que son las resultantes de la reacción, o sea los «productos».

Fig. 3.2 Cambios químicos: combustión, corrosión y fermentación.

Fig. 3.1 Cambios físicos: caída de un cuerpo, atracción magnética, movimiento ondulatorio y evaporación.


Reactivos Productos Ruptura y formación de enlaces químicos

Así, en el caso de la combustión del papel, los reactivos son el papel, que básicamente escelulosa, y el oxígeno del aire. Al quemarse la celulosa (reacción de combustión), se obtienencomo productos el bióxido de carbono y el agua, además se libera energía luminosa y calorífica.

Celulosa + Oxígeno Bióxido de carbono + Agua

Reactivos Productos

Características macroscópicas de una reacción química

Para identificar un cambio químico (reacción química), se pueden aprovechar algunascaracterísticas macroscópicas, tales como:

Las anteriores manifestacionesmacroscópicas son indicadoresde que a nivel submicroscópicounas sustancias cambiaron suesencia, modificaron su identidady se transformaron en otrassustancias distintas, es decir, sedesarrolló una reacción química.

Considérese el caso de un alka-seltzer al agregarlo enagua. La tableta de alka-seltzer contiene bicarbonato desodio y ácido cítrico. Al añadirle agua inicia una reacciónquímica, la cual produce citrato de sodio y bióxido decarbono. Éste último compuesto como es gaseoso,ocasiona el burbujeo característico observado en laefervescencia:

3 NaHCO3 + C6H8O7 3 CO2 + C6H5O7Na 3 + 3 H2O Bicarbonato de sodio + Ácido cítrico Bióxido de + Citrato de sodio + Agua Carbono

Producción deefervescencia.

Liberación o absorciónde calor.

Un cambio de color(vire)

Aparición de unsólido insoluble

(precipitado)


Nótese como las distintas sustancias participantes en la reacción química, tanto en los reactivoscomo en los productos, se separan entre sí mediante el signo (+). Asimismo, la liberación delgas (CO2) se indica mediante ( ) o (g).

Si se analiza el caso de una reacción química donde participan el ácido clorhídrico (HCl) y elnitrato de plata (AgNO3) como reactivos, al reaccionar entre sí lo hacen de manera instantánea,y se afirma que la reacción química se llevó a cabo al observar la aparición de un sólido blancoinsoluble (AgCl), que por acción debida a la gravedad tiende a depositarse en el fondo delrecipiente donde se desarrolla la reacción. A dicho sólido insoluble se le denomina «precipitado».Para indicar la producción del precipitado se usa el símbolo ( ) o (s).

La manera de representar la reacción química anterior es:

AgNO3 (ac) + HCl(ac) AgCl(s) + HNO3(ac)

Nitrato de plata Ácido clorhídrico Cloruro de plata Ácido nítrico

Fig. 3.3 Sólido blanco insoluble,precipitado de cloruro de plata

Niveles de representación de una reacción química

Una reacción química se produce cuando en las sustancias se presentan cambios fundamentalesde identidad. A nivel submicroscópico (figura 3.4) una reacción química consiste en la interacciónentre átomos, moléculas o iones de los reactivos, lo que produce nuevas agrupaciones oreordenamientos y con ello, la formación de nuevas sustancias. En una reacción química serompen y forman nuevos enlaces, por eso aparecen sustancias nuevas

Nivel macroscópicoIndicadores observables de que se efectuó la reacción:

Efervescencia, precipitado, vire, liberación o absorción de calor

Ruptura y formación de enlaces químicos.Reordenamiento de átomos, moléculas o iones.Formación de nuevas agrupaciones de átomos oiones. Uso de modelos y explicación teórica delmecanismo de la reacción.

Ecuación química: representaciónsimbólica de la reacción mediantefórmulas químicas.

Nivel submicroscópico Nivel simbólico

Figura 3.4 Los tres niveles de representación.



Nivel simbólico

Una reacción química se puede describir designando textualmente a los reactivos y los productos,como en el proceso químico que tiene lugar al oxidarse un trozo de hierro:

Hierro + Oxígeno Óxido de hierro (herrumbre, moho)

Pero la reacción anterior también se puede expresar mediante el lenguaje simbólicocaracterístico de la química, utilizando símbolos y fórmulas químicas para representar tanto areactivos como a productos:

4 Fe (s) + 3 O2 (g) 2 Fe2O3 (s)

La expresión anterior es una ecuación química, la cual es un modelo de representación simbólicade la reacción química (figura 3.5). La reacción química existe en el mundo real, y su modelo derepresentación es la ecuación química.

Interpretación Representación

REALIDAD REACCIÓNQUÍMICA

MODELO ECUACIÓNQUÍMICA Fig. 3.5 Representación simbólica

La ecuación química es la representación de un proceso real en el que ocurre el cambioquímico, es decir, el cambio en el que aparecen las nuevas sustancias, con diferentes propiedadesfísicas y químicas a las de los reactivos.

Para expresar una ecuación química se suelen emplear símbolos especiales que proporcionaninformación específica acerca de las sustancias participantes o sobre las condiciones dereacción. De esta manera, los reactivos se muestran al lado izquierdo de la ecuación, antes dela flecha y los productos se ubican al lado derecho, después de la flecha.

En ocasiones para que una reacción química se desarrolle, se necesitan condiciones especialestales como, la aplicación de calor, el uso de un catalizador para acelerar o para inhibir la velocidadde reacción, o bien se requiere un medio de reacción diferente al agua. Estas condiciones dereacción se indican sobre la flecha:

El estado físico de las sustancias se expresa mediante los símbolos: (s), (l) y (g), los cualesindican los estados sólido, líquido y gaseoso, respectivamente. Si la sustancia que participaestá disuelta en agua, se usa el símbolo (ac), que significa «en solución acuosa». Cuando enlos productos se libera un gas, en la ecuación se indica con una flecha hacia arriba ( ) o elsímbolo (g). Asimismo, cuando se forma un sólido insoluble se indica con una flecha haciaabajo ( ) o con el símbolo (s).

La flecha horizontal ( ) separa a reactivos y productos y se lee, como: «produce», «forma»,«da» u otra expresión similar.


Muchas reacciones se desarrollan en una sola dirección, es decir, de izquierda a derecha, o delos reactivos hacia los productos. Estas reacciones se denominan «irreversibles», y en la ecua-ción química se simbolizan con una flecha horizontal ( ).

También se presenta el caso de reacciones químicas en las que una vez formados los produc-tos, éstos interactúan entre sí, y se invierte el sentido de la reacción hacia la formación dereactivos. A estas reacciones se les llama «reversibles» y se simbolizan con una doble flecha( ).

Actividad 3.1 En forma individual completa la siguiente tabla que resumelas condiciones de reacción.

Actividad 3.2 En forma individual o colaborativa determina la informaciónque proporciona la siguiente ecuación química.

b) Aparición de un sólido insoluble

c) Liberación de un gas

d) Signo para separar a las sustancias

e) Sustancia en estado sólido

f) Sustancia en estado líquido

g) Sustancia en estado gaseoso h) Sustancia disuelta en agua

i) Reacción irreversible

j) Reacción reversible

a) Aplicación de calor

Condiciones de una reacción Símbolo

a) Nombre de reactivos

b) Nombre de productos

c) Coeficientes

d) Estado físico de las sustancias

e) Condiciones de reacción

f) Reversible o irreversible

CALOR CCl4 Ni H+ ALCOHOL


2. Escriba la ecuación que corresponde a cada una de las siguientes expresiones:

a) «Dos mol de hidrógeno al reaccionar con un mol de oxígeno y por acción de una corriente

eléctrica, producen dos mol de agua»

______________________________________________________________________

b) «El carbonato de calcio por calcinación a 900 0C, produce óxido de calcio y anhídrido

carbónico»

______________________________________________________________________

c) «Al aplicar calor al óxido mercúrico, se descompone en mercurio metálico y oxígeno que

se libera. Al poco tiempo se observa que esta reacción es reversible, el mercurio reacciona

con el oxígeno del aire y produce óxido mercúrico.

______________________________________________________________________


Propósito

¿Qué se necesita?

1 tornillo1 clavo1 frasco de gerber1 balanza granataria


Consigue un tornillo o clavo nuevo, anota sus características, mide su masa en una balanzagranataria, registra la masa y colócalo en un frasco con unas gotas de agua. Un mes después,se vuelve a medir su masa estando seco el clavo o tornillo. Anota tus observaciones y lasconclusiones a las que llegaste.

a) ¿Qué le sucedió al clavo o tornillo? ________________________________________

b) ¿Qué elemento del aire produce el aumento de la masa del clavo? ___________________c) Escriba la ecuación que representa esta reacción química: En forma verbal:

En forma simbólica:

a) Que el alumno intente explicar desde los tres niveles de representación de la química,fenómenos de la vida cotidiana como la oxidación de los metales.b) Propiciar el trabajo cooperativo.



Propósito

¿Qué se necesita?

3 cm de tira de magnesio metálicoPinzasMecheroCápsula de porcelana o vidrio de relojBalanza granataria


Consiga en el laboratorio una tira de magnesio, determine su masa y con la ayuda de unaspinzas introduzca el magnesio a la flama del mechero. Deje caer la tira encendida en unacápsula de porcelana o vidrio de reloj, a los que previamente se midió su masa.

Al término de la reacción, mida la masa de la cápsula que contiene la sustancia obtenida.Anota las observaciones, conclusiones y dibujos del experimento, pues serán de utilidad paracontestar las siguientes preguntas:

a) ¿Qué tipo de sustancia es el magnesio?

b) ¿Qué propiedades físicas y químicas presenta?

c) ¿Qué le sucedió cuando se introdujo a la llama del mechero?

d) ¿Qué tipo de cambio presentó?

e) ¿Con cuál sustancia del aire reaccionó?

f) ¿Qué compuesto se formó?

g) Escriba la ecuación de la reacción en forma verbal y simbólica. En forma verbal:

En forma simbólica:

Que el alumno intente explicar desde el mundo submicroscópico, fenómenos cotidianos comola oxidación de los metales y sea capaz de representar de manera simbolica y medianteecuaciones dichos cambios.



Propósitos

a) Que el alumno identifique los diversos factores que se ponen de manifiesto en una reacciónquímica.

b) Propiciar el trabajo cooperativo

¿Qué se necesita?

Gradilla4 Tubos de ensayoFrasco goteroMortero con pistiloProbeta de 10 mLRefractario

Agua oxigenada al 30%Disolución de KIDetergente líquidoCristales de KNO3Cristales de KIDisolución de Ca(OH)2

Materiales Sustancias


Actividad 1

Coloca la probeta dentro del refractario. Se adicionan 2 mL de agua oxigenada a la probeta,enseguida se añade medio mililitro de detergente líquido y posteriormente unas gotas desolución saturada de yoduro de potasio .

a) ¿Qué observaste? Anota todas tus observaciones.

b) ¿Se efectuó algún cambio químico? ¿Cómo lo interpretas desde los tres niveles derepresentación?

c) Menciona qué factores te permitieron concluir que se había efectuado una reacción química.

d) Investiga qué sustancias son las responsables de la formación de la espuma y del cambiode color. Realiza un reporte de la actividad.


Toma los tubos de ensayo que contienen solución saturada de yoduro de potasio y soluciónde nitrato de plomo respectivamente, y hazlos reaccionar entre sí.

Actividad 2




d) ¿A qué compuesto corresponde el precipitado amarillo que se formó?

e) Mezcla cristales de las sustancias anteriores (nitrato de plomo y yoduro de potasio) enun mortero y tritúralas con el pistilo. ¿Qué observaste? Anota todas tus observaciones.

f) ¿Cómo lo interpretas?

Actividad 3

Sujeta el tubo que contiene disolución de hidróxido de calcio, añade unas gotas de fenolftaleínae introduce un popote en tubo. Coloca la parte superior del popote en tus labios y soplasuavemente haciendo burbujear la solución durante unos 3 minutos.


g) Elabora un reporte de tu actividad.




d) ¿A qué compuesto corresponde el precipitado blanco que se formó?

e) ¿Qué sucedió con la fenolftaleína? Plantea tu hipótesis

f) Adiciona nuevamente un poco de la disolución acuosa de hidróxido de calcio. ¿Quéobservas? ¿Los resultados obtenidos apoyan tu hipótesis o la descartan?



3.2 Tipos de reacciones químicas: balanceo por tanteo y método algebraico

Todas las reacciones que se llevan a cabo en nuestra vida cotidiana, como la combustión delgas de la estufa, la putrefacción de la carne, la fermentación de la leche, la fermentación deljugo de uva entre otras, cumplen con una ley natural; esta ley suele ser conocida como «Ley dela conservación de la masa». Esta ley establece:

«Durante una reacción química la masa total de las sustanciasque participan como reactivos es exactamente igual a la masatotal de las sustancias que se obtienen como productos»

En otras palabras, «la materia no se crea ni se destruye, sólo setransforma», esto significa, que las sustancias en una reacción quí-mica se transforman, pero la masa permanece constante, pues du-rante una reacción química los átomos o iones se reordenan o re-agrupan para dar origen a nuevos agrupamientos de átomos o mo-léculas diferentes a las iniciales. Durante una reacción química losátomos o iones se reordenan o reagrupan para dar origen a nuevosagrupamientos de átomos o moléculas diferentes a las iniciales.

Probablemente, la aportación más importante que hizo Antonie Laurent Lavoisier (1743-1794) a la química fue la implantación de la medida precisa a todos los procesos en los quela materia sufre transformaciones y el enunciado de la famosa ley de conservación de lamasa en 1774.

Los trabajos de Lavoisier marcaron el inicio de la representación simbólica de una reacciónquímica, mediante el uso de la ecuación química.

Lavoisier comprobó que la masa (cantidad de materia) es algo permanentee indestructible, algo que se conserva pese a todos los cambios. Newtondesde la física, había defendido la idea de una masa que permanecíaconstante a través de todos los movimientos, y Lavoisier la aplicó al mundode la química.

Lavoisier comprobó su ley en numerosas reacciones, la mayoría de las cuales consistían ensometer a calentamiento diversos metales, siempre en recipientes cerrados y con unacantidad determinada de aire, pero, sobre todo, midiendo las masas de las sustanciasantes y después de la reacción. Estos experimentos le llevaron, no sólo a comprobar que eloxígeno del aire se combina con los metales durante la reacción de oxidación, sino tambiéna demostrar la conservación de la masa durante el proceso.

Tomado de: http://www.educared.net/concurso2001/410/ciencias.htm#lavoisier

¿Sabías que…el estudio de las reacciones químicas permitió establecer la ley de laconservación de la masa?


Toda ecuación química debe cumplir con la ley de la conservación de la masa, para ello, esnecesario balancearla, ajustarla o nivelarla.

Balanceo de ecuaciones químicas

Existen diversos métodos para balancear una ecuación, en este libro abordaremos los siguientes:

a) Método por tanteo, aproximación o inspecciónb) Método algebraicoc) Método de óxido–reducción

Recuerda que una vez escrita la ecuación química con las fórmulas correctas, para balancearla,no debes cambiar los subíndices de las fórmulas, pues esto alteraría la representación de lacomposición de las sustancias.

Balanceo por el método de tanteo, aproximación o inspección

El balanceo por tanteo como su nombre lo indica, consiste en tantear, probar, contar o ensayarhasta encontrar los coeficientes numéricos apropiados que permitan igualar el número de átomosde los reactivos y productos en la ecuación química.

Balancear una ecuación química significa determinar qué valor debe tomar cada coefi-ciente, de tal manera que el número de átomos por cada elemento, sea igual en losreactivos y productos, buscando que éste sea siempre el mínimo de todos los múltiplosposibles.

Para efectuar de manera más eficiente el balanceo por tanteo, se recomiendan los siguientespasos:

1. Escribir correctamente las fórmulas en la ecuación.Por ejemplo: la reacción entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio, en la cual se producesulfato de sodio y agua.

2. Identifica qué elementos están presentes en los reactivos y en los productos. Elabora unalista de acuerdo al siguiente orden:

Reactivos ProductosMetal NaNo metal SHidrógeno HOxígeno O

3. Se cuentan los átomos de cada elemento tanto en reactivos como en productos.

Reactivos ProductosMetal 1 Na 2No metal 1 S 1Hidrógeno 3 H 2Oxígeno 5 O 5


4. Se observa que sólo los átomos de hidrógeno y de sodio no están ajustados. Para iniciar elbalanceo, se recomienda empezar por los elementos metálicos, en nuestro caso, el sodio.Para ello, se coloca un coeficiente 2 en el hidróxido de sodio para igualar el número de átomosde sodio en ambos lados de la ecuación.


Al colocar el coeficiente 2 en el NaOH, el número de átomos que se tenían en un inicio semodifica, tal como se indica a continuación.

5. El siguiente paso sería igualar el número de átomos del no metal, en nuestro caso es elazufre, el cual se observa que ya está nivelado.

6. Finalmente se ajusta el número de átomos de hidrógeno y oxígeno en ambos lados de laecuación. Si observamos, el número de átomos de hidrógeno en los reactivos y productospuede igualarse colocando un coeficiente 2 en la molécula de agua.

Como verificación final, encontramos:


La ecuación química ha quedado balanceada.

Actividad 3.6 En forma individual o colaborativa balancea por tanteo lassiguientes ecuaciones químicas.

a)

b)

c)

d)

e)

2

2 2


f)

g)

h)

i)

j)

Balanceo por el método algebraico

El método algebraico como su nombre lo indica, consiste en utilizar los conocimientos de álgebraelemental para balancear una ecuación química. En este método se considera a cada una delas sustancias (reactivos y productos) como variables o incógnitas de una ecuación algebraica.

Para balancear una ecuación química por el método algebraico, se recomienda desarrollar lossiguientes pasos:

a) Escriba correctamente la ecuación química.

b) Asigne a cada sustancia una literal o variable (a, b, c, d, ...etc.)

c) Establezca para cada elemento una ecuación algebraica, en función del número de áto-mos presentes en reactivos y productos.

d) Asigne un valor arbitrario a la literal que más se repita en las ecuaciones algebraicas.Éste deberá ser siempre un número entero pequeño. En nuestro caso asignaremos valor de1 a la literal a, aunque pudimos haberle asignado valor a la b, pues ambas literales seencuentran en el mayor número de ecuaciones.

a b c d

Para el H es 2a + 2b = 2d ecuación 1

Para el S es a = c ecuación 2

Para el O es 4a + 2b = 4c + d ecuación 3

Para el Ca es b = c ecuación 4

e) Resuelva las ecuaciones algebraicas generadas por cualquier procedimiento: iguala-ción, eliminación o sustitución.

Si a =1 y según la ecuación 2; a = c entonces c = 1

Ejemplo 1


En la ecuación 1, 2a + 2b = 2d donde al despejar d = 2a + 2b (ecuación 5)

Si c = 1 y según la ecuación 4; b = c entonces b = 1

Al sustituir los valores de a y b, tenemos: d = 2(1) + 2(1) = 2 , d = 22

2

f) Los valores obtenidos para cada literal serán los coeficientes que se coloquen en cadafórmula de la ecuación química.

a =1b =1c =1d =2

La ecuación química ha quedado balanceada:

Ejemplo 2

a) Escriba correctamente la ecuación química.

b) Asigne a cada sustancia una literal o variable (a, b, c, d, ...etc.)

a b c d e

c) Establezca para cada elemento una ecuación algebraica, en función del número de áto-mos presentes en reactivos y productos.

Para el Cu es a = c ecuación 1

Para el H es b = 2e ecuación 2

Para el N es b = 2c + d ecuación 3

d) Asigne un valor arbitrario a la literal que más se repita en las ecuaciones algebraicas. Ennuestro caso es la literal b, y le asignaremos el valor de 2 .

e) Resuelva las ecuaciones algebraicas generadas por cualquier procedimiento: iguala-ción, eliminación o sustitución.

Si b = 2 y según la ecuación 2; b = 2e , entonces e = 1

Para el O es 3b = 6c + d + e ecuación 4


a = 0.75 x 4 = 3b = 2 x 4 = 8c = 0.75 x 4 = 3

En la ecuación 3: b = 2c + d en ella, se desconoce el valor de c y d, por tanto se despejauna de estas literales:

En la ecuación 4: 3b = 6c + d + e sustituimos el valor de d (dada por la ecuación 5) 3b = 6c + d + e 3b = 6c + (b-2c) + e

d = b - 2c (ecuación 5)

Sustituímos los valores de b y e.

3b = 6c + b -2c + e

6 = 4c + 3 6 - 3 = 4c 3 = 4c

=c43

En la ecuación 1: a = c por tanto,4

En la ecuación 5: d = b - 2c al sustituir los valores de b y c , tenemos: d = 2 - 2(3/4) d = 2 - 6/4 d = 2 - 1.5

= 0.75

d = 0.5

c = 0.75

a

f) Los valores obtenidos para cada literal deben ser números enteros, ya que estos seránlos coeficientes que se coloquen en cada fórmula de la ecuación química. Si los valoresobtenidos son números fraccionarios, deberás multiplicarlos por su mínimo común múltiplopara obtener números enteros. En nuestro caso es el valor de 4.

3b = 4c + b + e

3(2) = 4c + 2 + 1

d = 0.5 x 4 = 2e = 1 x 4 = 4

La ecuación química ha quedado balanceada:

=a 3


j)

Actividad 3.7 En forma individual o colaborativa balancea por el métodoalgebraico las siguientes ecuaciones químicas y da nombre a cada una delas sustancias que participan.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)


Tipos de reacciones químicas

1. En una reacción química ...a) Siempre se desprende energía.b) Siempre se requiere de energía para que se lleve a cabo.c) Siempre hay un intercambio de energía entre el sistema y los alrededores.

2. En una reacción química ...a) Se forman nuevas sustancias.b) No se forman nuevas sustancias.c) Las sustancias sólo cambian de estado físico.

3. Si una sustancia pierde masa, aumenta o disminuye su volumen y cambia de color al calentarla,se dice que en ella se experimentó ...

a) Un cambio físicob) Un cambio químicoc) Ambos cambios

4. Si disolvemos azúcar en agua, se forma una disolución azucarada, ¿cómo clasificarías estecambio?

a) Un cambio físicob) Un cambio químicoc) Ambos cambios

5. ¿Qué ocurre con la cantidad de masa, en una reacción química?

a) Aumentab) Disminuyec) Permanece constante

Actividad 3.8 Explorando las ideas sobre enlace químico. En formaindividual o colaborativa contesta las siguientes preguntas.


Para facilitar la comprensión y explicación de los cambios o transformaciones químicas, lasreacciones se han clasificado para su estudio en:

a. Reacciones endotérmicas y exotérmicas

b. Reacciones de síntesis o combinación directa

c. Reacciones de descomposición o de análisis

d. Reacciones de desplazamiento o sustitución simple

e. Reacciones de doble desplazamiento o sustitución doble

f. Reacciones de óxido-reducción

a ) Reacciones endotérmicas y exotérmicas

En una reacción química siempre hay un intercambio de energía entre el sistema y los alrededores,algunas veces liberando y en otras absorbiendo energía. Esto nos lleva a clasificarlas comoreacciones endotérmicas y exotérmicas según corresponda.

Las reacciones endotérmicas necesitan de la aplicación de alguna forma de energía paraque se efectúen (calorífica, eléctrica o luminosa). En caso de aplicar algún tipo de energía sedebe indicar en la parte superior de la flecha horizontal.

Cloruro de cobalto (II), antes de añadircloruro de tionilo.

Cloruro de cobalto (II), 7 minutos después deañadir cloruro de tionilo.

El tubo de ensayo contiene 4 g de clorurode cobalto (II), de color violeta. Con unsensor de temperatura, se mide latemperatura inicial en el tubo de ensayo.En nuestro caso registra una temperaturade 21.9 °C.

Al tubo de ensayo se le adicionan 20mL de cloruro de tionilo. En 7 minutosla temperatura disminuye hasta 5.9°C.Se desprende gas y el color cambiade color violeta a azul.

Conozca más ...sobre reacciones endotérmicasA continuación se muestra una reacción endotérmica que se presenta al reaccionar el cloru-ro de cobalto(II) y el cloruro de tionilo.


Conozca más ...sobre reacciones exotérmicas: Reacción de deshidratación del azúcarpor el ácido sulfúrico.

En cambio, las reacciones exotérmicas, al efectuarse van acompañadas de la liberación degran cantidad de energía en forma de calor y en ocasiones en forma de luz.El calor generado en este tipo de reacción es un producto y por tanto, se sugiere escribirlo allado derecho de la ecuación, ya sea, con la palabra calor o con el símbolo ÄH0.Por ejemplo:

El agua de hidratación del cloruro de cobalto (II), reacciona con el cloruro de tionilo y produceácido clorhídrico y dióxido de azufre. La reacción es endotérmica, es decir, toma lugar alabsorber energía calorífica del ambiente (la temperatura disminuye). La entalpía de reaccióno ÄH0 es positivo. Sin embargo, la reacción ocurre espontáneamente dada la gran cantidadde productos generadores de gases y por tanto, el desorden del sistema se incrementa. Elcloruro de cobalto (II), es utilizado en el llamado “gel azul” (sílica gel azul). El cambio de colorde azul a violeta indica que el poder desecante de la sílica gel se ha agotado y por tanto,debe ser renovado.

Color violeta Color azul

Precauciones de seguridad: Dado que se produce cloruro de hidrógeno, la reacciones concloruro de tionilo deben ser realizadas en una campana para gases. Los posibles residuospueden ser desechados de manera segura al añadir hielo.

Tomado y adaptado de www2.uni-siegen.de/.../spanish/v41-2.html

Algunas reacciones exotérmicas, no se llevan a cabo por sí solas a temperatura ordinaria, porlo que se requiere aplicar una cantidad de energía para iniciar la reacción (en forma de chispa,luz, flama, etc.). A esta cantidad de energía que se aplica al inicio, se le denomina energía deactivación.

Se colocan 20 gramos de azú-car en un vaso de precipitado de250 ML. Se le adicionan 10 mLde ácido sulfúrico concentrado.

El azúcar se convierte en unresiduo negro de carbón,mientras que el agua se des-prende en forma de vapor.

Precauciones de seguri-dad: Dado que se despren-den vapores de ácidosulfurico, esta reacción debeser efectuada en una campa-na para gases o al aire libre.

Tomado y adaptado dehttp://www.ebrisa.com/portalc/ShowArticle.do?source=S&id=497418

H2SO4

Azúcar


Reacciones de síntesis o combinación directa

A este tipo de reacción también se le conoce como de adición, porque en ella los átomos sereagrupan para formar un sólo producto.

Tipo de reacción en la que dos o más sustancias (elementos o compuestos) se combi-nan para formar un sólo producto, con propiedades diferentes.

Las reacciones de este tipo se pueden representar por la ecuación general:

A este tipo de reacción pertenece la formación de funciones químicas como los óxidos, hidróxidos,ácidos, sales haloideas e hidruros.

Ejemplos:

Actividad 3.9 En forma individual o colaborativa completa y balancea cadauna de las siguientes ecuaciones que representan reacciones de síntesis ynombra a todas las sustancias que participen como reactivos o productos.

a)

b)

A B C+

Sal haloidea

Óxido básico

Hidróxido

Hidrácido

Oxiácido

Hidruro metálico

Hidruro no metálico

Óxido ácido

Óxisal


d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)

La contaminación del aire hace referencia a la alteración de la atmósfera terrestre por laemisión de sustancias tóxicas (gases, sólidas o líquidas)en cantidades diferentes a laspresentes de manera natural. Los contaminantes producen efectos perjudiciales sobre laflora y la fauna. En la salud humana pueden ocasionar cáncer, malformaciones congénitas,daños cerebrales y trastornos del sistema nervioso, así como lesiones pulmonares y delas vías respiratorias.

La contaminación del aire es un problema ambiental que ha provocado daños en la capade ozono y el deterioro de edificios, monumentos, estatuas y otras estructuras. Peroademás, ha provocado el calentamiento global del planeta (efecto invernadero), todo estodebido al aumento en la emisión de gases contaminantes por la quema de combustiblesfósiles, como el dióxido y monóxido de carbono (CO2 y CO), óxidos de nitrógeno y azufre,metano, cloro e hidrocarburos no quemados.

Conozca más... sobre la contaminación del aire

¿Pero, todos somos responsables? Todos tenemos una cuota de responsabilidad,por pequeña que ésta sea. En diciembre de 1997, 130 países industrializados se com-prometieron bajo el auspicio de la ONU, en la ciudad de Kioto a ejecutar un conjunto demedidas para reducir los gases de efecto invernadero. El objetivo principal es disminuir elcambio climático de origen antropogénico. Según las cifras de la ONU, se prevee que latemperatura media de la superficie del planeta aumente entre 1.4 y 5.8 °C de aquí a 2100,a pesar que los inviernos son más fríos y violentos. Esto se conoce como calentamientoglobal.

c)


Una de las razones, es que manifiestan que el CO2 que producen se consume por la fotosín-tesis de los bosques de Alaska y otras zonas de su país y la otra que consideran que laaplicación del Protocolo de Kioto es ineficiente e injusta al involucrar sólo a los paísesindustrializados y excluir de las restricciones a algunos de los mayores emisores de gasesen vías de desarrollo (China e India en particular), lo cual considera que perjudicaría grave-mente la economía estadounidense.

¿Cómo la ves? ¿tú que opinas? ¿Sómos los ciudadanos comunes los responsables delcambio climático? ¿Qué acciones debemos realizar para contribuir a disminuir los efectosdel cambio climático?

El compromiso es el de reducir en un 5.2% las emisiones contaminantes entre 2008 y 2012.El acuerdo entró en vigor el 16 de febrero de 2005, pero Estados Unidos, uno de los mayo-res productores de CO2 en el mundo, se niega a ratificar este acuerdo.

La lluvia ácida ...un producto de reacciones de síntesis

El agua de lluvia es ligeramente ácida por naturaleza, dado que al estar en contacto conel dióxido de carbono de la atmósfera, se forman pequeñas cantidades de ácidocarbónico, y ésta tiene un pH de 5.6.

Sin embargo, en los últimos años se han detectado lluvias más ácidas de lo normal, esdecir con pH menores de 5. Esto se debe a la emisión de dióxido de carbono y óxidos deazufre y nitrógeno. El CO2 se produce en incendios, en autos, en industrias, etc. Losóxidos de azufre se emiten de manera natural en volcanes, en la industria metalúrgica yquema de combustibles. Los óxidos de nitrógeno se forman de manera natural endescargas eléctricas y en la combustión de gasolinas. Estos óxidos al reaccionar con elvapor de agua de la atmósfera, forman el ácido sulfúrico y el ácido nítrico.


Provoca daños materiales por su caráctercorrosivo a las construcciones y lasinfraestructuras, pero principalmente a monu-mentos y edificaciones construidas con már-mol o caliza.

Efectos de la lluvia ácida

La lluvia ácida es perjudicial para la flora y la fauna. Dificulta el desarrollo de vida acuáticaen lagos, ríos y mares. Afecta directamente a la vegetación, provocando deforestación einfertilidad en la corteza terrestre.

¿Qué acciones debemos realizar para contribuir a disminuir los efectos de la lluvia ácida?

A las reacciones de descomposición también se les conoce como reacciones de análisis, porque en el análisis químico para estudiar la composición química de un material o muestra senecesita descomponer el todo en sus partes.

Reacciones de descomposición

La palabra análisis proviene del latín (ana= de abajo hacia arriba y lisis= romper, desmembrar,destruir).

Este tipo de reacción se presenta cuando una sola sustancia por aplicación de alguna forma deenergia (calorífica, luminosa, eléctrica, etc.), se descompone o se separa en sus componentesen dos o más sustancias distintas.


El reactivo suele ser por lo general un compuesto y los productos generados en ladescomposición pueden ser: elementos o compuestos.

Las reacciones de descomposición son opuestas a las reacciones de combinación.

Las reacciones de este tipo se pueden representar por la ecuación general:

Compuesto Elementos o compuestos

Predecir los productos de una reacción de descomposición no es nada fácil, porque se requie-re tener una comprensión de cada reacción específica.

A este tipo de reacción pertenece la descomposición de óxidos metálicos, oxisales haloideasy otros compuestos oxigenados como el agua y el agua oxigenada.

En general los óxidos metálicos al descomponerse liberan oxígeno molecular, sin embargo,existen óxidos que se descomponen en óxidos de menor número de oxidación. Algunas oxisalescomo carbonatos y bicarbonatos se descomponen liberando CO2. Los cloratos y nitratos sedescomponen por acción del calor en otros compuestos más el oxígeno molecular.Ejemplos

AB A + BENERGÍA


Tomado de: http://www.librosite.net/data/glosarios/petrucci/videos/cap6/bolsasdeaire.doc http://www.esmas.com/deportes/automovil/281597.html

¿Sabias que…una reacción de descomposición, puede salvar nuestra vida?En la actualidad los automóviles modernos cuentan con bolsas de aire (en inglés, airbags)que nos protegen al momento del impacto, ya que éstas, se inflan rápidamente y ayudan aprevenir lesiones en accidentes automovilísticos.

¿Cómo funcionan?

La forma en la que funcionan es muy simple, constan de tres partes: la bolsa, el sensor y elsistema de inflado.

La bolsa de nylon lubricada con almidón o talco, se guarda en el volante, el sensor se instalaen el exterior del automóvil y le indica a la computadora cuándo inflar la bolsa (usualmentecuando haya un golpe igual a topar de frente con una pared sólida a 20 km/h).

¿Cuando se da el inflado?

El sensor emite una señal eléctrica y ésta genera una reacción química de descomposicióndel azida de sodio, NaN3.

Esta reacción es exotérmica y muy rápida. Esto provoca la liberación de nitrógeno, el cualinfla la bolsa a un velocidad equivalente a 300 km/h.El llenado se produce en tan solo 50 milisegundos, aproximadamente. Tras la dilatacióninicial, el gas de nitrógeno caliente, se enfría y la bolsa se desinfla parcialmente, liberando alpasajero.

Aproximadamente 130 g de azida de sodio generará 67 litros de nitrógeno gaseoso, losuficiente para inflar la bolsa de aire del automóvil y salvar nuestra vida.

El ion azida es una sustancia sólida de color blanca, que se descompone por acción delcalor en sodio y nitrógeno.

Na

N N N- -+

+


a)

Actividad 3.10 En forma individual o colaborativa balancea cada una delas siguientes ecuaciones que representan reacciones de descomposicióny da nombre a cada una de las sustancias que participan.

b)

c)

d)

e) Carbonato de magnesio Óxido de magnesio + Bióxido de carbono

f)

g)

h)

i)

j)

Perclorato de sodio Cloruro de sodio + Oxígeno


Las reacciones de este tipo se ajustan a una ecuación general:

Reacciones de sustitución simple

Se les conoce como reacciones de desplazamiento simple, porque en ellas, un elemento másactivo químicamente reacciona desplazando o sustituyendo a otro elemento que se encuentraformando parte de un compuesto.

Metalmásactivo

Metalmenosactivo

Un ejemplo de ello, es la reacción que se efectúa cuando sesumerge un alambre o lámina de cobre en una solución de nitratode plata. Se forman cristales brillantes de plata, parecidos aagujas, en el alambre o lámina de cobre, debido a que en estareacción, el cobre se oxida a iones Cu2+ y desplaza a los ionesAg+ del AgNO3. Los iones Ag+ se reducen a plata metálica.

Un metal sustituye a otro metal.

Un no metal sustituye a otro no metal.

No metalmás

activo

No metalmenosactivo

Un ejemplo de ello, es la reacción que se efectúa entre el cloro y el bromuro de potasio. En untubo de ensayo se agregan 2 mL de una disolución de KBr (0.1M) y 1 mL de agua de cloro*,inmediatamente se observa un cambio de color, de incoloro a amarillo. Esto es un indicio deque el bromo ha sido despalzado por el cloro.

* A la disolución de cloro gaseoso en agua se le conoce comúnmente como agua de cloro. Elcloro molecular se transforma en ion hipoclorito, ClO- y cloruro, Cl-.

A BC ACB ++

A BC BAC ++


Esta serie de actividad de los metales , indica el ordeno la tendencia a reducir espontáneamente a los ionesde cualquier otro metal ubicado por debajo de suposición. El orden nos muestra además, la facilidadcon la que un metal puede desplazar o sustituir alhidrógeno de un ácido o del agua.

Las diferencias de reactividad están relacionadas conla tendencia a ceder o perder electrones para formarcationes. Los metales que están más arriba en laserie electromotriz, se oxidan con más facilidad quelos metales que aparecen más abajo en la mismaserie.

Serie de actividad, electromotriz o electroquímica

En cursos anteriores has tenido la oportunidad de analizar algunas propiedades de los elementosmetálicos y no metálicos, pero un vistazo de nuevo a la tabla periódica te permitirá predecir queelemento puede ser capaz de desplazar a otro.

En el laboratorio podrás comprobar experiementalmente tus hipótesis y establecer un orden dereactividad en metales y no metales. A ese orden se le conoce como serie de actividad, serieelectromotriz o serie electroquímica.

Serie de actividad de los metales más comunes en orden decreciente

Des

plaz

an a

l hid

róge

no d

e lo

s ác

idos

Des

plaz

an a

l hid

róge

node

l vap

or d

el a

gua

Des

plaz

an a

l h

idró

geno

del

agu

a fr

íaLiKBaCaNaMgAlZnCrFeCdCoNiSnPb(H)CuHgAgPtAu

Ord

en d

e re

activ

idad

Serie de actividad de los no metales más comunes enorden decreciente

El orden de reactividad de los no metales semuestra a continuación y en él se puede apreciarque los halógenos se pueden ordenar en otraserie de actividad.

F2 > Cl2 > Br2 > I2

FOClBrISPSeNBCSi


Ejemplos de reacciones de sustitución simple

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Actividad 3.11 En forma individual o colaborativa constesta las siguientespreguntas utilizando la serie de actividad de metales y no metales.

a) ¿Puede el magnesio reaccionar con el ácido clorhídrico? Si tu respuesta es afirmativaescribe una ecuación química que represente dicha reacción.

b) ¿Puede el mercurio reaccionar con el ácido nítrico? Si tu respuesta es afirmativa escribeuna ecuación química que represente dicha reacción.

c) ¿Puede la plata desplazar al zinc en una disolución que contenga iones Zn2+ ? Si turespuesta es afirmativa escribe una ecuación química que represente dicha reacción.

d) ¿Puede el cloro sustituir al yodo en una disolución de ácido yodhídrico? Si tu respuestaes afirmativa escribe una ecuación química que represente dicha reacción.

e) ¿Puede el cloro desplazar al flúor en una disolución que contenga iones fluoruro, F-? Si turespuesta es afirmativa escribe una ecuación química que represente dicha reacción.

f) ¿Qué podría esperar que ocurriese cuando el bromo, un líquido rojo, se mezcla con unasolución incolora de NaCl?

g) ¿Puede el Cu sustituir al hidrógeno del ácido clorhídrico? Si tu respuesta es afirmativaescribe una ecuación química que represente dicha reacción.


Actividad 3.12 En forma individual o colaborativa completa y balancea cadauna de las siguientes ecuaciones que representan posibles reacciones desustitución simple y da nombre a cada una de las sustancias que participan.

a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

i)

j)


Reacciones de sustitución doble

A este tipo de reacciones también se les conoce como de doble desplazamiento o metátesis.

En este tipo de reacción hay un intercambio de partículas positivas y negativas; atrayéndosepor diferencia de carga entre ellas. Las partículas que participan pueden ser iones monoatómicoso poliatómicos (radicales).

¿Sabías qué... la palabra metátesis se derivadel griego y significa transposición o cambiode lugar?

Estas reacciones se caracterizan porque,dos compuestos reaccionan entre sí, paraproducir dos compuestos distintos a losiniciales.

La ecuación general de este tipo de reacción es:

A+B- + C+D- A+D- + C+B-

En muchas de las reacciones de doble sustitución existe desprendimiento de calor, producciónde algún gas o bién, la formación de un precipitado insoluble. Para predecir si se formará unprecipitado es necesario considerar algunos datos sobre la solubilidad de los compuestosiónicos en agua a 25oC, como se observa en la siguiente tabla:

Tabla 3.1 Reglas de solubilidad

1. Todos los compuestos de los metales alcalinos (grupo I A) son solubles en el agua.2. Todos los compuestos de amonio (NH4

+) son solubles en agua.3. Todos los compuestos que contienen nitrato (NO3

-), clorato (ClO3-) y perclorato (ClO4

-)son solubles en agua.

4. La mayoría de los hidróxidos (OH-) son insolubles en agua; las excepciones son loshidróxidos de los metales alcalinos y el hidróxido de bario: Ba(OH)2 .

5. La mayoría de los compuestos que contienen cloruros (Cl-), bromuros (Br-) y yoduros (I-)son solubles en agua, con excepción de aquellos que contienen Ag+ , Hg 2+ y Pb2+.

6. Todos los carbonatos (CO32 -), fosfatos (PO4

3 -) y sulfuros, (S2 -) son insolubles, exceptolos compuestos con metales alcalinos (grupo I A) y del ion amonio (NH4

+).7. La mayoría de los sulfatos (SO4

2 -) son solubles en agua. El sulfato de calcio (CaSO4) y elsulfato de plata (Ag2SO4) son ligeramente solubles. Los sulfatos de bario (BaSO4), sulfatode mercurio (II) (HgSO4) y el sulfato de plomo (PbSO4)son insolubles.

Las reacciones que caen dentro de este tipo, son las siguientes:reacciones de neutralización(ácido y base), reacción entre dos sales, una oxisal y un ácido, una sal y una base, etc.

a) Reacción de neutralización (ácido y base)


d) Reacción entre un oxisal y un ácido

b) Reacción entre dos sales

c) Reacción entre una sal y una base

e) Reacción entre un óxido básico y un ácido

Actividad 3.13 En forma individual o colaborativa completa y balanceacada una de las siguientes ecuaciones que representan posiblesreacciones de doble sustitución y da nombre a cada una de las sustanciasque participan.

a)

b)

c)

d)


e)

f)

g)

h)

i)

j)


Propósitos

¿Qué se necesita?

GradillaTubos de ensayoSoporte universal con aro Malla con asbestoMechero de BunsenCápsula de porcelanaAgitador de vidrioMatraz Erlenmeyer

a) Realizar diferentes reacciones químicas e identificar el tipo de reacción al que correspondecada una de ellas.b) Propiciar el espíritu investigativo y el trabajo cooperativo.


Zinc en polvo y en granallaAzufre en polvoHCl concentradoHgODisolución de Ba(OH)2Disolución de Na2CO3



Actividad 1

En una cápsula de porcelana agregar 0.5 g de zinc en polvo y 0.5 g de azufre en polvo,mezclar con la ayuda de un agitador. Coloca la cápsula sobre la malla de alambre conasbesto,se calienta la mezcla sin agitar, hasta que termine la reacción química, lo cual semanifiesta mediante la formación de un polvo gris.

Identifica las propiedades físicas del zinc y el azufre.

c) ¿Qué compuesto se formó?


Propiedades físicas del azufre Propiedades físicas del zinc



d) Menciona a qué tipo de reacción corresponde.

AzufreZinc


Actividad 2

Coloca en un tubo de ensayo 0.5 g de óxido de mercurio (II), y con la ayuda de unas pinzaspara tubo de ensayo procede a calentar el tubo durante un tiempo de 5 a 10 minutos.Transcurridos los primeros 5 minutos, coloca una astilla de madera con un punto de igniciónen la boca del tubo.

Identifica las propiedades físicas del óxido de mercurio (II).


b) ¿Cómo interpretas los cambios desde los tres niveles de representación?

c) ¿Qué sustancias se formaron?

e) Elabora un reporte de tu actividad.

d) Identifica a qué tipo de reacción corresponde.

Propiedades físicas del óxido de mercurio (II)

Actividad 3

En un matraz Erlenmeyer que contiene ácido clorhídrico concentrado, añade de 2 a 3granallas de zinc.



e) Escribe y balancea por tanteo la ecuación de la reacción efectuada.

b) ¿Qué le sucedió a la granalla de zinc a nivel macroscópico al estar en contacto con elácido?

c) ¿Qué elemento químico se desprende durante la reacción?

d) ¿Qué compuesto químico se produce y cómo puedes evidenciar su presencia?

f) Identifica a qué tipo de reacción corresponde.


Actividad 4

En un tubo de ensayo combina 2 mL de la disolución de carbonato de sodio con 2 mL dehidróxido de bario. Deja reposar.


b) Describe los cambios efectuados a nivel submicroscópico en la reacción anterior yrepreséntalos de manera simbólica.

c) ¿Qué sustancias se formaron?

d) Identifica a qué tipo de reacción corresponde.

e) Elabora el reporte de la actividad.


Fotosíntesis

Respiración

3.3 Reacciones de óxido-reducción y balanceo de ecuaciones

En la vida diaria se presentan diversos fenómenos asociados a los procesos de oxido-reduccióncomo son la corrosión, la combustión, la respiración, el cocinar, el uso de agentes blanqueadorespor mencionar algunos.

En la extracción de un metal a partir de sus minerales, se lleva a cabo un proceso de reducción.En cambio en la corrosión de los metales, se da un proceso de oxidación.

En la respiración de los seres vivos se llevan a cabo procesos de oxidación, los cuáles seefectúan en las células, donde se obtiene la energía necesaria para realizar el metabolismo. Enun proceso inverso(reducción), las plantas verdes durante la fotosíntesis, utilizan la energía so-lar para producir carbohidratos a partir de CO2 y agua.

Energía solar

En la combustión completa del gas butano se da un proceso oxidativo, en el cual el combustiblese transforma en dióxido de carbono, agua, y energía luminosa y calorífica.

Reducción:

Oxidación:

¿Sabías qué... la oxidación biológica que realizan las plantas y los animales producebióxido de carbono y agua que se liberan hacia la atmósfera y la hidrósfera? Es interesan-te observar que mediante la fotosíntesis, las plantas del mar y de la tierra producen 1.3 x1011 toneladas de oxígeno cada año aproximadamente. Sin embargo, esta misma canti-dad de oxígeno es utilizada en el proceso de respiración por los animales, bacterias yplantas. De tal forma, que el oxígeno atmosférico se mantiene en equilibrio.

¿Sabías qué...las actividades humanas añaden 2.5 x 1010 toneladas de bióxido de carbo-no a la atmósfera cada año? De esa cantidad cerca de 1.5 x 1010 toneladas son fijadas porlas plantas, los suelos y los océanos. El resto, 1 x 1010 toneladas, se está adicionando cadaaño, lo que ocasiona un aumento en la concentración del bióxido de carbono, a razón deuna parte por millón al año. Lo anterior explica, el por qué del calentamiento global delplaneta.


Las definiciones de oxidación y reducción, en términos de pérdida y ganancia de electrones, seaplican a la formación de compuestos iónicos. Sin embargo, estas definiciones en términos detransferencia de electrones, no se aplican a la formación de compuestos covalentes.

Conceptos de oxidación, reducción, agente oxidante y reductor

Históricamente el término oxidación se relacionaba sólo con los procesos donde se combinanlas sustancias con el oxígeno (ganancia de oxígeno) y a la reducción como un proceso de pérdidade oxígeno. Sin embargo, los químicos se dieron cuenta que existían procesos donde a pesarde no participar el oxígeno se presentaba la oxidación. Un ejemplo de ello, son las reaccionescon el cloro, el bromo y otros no metales activos. Esto llevó a conceptualizar a la oxidacióncomo la pérdida de hidrógeno, y a la reducción como un proceso donde se daba la ganancia dehidrógeno. Actualmente los conceptos de oxidación y reducción se asocian con la pérdida yganancia de electrones, respectivamente.

Puesto que la reducción y la oxidación son procesos químicos opuestos y simultáneos, dondeno puede existir uno sin el otro, es conveniente relacionar estos conceptos.

El número de oxidación (también llamado estado de oxidación) es un número entero,positivo o negativo, que se asigna a cada elemento presente en un compuesto y serefiere, al número de cargas aparentes que tendría un átomo en una molécula (o compuestoiónico), si los electrones fueran transferidos completamente.

Por tanto, las reacciones redox se pueden definir en forma más general, en términos de cambioen el número de oxidación.

Para eliminar este tipo de indefiniciones, los químicos introdujeron el concepto de número deoxidación. Para compuestos iónicos, el número de oxidación corresponde a la carga del ion.Para un compuesto covalente, los números de oxidación son asignados de tal forma que laparte más electronegativa tiene un número de oxidación negativo y la parte más positiva (menoselectronegativa) tiene un número de oxidación positivo.

Se dice que un elemento se oxida, si aumenta su número de oxidación en una reacción.Si el número de oxidación de un elemento disminuye, se dice que se reduce.


En una reacción de oxidación-reducción, la sustancia que se oxida se denomina agentereductor, puesto que ésta causa la reducción de la otra. De igual modo, la sustancia que sereduce, causa la oxidación de la otra y se denomina agente oxidante.

Para determinar cuantos electrones se pierden cuando el elemento se oxida y cuantos electronesse ganan si el elemento se reduce, se utiliza la recta redox.

Para utilizar la recta redox, nos ubicamos en el estado de oxidación inicial del elemento, y aldesplazarnos hacia su nuevo estado de oxidación, se cuentan los espacios numéricos queexisten entre los dos estados de oxidación del elemento oxidado o reducido.

En resumen, podemos decir que la oxidación puede definirse ya sea como un aumento en elnúmero de oxidación o como una pérdida de electrones, y la reducción como una disminuciónen el número de oxidación o ganancia de electrones.

EjemplosNi+3 Ni+2

se redujo en 1

Cu+1 Cu+2se oxidó en 1

Cl2

0 Cl+5se oxidó en 5

S+6 S-2se redujo en 8

Cambio en el númerode oxidación Concepto Cambio en electrones

Oxidación Pérdida Aumento

Reducción Ganancia Disminución

Agente oxidante(sustancia que

se reduce)

Agente reductor(sustancia que

se oxida)

Gana Disminuye

Pierde Aumenta


Reglas generales para la asignación de los números de oxidación

Las siguientes reglas ayudan a asignar los números de oxidación de la mayoría de los elementosquímicos en los compuestos más comunes. Si estas reglas no cubren a todos los elementos, serecomienda utilizar los conocimientos sobre tabla periódica, para determinar el número deoxidación del elemento desconocido.

1. El número de oxidación de cualquier elemento libre o en su forma molecular, es siempre cero.

Al0, Fe0, Na0, P40, S8

0, I20, Br2

0, Cl20, F2

0, O20, N2

0, H20

Para tener presente, qué elementos existen en la naturaleza en forma diatómica, podemosutilizar el siguiente ejercicio mnemotécnico:

Invierno Brumoso y Clima Frío, Ocasiona Nacimiento de Hongos.I2 Br2 Cl2 F2 O2 N2 H2

2. El número de oxidación de cualquier ion monoatómico, es igual a su carga, así:

3. El número de oxidación del oxígeno, en la mayoría de los compuestos, es -2, excepto en losperóxidos donde es -1, y en la combinación con el flúor, es +2.

H2O Na2O2 OF2

+1 -2 +1 -1 +2 -1

4. El hidrógeno en la mayoría de sus compuestos presenta número de oxidación +1, excepto enlos hidruros metálicos donde participa con -1.

HCl NaH CaH2

+1 -1 +1 -1 +2 -1

5. Los elementos que presentan un sólo número de oxidación cuando se combinan son: losmetales alcalinos, grupo IA (1) y la plata del grupo IB (11), que tienen un número de oxidación +1;los metales alcalinotérreos, grupo IIA (2), el zinc y el cadmio del grupo IIB (12), que presentannúmero de oxidación +2; y el aluminio del grupo IIIA (13) que utiliza número de oxidación +3.

Li+1 Na+1 K+1 Rb+1 Cs+1 Ag+1

Be+2 Mg+2 Ca+2 Sr+2 Ba+2 Ra+2 Zn+2 Cd+2

Al+3

Li+ es +1 Al3+ es +3Ba2+ es +2 Ca2+ es +2


7. En un ion poliatómico, la suma algebraica de los números de oxidación de los átomosintegrantes, debe ser igual a la carga neta del ion.

6. Los elementos del grupo VIIA (17), denominados halógenos presentan un número de oxida-ción de -1 cuando se unen a los metales y al hidrógeno. Asimismo los elementos no metálicosdel grupo VIA (16) al combinarse con los metales y el hidrógeno, presentan número de oxida-ción -2.

NaF ZnCl2 HBr PbI2 HCl+1 -1 +2 -1 +1 -1 +2 -1 +1 -1

K2S Ag2Se CdTe PbS2 H2S+1 -2 +1 -2 +2 -2 +4 -2 +1 -2

(CO3)2- (NO3)1-

(+4) + 3 (-2) = -2 (+5) + 3 (-2) = -1

+4 -2 +5 -2

CO32- NO3

1-

8. En un compuesto, la suma algebraica de los números de oxidación de todos los elementosque lo integran debe ser cero.

(+2) + (+4) + 3 (-2) = 0 2 (+1) + (+6) + 4 (-2) = 0

+2 +4 -2Ca C O3

H2 S O4

+1 +6 -2

Cr +2,+3,+4,+5,+6 Fe+2,+3 Cu+1,+2 Pd+2,+4 Cd+2 Au+1,+3

Mn+2,+3,+4,+6,+7 Co+2,+3 Hg+1,+2 Pt+2,+4 Zn+2 Ag+1

Ni+2,+3

Números de oxidación de algunos elementos representativos

H+1 Be+2 B+3 C+2,+4 N+1,+3,+5,-3 O-2 F-1

Li+1 Mg+2 Al+3 Si+2,+4 P+1,+3,+5,-3 S+2,+4,+6,-2 Cl+1,+3,+5,+7,-1

Na+1 Ca+2 Sn+2,+4 As+1,+3,+5,-3 Br+1,+3,+5,+7,-1

K+1 Pb+2,+4 I +1,+3,+5,+7,-1

El número de oxidación máximo que puede tener un elemento representativo es el número desu grupo en la tabla periódica.

Números de oxidación de algunos elementos de transición

Los estados de oxidación más estables se indican con color azul.


Actividad 3.15 En forma individual o colaborativa determina el estado deoxidación de los elementos que constituyen un compuesto o grupopoliatómico.

Actividad 3.16 En forma individual o colaborativa determina en una reacciónquímica, qué elementos se oxidan o se reducen e identifica al agenteoxidante y al reductor.

a) Reacción entre el aluminio y el acido sulfúrico:

Elemento que se oxida ________________ Elemento que se reduce ________________

Agente oxidante ________________ Agente reductor ________________

b) Reacción entre el zinc y el acido clorhídrico:



c) Reacción entre el nitrógeno y hidrógeno:



a) H3PO4 b) Na2O

c) CaSO4 d) Cl2O5

e) Li2CO3 f) H BrO4

g) Mg (OH)2 h) NaNO3

i) PO4

3-j) NO2

-

k) As O4

3-l) CO3

2-


Balanceo de ecuaciones por el método de reducción-oxidación (redox)

Para balancear ecuaciones por este método, es necesario seguir ciertas reglas.

a) Se escribe la ecuación de la reacción.

b) Se asigna el número de oxidación a cada elemento que interviene en la reacción. Se anotaen la parte superior del símbolo de cada elemento en cada fórmula.

0 +3 -1 +1 -1 0

c) Se determina qué elementos experimentaron cambio en su número de oxidación. Una formade expresar esto, es trazando una flecha que una a los elementos que se oxidan y se reducendesde los reactivos hasta los productos, indicando encima de la flecha el aumento o disminu-ción del número de oxidación.

0 +3 -1 +1 -1 0

Se oxidó en 1

Se redujo en 3

d) Los valores encontrados se anotan debajo de las fórmulas donde aparecen los elementosoxidados y reducidos; en el miembro de la ecuación que contenga el mayor número de átomos.

1 3

g) El resto de los coeficientes se completa por simple inspección o tanteo.

1 3 3

* El coeficiente 1 no se escribe.

3 3


Ejemplo 1

e) El número obtenido para cada elemento se multiplica por el subíndice correspondiente.

f) Los números resultantes se cruzan entre sí y se escriben como coeficientes.

1x1=1 3x1=3



Ejemplo 2Balancear por redox la siguiente ecuación

a) Sobre cada elemento, se anota su número de oxidación. +1 +5 -2 0 +1 +5 -2 +4 -2 +1 -2

b) Se determina qué elementos sufren oxidación y reducción.

+1 +5 -2 0 +1 +5 -2 +4 -2 +1 -2

Se oxidó en 1

Se redujo en 1

c) Los valores encontrados se anotan debajo de dichos elementos, en los reactivos.

1 1

e) Se cruzan dichos números entre sí y se anotan como coeficientes. Como el coeficiente es 1no se escribe.

f) El resto de los coeficientes se completa por simple inspección o tanteo.

2

Ejemplo 3

Balancear por redox la siguiente ecuación

a) Sobre cada elemento, se anota su número de oxidación.

+2 -2 -3 +1 0 0 +1 -2

d) El número obtenido para cada elemento se multiplica por el subíndice correspondiente.

1x1=1 1x1=1


c) Los valores encontrados se anotan debajo de dichos elementos, en los productos, pues enellos se encuentra el mayor número de átomos.

Se oxidó en 3

Se redujo en 2

+2 -2 -3 +1 0 0 +1 -2

2 3

e) Se cruzan entre sí los valores encontrados y se anotan como coeficientes. El coeficiente 1, nose escribe.

f) El resto de los coeficientes se completa por simple inspección o tanteo.

3

3


¿Sabías qué ... la corrosión es una reacción química que tiene un gran impacto económicoy social?La corrosión es un fenómeno químico que puede provocar la inhabilitación total de plantasindustriales y de generación de energía eléctrica. Ésta es precisamente, una de las muchasconsecuencias indirectas que conllevarían a graves efectos económicos y sociales.La corrosión puede causar accidentes, fuego, explosión, fuga de productos tóxicos, colapsode construcciones, entre muchas otras. Representa además un costo económico importante,ya que se calcula que en pocos segundos 5 toneladas de acero en el mundo se conviertenen herrumbre. En general la corrosión tiene un costo mundial no menor al 2% del productointerno bruto.

La oxidación es una reacción química dondeun metal o un no metal cede electrones, y portanto aumenta su estado de oxidación. Ennuestro caso el hierro, Fe0, al perderelectrones, se oxida a hierro (II), Fe2+.

d) El número obtenido para cada elemento se multiplica por el subíndice correspondiente.

b) Se determina qué elementos sufren oxidación y reducción.

2x1=2 3x2=6

*Como ambos números (2 y 6) son múltiplos de 2, se reducen a 1 y 3.

1 3

2 3 3


Actividad 3.17 En forma individual o colaborativa balancea por redox lassiguientes ecuaciones.

a)

b)

c)

d)


e)

f)

g)

h)

i)


j)

k)

l)

m)

n)

HCl(ac) + Si(s) SiCl4(s) + H2(g)



Propósitos

a) Realizar reacciones de óxido reducción, plantear sus ecuaciones químicas y balancearlaspor el método de «redox».

b) Promover el trabajo cooperativo

¿Qué se necesita?

Gradilla3 Tubos de ensayoPipeta graduada2 Frascos goteros


Agua oxigenada al 30%Disolución saturada de KIÁcido sulfúrico concentradoDisolución saturada de KMnO4


Numera los tubos del 1 al 3 y agrega un mililitro de agua oxigenada en cada uno de ellos.Luego añade 3 gotas de disolución saturada de yoduro de potasio al tubo 1.


Añade 3 gotas de ácido sulfúrico concentrado y 3 gotas de disolución saturada depermanganato de potasio al tubo 2.

b) ¿Qué observaste? Anota todas tus observaciones.

Al tubo 3 sólo se le agregan 3 gotas de disolución saturada de permanganato de potasio.

c) ¿Qué observaste? Anota todas tus observaciones.

d) Las ecuaciones químicas que describen cada uno de estos procesos, se dan a continua-ción: balancéalas por el método de redox.


f) ¿Qué diferencias macroscópicas y sub-microscópicas encuentras en las reaccionesanteriores?

¿Qué recomendarías a tus compañeros acerca de los cuidados que se deben tener alefectuar estas reacciones en futuros experimentos?

Ecuación química del tubo 2


e) En las ecuaciones anteriores, identifica que papel desempeña el agua oxigenada, ¿cómoagente oxidante o reductor?



3.4. Estequiometría de reacciones químicas

Introducción

El tema de estequiometría de reacciones tiene como propósito introducir al alumno en elconocimiento, comprensión y aplicación de las relaciones estequiométricas en forma teórica yexperimental.

Los químicos tienen en los cálculos estequiométricos una herramienta básica, es por eso queen la industria química o las relacionadas con ella, es importante conocer qué cantidad dereactivos son necesarios para poder obtener una determinada cantidad de producto.

En la vida diaria abundan situaciones que pueden resolverse mediante una estrategia similar ala utilizada en la resolución de problemas estequiométricos. Los problemas teóricos que seplantean buscarán estar vinculados a la aplicación en la vida cotidiana, buscando con ello queel alumno valore el papel preponderante que tiene la química en la economía, la calidad de viday el medio ambiente

Estequiometria es la rama de la química que se encarga de las relaciones cuantitativas delas sustancias (reactivos y productos) que participan en una reacción química.

La palabra estequiometria se deriva de las palabras griegas stoicheion que significa principioo elemento y metron que significa medida. En otras palabras:

Cálculos estequiométricos

Para realizar cálculos estequiométricos en una ecuación química, se pueden seguir los siguientespasos:

a) Se lee con atención la situación problemática para identificar qué sustancias participan.

b) Se escribe correctamente la ecuación química de la reacción involucrada y se balancea.

c) Se identifican los datos que proporciona el problema y el dato que deberá obtenerse.

d) Se establecen las relaciones estequiométricas, se realizan las operaciones y se obtiene elresultado.e) Siempre analiza tu resultado y pregúntate si éste es razonable o no.

La ley de la conservación de la masa es una de las leyes cuantitativas fundamentales en eldesarrollo de la estequiometría.


Cálculos masa-masa

La relación entre la masa de un reactivo y la masa correspondiente de un producto es uno de losproblemas más frecuentes en química. Existen varios métodos para resolver este tipo deproblemas.

Ejemplo:

Los coeficientes estequiométricos obtenidos al balancear una ecuación, nos permiten conocerel número de mol de productos que se obtienen a partir de cierta cantidad de mol de reactivos,o viceversa.

Recuerda que la cantidad de reactivos y productos en una reacción puede expresarse en masa,volumen o cantidad de sustancia. Sin embargo, para hacer cálculos en una ecuación químicaes más conveniente utilizar cantidad de sustancia, cuya unidad es el mol, que resulta la másadecuada para los cálculos estequiométricos.

El oxigeno se puede obtener mediante la reacción de descomposición del clorato de potasiopor acción del calor. ¿Cuántos gramos de oxígeno se obtendrán a partir de la descomposiciónde 33 g de clorato de potasio?

Existen varias formas de resolver este tipo de problemas, veamos algunos de ellas:

a) Considera la siguiente ecuación balanceada:

b) Determina las masas molares de las sustancias involucradas.

1 mol de KClO3 = 122.55g1 mol de O2 = 32 g

c) Anota los datos, encima o debajo de la fórmulas de las sustancias involucradas y establece laproporción.

2(122.55g) 3(32 g)

33 g X

X=33 g de KClO3 x 96 g O2

245.1 g de KClO3

12.925 g de O2X=


2. Otra forma de resolver es la utilización de razones unitarias

33 g de KClO3122.55 g KClO3 2 moles KClO3 1 mol de O2

1 mol de KClO3 3 mol de O2 32 g de O2x x x

X=12.93 g de O2

Actividad 3.19 En forma individual o colaborativa realiza los cálculosestequiométricos necesarios para resolver las siguientes situacionesproblemáticas .

a) Calcula la masa de oxígeno que reacciona con 10.0 g de carbono en la reacciónde formación de dióxido de carbono.

e) Cuántos gramos de oxígeno se deben consumir para que la reacción entre elhidrógeno y el oxígeno produzca 9 g de agua?

b) El KClO3 se usa para fabricar cerillos y fuegos artificiales. En el laboratorio alcalentarlo se obtiene oxígeno. ¿Cuántos gramos de O2 se pueden preparar a partirde 4.5 g de KClO3?

c) El propano C3H8 es un combustible común que se emplea como fuente de caloren el hogar. ¿Qué masa de O2 se consume en la combustión de 1.0 g de propano?

d) El amoníaco es un fertilizante que se obtiene haciendo reaccionar H2 y N2 gaseososa alta temperatura y presión, ¿cuántos gramos de amoníaco se pueden obtener apartir de 60 g de hidrógeno?


f) La fermentación de la glucosa, C6H12O6, produce alcohol etílico, C2H5OH, y dióxidode carbono. La ecuación que representa dicho proceso es:

g) Las bolsas de aire para automóvil se inflan cuando se descompone rápidamenteel compuesto de azida de sodio, NaN3, en los elementos que la componen según lareacción:

h) El carburo de silicio, SiC, se conoce por el nombre común de carborundum. Estadura sustancia, que se utiliza comercialmente como abrasivo, se prepara calentan-do SiO2 y C a temperaturas elevadas:

i) El cloro que se utiliza en los sistemas de potabilización del agua, se obtieneindustrialmente por la disociación electrolítica del agua de mar, mediante una reac-ción que puede representarse así:

j) Tanto el hierro como el cromo que se utilizan en la fabricación de acero cromadopueden obtenerse por reducción del mineral cromita, mediante la siguiente ecua-ción:

¿Cuántos gramos de etanol se pueden producir a partir de 10.0 g de glucosa?

¿Cuántos gramos de azida de sodio se necesitan para obtener 20.0 g de nitrógenogaseoso?

¿Cuántos gramos de SiC se pueden formar si se hacen reaccionar 15.0 g de SiO2y 20.0 g de C?

¿Qué masa de cloruro de sodio se debe utilizar para producir 400 g de cloro?

¿Cuántos gramos de carbono (coque) deben ser utilizados para producir 350 g decromo, mediante este procedimiento?


a) Considera la siguiente ecuación balanceada:

b) Determina las masas molares de las sustancias involucradas.

1 mol de KClO3 = 122.55g1 mol de O2 = 32 g

c) Anota los datos, encima o debajo de la fórmulas de las sustancias involucradas y establece laproporción.

33 g X mol

2 (122.55 g) 3 mol

Cálculos masa a mol

X=33 g de KClO3 x 3 mol de O2

2 (122.55 g) de KClO3

0.4039 mol de O2X=

Ejemplo:¿Cuántos mol de oxígeno se obtendrán a partir de la descomposición de 33 g de clorato depotasio?

¿Sabías que... el amoníaco es uno de los compuestos más importantes del nitrógeno? Elamoníaco es un gas tóxico e incoloro que tiene un olor irritante característico. Existen riesgosen el manejo y traslado de este gas a los campos agrícolas, ya que se transporta en nodrizas.Su mal manejo ha provocado accidentes ambientales, que han generado muertes oquemaduras graves a personas de algunas comunidades. El caso más reciente se tuvoen noviembre de 2005, al chocar una pipa que transportaba amoníaco con un camión depasajeros cerca de la caseta de peaje de San Miguel Zapotitlán, Ahome, Sinaloa, provocóla fuga de este gas, con el lamentable resultado de 39 muertos, 4 heridos y varios intoxicados.Sin embargo, son muchos los beneficios que genera este producto químico en la producciónde alimentos. Su uso como fertilizante ha multiplicado el rendimiento agrícola por hectárea,tan importante hoy en día debido al déficit alimentario mundial.


Actividad 3.20 En forma individual o colaborativa realiza los cálculosestequiométricos necesarios para resolver las siguientes situacionesproblemáticas.

a) El óxido de aluminio es conocido también como alúmina, se utiliza como adsorbentepara purificar productos químicos. A partir de 80 g de O2, ¿cuántos mol de óxido dealuminio, Al2O3 , se producen?

b) El alcohol etílico es un compuesto orgánico muy utilizado como antiséptico, desin-fectante, como disolvente y en bebidas embriagantes. ¿Cuántos mol de bióxido decarbono se producirán en la combustión de 100 g de alcohol etílico? Según la ecua-ción:

c) Utilizando la ecuación anterior, si la combustión del alcohol produce 55.0 g devapor de agua, ¿cuántas mol de O2 se utilizaron?

d) Si se neutralizan 250 gramos de ácido sulfúrico con suficiente hidróxido de sodio,¿cuántos mol de sulfato de sodio se obtendrán? Según la ecuación sin balancear:

e) La sosa cáustica es una base muy utilizada en la industria química, ¿cuántos molde óxido de sodio se necesitan para producir 500 g de sosa caústica? Según laecuación:


f) El cianuro de hidrógeno puro, HCN, es un líquido incoloro, volátil, con un ligero olor ahuesos de frutas (durazno, almendra, aguacate), sumamente venenoso. Hierve a 260C. Se puede obtener de la reacción entre el amoníaco y el monóxido de carbono.¿Cuántos gramos de amoníaco se necesitan para obtener 20 mol de HCN? Según laecuación:

g) El ácido sulfhídrico (H2S) es un gas incoloro, flamable, venenoso, con un olor carac-terístico a huevos podridos. Se le conoce comúnmente como gas de alcantarilla. Lagente puede detectar su olor a niveles muy bajos. ¿Cuántos mol de sulfuro de sodiose producirán si se utilizan 150 g de H2S al hacerlos reaccionar con suficiente hidróxi-do de sodio? Según la ecuación:

h) El potasio es un metal alcalino muy reactivo, reacciona en forma violenta con elagua para producir hidrógeno gaseoso,H2 e hidróxido de potasio, KOH. ¿Cuántosgramos de potasio se necesita para obtener 10 mol de hidrógeno molecular? Segúnla ecuación:

i) El sulfato de aluminio, Al2(SO4)3, se emplea en el tratamiento de aguas y en el curtidode pieles. ¿Cuánto gramos de sulfato de aluminio se obtendrán si se hacen reaccio-nar 3 mol de ácido sulfúrico?


Cálculos mol a mol

En este tipo de relación la sustancia inicial está expresada en mol y la sustancia deseadatambién se expresa en mol.

Ejemplo:

Los cálculos estequiométricos más simples son aquellos en los cuales se calcula el número demol de una sustancia, que reacciona con otra, o que se producen a partir de un cierto número demol de otra sustancia.

Una de las reacciones que ocurre en un horno de fundición cuando un mineral de hierro esreducido a hierro, se representa por la siguiente ecuación no balanceada:

¿Cuántos mol de monóxido de carbono se necesitan para obtener 200 mol de hierro?

a) Se balancea la ecuación:

b) Los coeficientes obtenidos son los mol que participan de cada sustancia. Por tanto, se ano-tan los datos, encima o debajo de la fórmulas de las sustancias involucradas y se establece laproporción.

3 mol 2 mol

X mol 200 mol

X=3 mol de CO x 200 mol de Fe

2 mol de Fe

300 mol de COX=


Actividad 3.21 En forma individual o colaborativa realiza los cálculosestequiométricos necesarios para resolver las siguientes situacionesproblemáticas.

¿Cuántos mol de disulfuro de carbono son necesarios para obtener 15 mol de dióxidode azufre?

a) El peróxido de sodio es un fuerte agente oxidante, que se utiliza para blanquear lapasta de madera antes de producir el papel. Si se hacen reaccionar 5 mol de peróxidode sodio con suficiente agua, ¿cuántos mol de oxígeno se producen? Según la ecua-ción:

b) El dicromato de potasio es un sólido de color naranjaintenso. Es un oxidante fuerte, que en contacto con sus-tancias orgánicas puede provocar incendios. El dicromatode potasio se puede obtener de la reacción del cromatode potasio con el ácido sulfúrico. ¿Cuántos mol de ácidosulfúrico se necesitan para obtener 7 mol de dicromato depotasio?

c) El sulfuro de carbono o disulfuro de carbono (CS2), es un líquido volátil, incoloro y muyfácilmente flamable. El disulfuro de carbono arde con el oxígeno atmosférico, según laecuación:

d) El sulfato de calcio, mejor conocido como yeso, se utiliza en la agricultura comomejorador de suelos, pues su composición química, rica en azufre y calcio, hacen de él,un compuesto de gran valor como fertilizante. Recientemente el yeso se empieza autilizar en desastres ambientales para eliminar metales pesados. ¿Cuántos mol desulfato de calcio se obtendrán a partir de 12.5 mol de carbonato de calcio y suficienteácido sulfúrico? Según la ecuación:


e) El carbonato de magnesio es utilizado por gimnastas,levantadores de pesas y escaladores para agarrar mejor losobjetos o adherirse a la roca. El carbonato de magnesio alreaccionar con el ácido clorhídrico, forma cloruro demagnesio, bióxido de carbono y agua. Según la ecuación:

¿Cuántos mol de cloruro de magnesio se obtendrán si reac-cionan completamente 5 mol de HCl con suficiente carbona-to de magnesio?

f) El sulfato de amonio, (NH4)2SO4, es un compuesto utilizadoen agricultura como fertilizante, para enriquecer el suelo yfavorecer el crecimiento vegetal. Se obtiene de la reacciónentre el amoníaco y el ácido sulfúrico.

¿Cuántos mol de amoníaco se necesitan para obtener 5 molde sulfato de amonio?

g) El hidróxido de sodio, NaOH, conocido como sosa cáustica, se puede obtener enel laboratorio al hacer reaccionar carbonato de sodio e hidróxido de calcio. Según laecuación:

¿Cuántos mol de hidróxido de calcio se utilizarán paraobtener 10.5 mol de hidróxido de sodio?


Un fabricante de bicicletas dispone de 2600 manubrios, 2820 cuadros y 4250 ruedas. Utilizandolos datos proporcionados, ¿cuántas bicicletas puede fabricar con estas partes?

a) ¿Se pueden fabricar 2600 bicicletas? No, porque se necesitan 5200 ruedas y sólo se tienen4250.

b) ¿Qué partes limitan la fabricación de las 2600 bicicletas? Las ruedas.c) ¿Qué partes se encuentran en exceso? Los marcos y los manubrios.

En los cálculos estequiométricos realizados con anterioridad como masa-masa, masa-mol ymol-mol, hemos utilizado expresiones como « reaccionan completamente», «se hacen reaccionarcon suficiente ...», esto significa que los reactivos reaccionan totalmente o se consumen porcompleto. Sin embargo, en ocasiones la formación de un producto se detiene cuando uno delos reactivos se agota o limita la reacción. A este reactivo se le conoce como reactivo limitante.

Cálculos de reactivo limitante y reactivo en exceso

Es este reactivo el que debe ser tomado en cuenta al calcular el rendimiento teórico, ya que lacantidad máxima de producto que se puede formar depende de la cantidad de reactivo o reactivoslimitantes.

Para entender la función del reactivo limitante, analicemos la siguiente analogía:

Se tiene que para cada bicicleta se necesita 1 manubrio, y se dispone de 2600 manubrios, portanto, existe la posibilidad de fabricar 2600 bicicletas. Si se cuenta con 2820 cuadros de bici-cleta y sólo se necesitan 2600, entonces se tiene un exceso de 220 cuadros. El fabricantecuenta además con 4250 ruedas, con las cuales tiene la posibilidad de construir 2125 bicicle-tas.

En una nevería se utilizan los siguientes ingredientes para preparar un postre:3 bolas de helado2 cucharadas de jarabe1 cucharada de crema1 cereza.

Actividad 3.22 En forma individual o colaborativa determina queingrediente es el reactivo limitante, en la siguiente analogía.

+ +

2 R + C + M R2CM


2.5 L de helado (12 bolas / L)

250 mL de jarabe de chocolate (1cucharada = 15 mL)

200 g de crema (1cucharada = 10 g)

10 cerezas

¿Cuántos postres se podrán preparar a partir de:

Pasos a seguir para realizar los cálculos estequiométricos cuando existe un reactivolimitante:

Por ejemplo

¿Qué ocurrirá si se hacen reaccionar 8 mol de cloro y 5.5 mol de aluminio para formar clorurode aluminio?a) Se escribe la ecuación balanceada.

b) Se calcula la cantidad de sustancia de cada reactivo por separado, cuando se exprese enmasa.

Para nuestro caso: 8 mol de cloro y 5.5 mol de aluminio

c) Se determina la cantidad de sustancia de producto a partir de la cantidad inicial de reactivo

5.5 mol 8 mol X mol

2 mol 3 mol 2 mol

X=5.5 mol de Al x 2 mol de AlCl3

2 mol de Al

5.5 mol de AlCl3X=

X=8 mol de Cl2 x 2 mol de AlCl3

3 mol de Cl2

5.33 mol de AlCl3X=


d) Se compara la cantidad de producto que se obtiene para cada reactivoe) El reactivo que produzca menor cantidad de producto será el reactivo limitantef) Todos los cálculos se realizan con base en la cantidad inicial del reactivo limitante.

a) ¿Quién es el reactivo limitante? Es el cloro.b) ¿Qué sustancia se encuentra en exceso? El aluminio.c) ¿Cuánto cloruro de aluminio se forma? 5.33 mol de AlCl3.d) ¿Cuánto aluminio queda sin reaccionar? 0.166 mol de Al.e) ¿Cuánto cloro queda sin reaccionar? Nada, reacciona completamente.

Actividad 3.23 En forma individual o colaborativa realiza los cálculosestequiométricos y determina el reactivo limitante.

¿Quién es el reactivo limitante?

¿Cuántos gramos de PBr3 (tribromuro de fósforo) se forman?

¿Cuánto fósforo queda sin reaccionar?

¿Cuánto bromo queda sin reaccionar?

¿Qué reactivo queda en exceso?

a) El fósforo es un elemento que está presente en todas las células y fluidos delorganismo, su presencia en el cuerpo se estima en los 650 mg. Interviene en laformación y el mantenimiento de los huesos, el desarrollo de los dientes, la secreciónnormal de la leche materna, la formación de los tejidos musculares y el metabolismocelular. Al agregar un trozo de fósforo a bromo líquido, la reacción es instantánea ylibera calor. ¿Qué pasará si se hacen reaccionar 8.5 g de fósforo con 50.2 g de Br2?Según la ecuación:

b) El cromo puede ser obtenido a partir de la cromita, FeCr2O4, mediante un procesode reducción. La etapa final del proceso consiste en calentar en presencia de alumi-nio, el óxido de cromo (III), Cr2O3. ¿Qué sucede si se calientan 250 g de óxido decromo (III) con 125 g de aluminio?

¿Quién es el reactivo limitante?

¿Cuántos gramos de Cr se depositan?

¿Cuánto aluminio queda sin reaccionar?

¿Cuánto óxido de cromo (III) queda sin reaccionar?

¿Qué reactivo queda en exceso?


La estequiometría nos permite calcular solamente el rendimiento teórico de un producto. Elrendimiento real de cualquier proceso debe de ser determinado experimentalmente.

Porcentaje de rendimiento

Cuando una reacción química se lleva a cabo, son muchos los factores que intervienen, ygeneralmente la cantidad de producto que se obtiene en forma real es menor que la que secalcula teóricamente. Esto puede deberse a las impurezas de los reactivos, a la forma demanipular los reactivos, en fín son muy diversas las causas por las cuales el rendimiento de unareacción no es la más óptima.

Si experimentalmente se obtuvieron 8 gramos de cloruro de sodio, ¿cuál fue el porcentaje derendimiento de la reacción?

Por ejemplo

Al reaccionar 15 gramos de bicarbonato de sodio con 25 gramos de ácido clorhídrico, ¿cuán-tos gramos de cloruro de sodio se podrán obtener teóricamente? De acuerdo con la siguienteecuación:

a) La ecuación debe estar balanceada.

b) Se determinan las masas de las sustancias involucradas.84.0 g 36.458 g 58.44 g

15 g 25 g X g

c) Se determina la cantidad en gramos del producto a partir de la cantidad inicial de bicarbona-to.

X= 15 g de NaHCO3 x 58.44 g de NaCl84.0 g de NaHCO3

10.43 g de NaClX=

% de rendimiento = Rendimiento real x 100

Rendimiento teórico

Para determinar la eficiencia de una reacción se determina el porcentaje de rendimiento. Elcual nos indica la relación entre la producción real y el rendimiento teórico, expresada comoporcentaje.


X=25 g de HCl x 58.44 g de NaCl

36.458 g de HCl

40.073 g de NaClX=

c) Se determina la cantidad en gramos del producto a partir de la cantidad inicial de ácidoclorhídrico.

d) Se compara la cantidad de producto que se obtiene para cada reactivo. El reactivo queproduzca menor cantidad de producto será el reactivo limitante.Todos los cálculos se realizancon base en la cantidad inicial del reactivo limitante.

e) Finalmente se determina el porcentaje de rendimiento

El reactivo limitante es el bicarbonato, ya que se obtiene menor cantidad de producto.

Rendimiento real x 100

Rendimiento teórico

% de rendimiento =8 g de NaCl x 10010.43 g de NaCl

% de rendimiento = 76.70%

Actividad 3.24 En forma individual o colaborativa realiza los cálculosestequiométricos para determinar el reactivo limitante, y el porcentaje derendimiento de la reacción.

Si en una prueba de ensayo se hicieron reaccionar 25.0 g de metanol y 15.0 g demonóxido de carbono, ¿cuál será el porcentaje de rendimiento de la reacción, si seobtuvieron experimentalmente 24 g de ácido acético?

a) El ácido acético puede ser obtenido industrialmente a partir de la reacción entre elmetanol y el monóxido de carbono en presencia de un catalizador de acuerdo con laecuación:

% de rendimiento =


CH3

KMnO4/H+

O

C

OH(s)

+ 3 O2(g) + 2 H2O(l)(l)

b) El ácido benzoico es un polvo blanco, cristalino,que se emplea como conservador de alimentos,tanto como ácido o en su forma de sales de sodio,de potasio o de calcio. Sólo debe utilizarse paraconservar alimentos con un pH ácido. El ácidobenzoico se obtiene de la oxidación del tolueno enpresencia de permanganato de potasio en medioácido. Al hacer reaccionar 85 g de tolueno conKMnO4, en presencia del aire, se obtuvieron 95 gde ácido benzoico. ¿Cuál es el porcentaje de ren-dimiento de esta reacción?

c) El dióxido de titanio es el pigmento más utilizado en el mundo, ya que proporcionaa los productos finales una brillante blancura, opacidad y protección. Se utiliza princi-palmente en la producción de pinturas y plásticos, así como en papel, tintas de impre-sión, cosméticos, productos textiles y alimentarios. Si el óxido de titanio (IV) es calen-tado en una atmósfera de hidrógeno, este se puede reducir a óxido de titanio(II). ¿Cuáles el porcentaje de rendimiento de esta reacción, si se calientan 25 g de TiO2 y sólose obtienen 15 g de TiO?

d) En el inciso a) de la actividad 3.23, se determinó el reactivo limitante de la reacciónentre el fósforo y el bromo.

¿Si experimentalmente se obtuvieron 45g de bromuro de fósforo, ¿cuál es el porcen-taje de rendimiento de esta reacción?

2 2


Cálculos estequiométricos de reacciones donde participan gases

Al realizar los cálculos de masa-volumen o volumen-volumen, a partir de una ecuación químicadebemos tener en cuenta que las relaciones volumen-volumen son las mismas que las relacio-nes mol-mol. Pero para llegar a esta conclusión, en el siglo XIX debieron realizarse varios expe-rimentos con sistemas gaseosos.

De los trabajos de Gay-Lussac y Avogadro podemos concluir que en condiciones normales detemperatura y presión, los volúmenes de los gases reaccionantes son directamenteproporcionales a los números de moles y de moléculas en la ecuación balanceada.

¿Sabías qué ... a principios del siglo XIX Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850) enFrancia, estudió las relaciones volumétricas de gases reaccionantes? Sus resultados estánenunciados en la ley de los volúmenes de gases reaccionantes, la cual establece:

«Cuando se miden a la misma temperatura y presión, las relaciones de los volúmenes degases que reaccionan, presentan siempre una relación de números enteros pequeños».

Los estudios realizados por Gay-Lussac permitieron a Amadeo Avogadro establecer su hipóte-sis:

«A volúmenes iguales de gases diferentes en las mismas condiciones de presión ytemperatura tendrán el mismo número de moléculas»

Suponiendo que todos ellos continúan siendo gases en esas condiciones normales, podríamosdecir que 3 moles (67.2 L) de gas H2 reaccionan con 1 mol (22.4 L) de gas nitrógeno, N2, paraformar 2 moles (44.8 L) de gas amoniaco, NH3. Observe que en todos los casos, la relaciónentre los volúmenes continúa siendo la misma 3:1:2, para H

2, N

2, NH

3, respectivamente.

Ejemplo

Considérese la síntesis de amoniaco a partir de hidrógeno molecular y nitrógeno molecular. Larelación de volúmenes de hidrógeno y nitrógeno moleculares, así como la del amoniaco son: 3,1, 2

Fig. Relación de volúmenes de gases en una reacción química.

+

3 H2(g) + N2(g) 2 NH3(g)

3 mol de H2 + 1 mol de N2 2 mol de amoníaco3 volúmenes de H2 + 1 volumen de N2 2 volúmenes de amoníaco


Dado que el volumen de los gases depende de las condiciones de presión y temperatura a lasque se encuentren, convencionalmente se consideran como condiciones normales aquellas enlas que los gases se aproximan al comportamiento ideal, que son una temperatura de 00C (273K) y presión de 1 atm (760 mm de Hg).

En condiciones normales, un mol de cualquier gas contiene un volumen de 22.4 L (volumenmolar), y se sujeta a la ley general de los gases ideales. Un gas se aleja de este comportamien-to al modificarse las condiciones de presión y temperatura.

PV=nRT

P= 1 atmn= 1 molR= Constante de proporcionalidad=0.08206 L.atm.K-1.mol-1

T= 273 K

Donde:

Al despejar el volumen:

V= nRT

P

V= (1 mol) ( 0.08206 L.atm.K-1. mol-1) (273 K)

1 atm

V= 22.4L

a) Durante la fabricación del acero, el óxido de hierro (III) se reduce a hierro metálico tratándolocon coque, de acuerdo a la siguiente reacción.

Cálculos masa-volumen

¿Qué volumen de dióxido de carbono se producirá en condiciones normales si reaccionan 100g de óxido de hierro (III) ?

Ejemplo

319.4 g 3 (22.4 L)

100 g X

X= 21.039 L de CO2

X= 100 g de Fe2O3 x 3(22.4 L)

319.4 g


Cálculos masa-volumen

a) ¿Qué volumen de oxígeno reaccionará con 25.0 L de propano (C3H

8) para formar bióxido de

carbono y agua?, de acuerdo con la ecuación:

Ejemplo

¿Qué volumen de vapor de agua y de bióxido de carbono se formará?

22.4 L 3(22.4 L) 4(22.4 L)

25 L X X

X= 75 L de CO2

X=

X= 100 L de H2O

X= 25 L de C3H8 x 4 (22.4L) 22.4 L

25 L de C3H8 x 3 (22.4L) 22.4 L


a) Calcular la presión ejercida por 0.35 mol de cloro, que se encuentran en un recipiente de 1,5litros medidos a 27°C.

Cálculos relacionados con la ley general de los gases

La ecuación general de los gases, PV=nRT nos permite realizar cálculos estequiométricospara reacciones donde participan sustancias gaseosas. Por ejemplo, si se conoce la presión,el volumen y la temperatura a la que se encuentra una muestra de gas, se puede calcular elnúmero de mol presentes de la sustancia.Ejemplo

Datos Fórmulan = 0.35 mol de Cl2 PV=nRTV = 1.5 L De dondeT = 27 0C + 273= 300 K P= nRT/VP=?R= 0.08206 L.atm.K-1.mol-1

0.35 mol x 0.08206 L.atm.K-1.mol-1 x 300 KP=1.5 L

P = 5.744 atm

b) El amoníaco se produce exclusivamente por el proceso de Haber-Bosch, que consiste en lareacción directa del nitrógeno e hidrógeno gaseoso. Esta reacción se lleva a cabo a tempera-turas de 7000C y presiones de 1000 atm. Considerando estas condiciones si se hace reaccio-nar 350 g de nitrógeno en un exceso de hidrógeno, ¿qué volumen de amoníaco se formará?

Datos Fórmulan = 24.98 mol de NH3 PV=nRTV = ? De dondeT = 700 0C + 273= 973 K V= nRT/PP=1000 atmR= 0.08206 L.atm.K-1.mol-1

24.98 mol x 0.08206 L.atm.K-1.mol-1 x 973 KV=1000 atm

V = 1.99 L de NH3

1mol de N2 2 mol de NH3

* Se convierten los 350 gramos de nitrógeno a mol= 12.49 mol de N2

12.49 mol de N2 X mol de NH3


Actividad 3.25 En forma individual o colaborativa realiza los cálculosestequiométricos en reacciones donde participan gases.

a) En condiciones normales o estándar de temperatura y presión, se calientan 45 gde azufre en presencia de oxígeno. ¿Qué volumen de dióxido de azufre se produci-rá?

b) Si se descomponen 80 g de azida de sodio, NaN3, a 25 0C y una presión de 800mm de Hg, ¿qué volumen de nitrógeno se produce?

c) ¿Cuántos gramos de aluminio deben reaccionar con ácido sulfúrico para producir4.5 litros de hidrógeno gaseoso en condiciones normales?

d) ¿Cuántos litros de cloro y de hidrógeno molecular se necesitan para obtener 50litros de cloruro de hidrógeno en condiciones normales? Según la ecuaciónbalanceada:



Propósitos

¿Qué se necesita?


2 frascos de vidrio de 250 mL (jugos del valle)1 globo de látex No. 9Balanza granataria

a) Aplicar la ley de la conservación de la masa para calcular teórica y experimentalmente lascantidades de reactivos y de productos que participan en una reacción química. utilizandosustancias y materiales económicos y de uso cotidiano.

b) Propiciar el espíritu de investigación y el trabajo colaborativo.

2 tabletas de alka-seltzerAgua destilada.

Materiales

Sustancias

Agrega con cuidado 100 mL de agua a cada uno de los frascos, luego coloca uno de losfrascos y una de las tabletas de alka-seltzer sobre la balanza y determina su masa (M1),posteriormente agrega la tableta de alka-seltzer al agua que contiene el frasco.


Cuando hayas terminado la reacción, vuelve a medir la masa del frasco con el agua y latableta disuelta (M2).

M1 =Masa del frasco + agua + alka-seltzer sin reaccionar

M2 =Masa del frasco + agua + alka-seltzer después de la reacción

b) ¿Hubo diferencia entre M1 y M2? ¿Cómo lo interpretas?


Pulveriza e introduce la tableta de alka-selzerrestante en el globo de látex, con la ayuda de unembudo. Inserta el globo en la abertura del frasco(boca) que contiene los 100 mL de agua,teniendo cuidado de que esté bien ajustado elglobo al frasco, y que no caiga el alkaseltzer enel agua. Determina su masa (M3). Posteriormente,deja caer el alka-seltzer en el agua. Cuando hayaterminado la reacción vuelve a pesar (M4).

Macroscópicamentec) ¿Se efectuó algún cambio químico? Cómo lo interpretas:

Submicroscópicamente

A nivel simbólico*

* Para plantear la ecuación química, necesitas investigar la composición del alka-seltzer.

e) ¿Se cumplieron las hipótesis que planteaste?

f) ¿A qué conclusión llegas?

M3 =Masa del frasco + agua + globo + alka-seltzer sin reaccionar

M4 =Masa del frasco + agua + globo+ alka-seltzer después de la reacción

d) ¿Hubo variación entre M3 y M4? ¿Cómo lo interpretas?



Propósitosa) Determinar el porcentaje de rendimiento de una reacción química aplicando las relacionesestequiométricas adecuadas.

b) Determinar experimentalmente la cantidad de carbonato de sodio que se obtiene en lareacción de descomposición del bicarbonato de sodio.

c) Promover el trabajo colaborativo.

¿Qué se necesita?


Soporte universal con aroCápsula de porcelanaBalanza granatariaMalla de alambre con asbestoMechero de Bunsen

Bicarbonato de sodio

Materiales

Sustancias

Haciendo uso de la balanza granataria determina la masa de la capsula de porcelana yregistra el dato en la tabla. En la cápsula tarada se agregan 5 g de bicarbonato de sodio.Coloca el recipiente que contiene el bicarbonato de sodio sobre la malla de alambre conasbesto y se procede a calentar durante 10 minutos, aproximadamente. Se deja enfriar y sedetermina la masa de la cápsula con el residuo.

(M1)= Masa de la cápsula de porcelana

(M2)=Masa de la cápsula de porcelana + 5 g de NaHCO3

(M3)= Masa de la cápsula de porcelana + residuo

a) ¿Hubo diferencia entre la masa M2 y M3? ¿Cómo lo interpretas?


b) ¿Se cumplieron las hipótesis que planteaste?

c) ¿A qué conclusión llegas?

d) ¿Qué cantidad de carbonato de sodio obtuviste?

e) ¿Qué cantidad de CO2 y de agua se produjeron?

g) ¿Cuál fue el porcentaje de rendimiento de la reacción?

f) Plantea la ecuación que describe este proceso.

175Respuestas a los ejercicios

Respuestas de los ejercicios de la unidad I

Actividad 1.1 Son preguntas de evaluación diagnóstica.

Actividad 1.2 Respuesta: 28.0865 umaActividad 1.3

a) HNO3 = 63.018

b) H3PO4 = 97.994

c) H2CO3 = 62.026

d) NO2 = 46.01

e) CO2 = 44.01

f) Cl2O = 86.9

g) H3BO3 = 61.834

h) H2SO3 = 82.086

i) HClO3 = 84.458

j) I2O5 = 333.8

k) As2O3 = 197.84

l) Br2O7 = 271.8

a) NaNO3 = 85.0

b) Ca3(PO4)2 = 310.18

c) K2CO3 = 138.21

d) Mg(NO2)2 = 116.33

e) Al2(SiO3)3 = 282.23

f) Fe(ClO)2 = 158.75

g) Li3BO3 = 79.633

h) BaSO3 = 217.36

Actividad 1.4

i) KClO3 = 122.55

j) CaO = 56.08

k) Ca(OH)2 = 74.096

l) MgO= 40.31

m) NaOH = 39.998

n) Na2O = 61.98

o) Mg(OH)2 = 58.326

Actividad 1.5 Los resultados pueden diferir por diversos factores: variabilidad de la muestra,tipo de balanza, lectura del observador. Sin embargo, los valores obtenidos parael semillagadro deben ser muy cercanos entre sí. El valor que nosotros obtuvimospara el semillagadro fue de 9.

Actividad 1.6a) 98.076 g/mol

b) 60.062 g/mol

c) 286.11 g/mol

d) 342.14 g/mol

Actividad 1.7a) 39.4g de Au


b) 142.32 g de Hg(CNO)2

c) 157.54 g de HNO3

d) 1,682.616 g de C18H32O2

e) 27.459 g de Zn

f)1. 95.325 g de Cu2. 135.117 g de C6H12O6

3. 23.034 g de CH3CH2OH

4. 270.231 g de Aspirina5. 33.0 g de CO2

6. 29.163 g de Mg(OH)2

Actividad 1.8a) 0.1247 mol de ion Ca

2+

b) 1.29 mol de Freón -12

c) 5.951 mol de NaHCO3

d) 0.0006 mol de KI

e) 3.5911 mol de Mg

f )1. 0.1015 mol de Au2. 0.1252 mol de Fe2O3

3. 2.604 mol de CH3CH2OH

4. 59.52 mol de H2

5. 2.8125 mol de O2

6. 0.499 mol de C6H12O6

Actividad 1.9a) 2.189 x 1024 moléculas de N2Ob) 1.257 x 10

22átomos de Ti

c) 2.0485 x 1023

moléculas de propanod) 2.458 x 10

23moléculas de ácido fosfórico

e) 2.868 x 1024 iones sodiof) 5.014 x 1022 átomos de carbonog) 2.172 x 1023 moléculas de agua

h) 8.165 x 1022 átomos de mercurio

i) 1.6713 x 1021moléculas de H20


Actividad 1.10a) 3.271 x 10-22 g de Aub) 2.989 x 10-22g de aspirinac) 0.1031 g de alcohold) 34.67 g de butano

e) 16.14 g de glucosaf) 142.57g de XeF

6

g) 7.89 g de vitamina «C»

Actividad 1.11a) 349.618 L de SO2

b) 63.187 L de Cl2c) 44.210 L de F2

d) 45.637 g de H2

e) 491.183 g de CO2

f) 321.428 g de O3

Actividad 1.12a) 172.48 L de Heb) 336 L de CH4

c) 537.6 L de N2Od) 22.32 mol de C2H2

e) 10.04 mol de C2H4

f) 1.16 mol de Xe

Fe= 2; C= 3; O= 9

Actividad 1.13

Pb= 1; N= 4; O= 12

Na= 3; B= 1; O= 3

Fe= 4; S= 6; O= 24

K= 1; Cl= 1; O= 3H= 9; P= 3; O= 12

H= 1; Cl= 1; O= 4

Actividad 1.14 La respuesta es variable


Actividad 1.15a) Ley de las proporciones definidasb) Na= 1 g; Cl= 1.54 g

c) H= 1.60%; N= 22.23%; O= 76.17%d) H= 3.09%; P= 31.60%; O= 65.31%e) H= 4.89%; B= 17.48%; O= 77.63%f) 0.4 g de oxígenog) Na= 8.70%; H= 8.01%; C= 4.55%; O= 78.74%; H2O= 68.20%h) Urea=46.65% de N; nitrato de amonio= 35% de N; guanidina= 71.14% de Ny amoníaco= 82.24% de N

Actividad 1.16a) CH2Ob) NO2

c) C17H21O4Nd) CaSO4

e) K2Cr2O7

f) C2H3

g) AO

Actividad 1.17a) C6H12O6

b) C2H6O2

c) Fórmula empírica= fórmula molecular= Fe2O3

d) Fórmula empírica= fórmula molecular=C5H8O4NNae) Fórmula empírica= fórmula molecular=C2F4

Cuestionario de la primera unidad:

I. CrucigramaII. Conversiones: masa-mol-partículas-volumen

1. d) 4 g de H2.2. c) 1.413. a) mol 4. b) 47.9 g.5. c) 7.17 g6. a) Cuando combinamos un mol de H2 con un mol de N2 se forman 2/3 de molde amoníaco.

7. a) 7.96 x 10-8 molb) 4.79 x 1016 moléculas de THC

8. 3618 toneladas de Fe


1. c) 0.2 kgIII. Composición porcentual, fórmula empírica y real

2. d) CH2 y C4H8

3. b) Todos los compuestos son distintos4. a) SOCl25. d) C = A2B, D = A2B3

6. b)7. d)8. C2H3Cl

9. a) 294.3 g b) 3.3978 x 10-6 mol c) 3.6831 x 1019 átomos de hidrógeno10. a) 2414.52 mol de agua b) 1.454 x 1027 moléculas de agua

11. U3O8

12. Na2C2O4

13. Fórmula empírica= fórmula molecular= C6H10S2O14. 20.66%

Actividad 3.1a)

b)

c)d) +e) (s)f) (l)g) (g)h) (ac)

i)

j)

c)

Actividad 3.2a) Peróxido de hidrógeno o agua oxigenadab) Agua y oxígeno

c) 2, 2,1d) líquido, líquido y gas

Respuestas de los ejercicios de la unidad III

* Para los ejercicios de la unidad II, se consideró pertinente no agregar los resultados.


e) Bióxido de manganeso como catalizadorf) Reacción irreversible

Actividad 3.3 Se resuelve experimentalmente

a) 2, 3, 2b) 2, 2, 3

c) 1, 2, 1, 1d) 3, 1, 1, 3



e) 2, 5, 2f) 1, 2, 2, 1

g) 1, 3, 1, 3h) 1, 2, 1, 1, 1i) 2, 3, 1, 6j) 2, 3, 1, 6

Actividad 3.7a) 2, 1, 3, 2b) 1, 2, 1, 2

c) 5, 3, 3, 6, 5d) 4, 1, 1, 1, 2e) 3, 2, 1, 3, 3f) 8, 3, 3, 8, 5, 2

g) 10, 1, 2, 10, 4h) 4, 4, 4, 2, 2, 5i) 3, 1, 1, 3j) 1, 6, 7, 4, 1, 3, 7

Actividad 3.8 Son preguntas de evaluación diagnóstica.

Actividad 3.9a) Ácido bromosob) Yoduro de bario

c) Nitrógeno y litiod) Óxido de sodio y aguae) Hidróxido cúpricof) Ácido yodhídrico

Actividad 3.6


g) Ácido carbónicoh) Óxido de magnesioi) Dióxido de azufrej) Hidruro de sodio

Actividad 3.10

a) 2, 2, 3b) 2, 4, 3

c) 1, 1, 2d) 2, 2, 1e) 1, 1, 1f) 2, 1, 4, 2

g) 2, 2, 1,h) 2, 2, 3, 2i) 1, 1, 1j) 1, 1, 4, 1

Actividad 3.11a) Si reaccionab) No reacciona

c) No lo desplazad) Si lo sustituyee) No lo desplazaf) No hay reacción

g) No lo sustituye

Actividad 3.12a) No hay reacciónb) 1, 2, 2, 1

c) 1, 2, 1, 1d) No hay reaccióne) 2, 3, 1, 3f) No hay reacción

g) 2, 3, 1, 3h) 1, 1, 1, 1i) 1, 2, 2, 1j) 2, 3, 1, 3


Actividad 3.15a) +1, +5, -2b) +1, -2

c) +2, +6, -2d) +5, -2e) +1, +4, -2f) +1, +7, -2

g) +2, -2, +1,h) +1,+5,-2i) +5, -2,j) +3, -2k) +5, -2,l) +4, -2

Actividad 3.16a) Se oxida el aluminio y se reduce el hidrógeno. El agente oxidante es elhidrógeno y el agente reductor es el aluminio.

b) Se oxida el zinc y se reduce el hidrógeno. El agente oxidante es el hidrógenoy el agente reductor es el zinc.

c) Se oxida el hidrógeno y se reduce el nitrógeno. El agente oxidante es elnitrógeno y el agente reductor es el hidrógeno.

Actividad 3.13a) 2,3,1,6b) 1,2,1,2

c) 1,1,1,1d) 2,1,1,1e) 1,2,2,1f) 1,1,2,1

g) 1,1,1,1h) 1,2,2,1i) 1,1,1,3j) 1,3,1,3



Actividad 3.17a) 2, 3, 3, 1b) 4, 1, 1, 1, 2

c) 4, 1, 1, 2, 2d) 8, 3, 3, 2, 4e) 4, 4, 4, 1, 4, 2f) 1, 4, 4, 1, 2

g) 10, 12, 3, 20, 8h) 2, 6, 10, 6, 1, 10i) 2, 1, 1, 2j) 4, 1, 1, 2k) 3, 8, 3, 3, 4, 2l) 2, 5, 10, 2, 5, 4m) 1, 14, 2, 2, 7, 3n) 2, 16, 2, 2, 8, 5


Actividad 3.19

a) 26.64 g de O2

b) 1.76 g de O2

c) 3.6286 g de O2

d) 337.976 g de amoníacoe) 7.993 g de O2

f) 5.114 g de alcohol etílico

g) 30.9398 g de azida de sodioh) 10.032 g de carburo de silicioi) 659.41 g de cloruro de sodioj) 161.67 g de coke


Actividad 3.20

a) 1.66 mol de óxido de aluminiob) 4.34 mol de bióxido de carbono

c) 3.05 mol de oxígenod) 2.549 mol de sulfato de sodioe) 6.25 mol de óxido de sodiof) 340.68 g de amoníaco

g) 4.40 mol de sulfuro de sodioh) 782 g de potasioi) 342.14 g de sulfato de aluminio

Actividad 3.21

a) 2.5 mol de oxígenob) 7 mol de ácido sulfúrico

c) 7.5 mol de disulfuro de carbonod) 12.5 mol de sulfato de calcioe) 2.5 mol de cloruro de magnesiof) 10 mol de amoníaco

g) 5.25 mol de hidróxido de calcio

Actividad 3.22Resp: 8 helados, el reactivo limitante es el jarabe de chocolate.

Actividad 3.23a) Reactivo limitante: el bromo

PBr3 = 56.686 g

P =2.014 g

Br: reacciona completamente

Reactivo en exceso: el fósforo


b) Reactivo limitante: Cr2O3

Cr = 171.05 g

Al = 36.25 g

Cr2O3: reacciona completamente

Reactivo en exceso: el aluminio

Actividad 3.24

a) 74.629% de rendimientob) 84.32% de rendimiento

c) 75.037% de rendimientod) 79.38% de rendimiento

Actividad 3.25

a) 31.44 L de SO2

b) 42.879 L de N2

c) 3.613 g de Ald) 25 L de H2 y 25 L de Cl2




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Páginas electrónica consultadas

Rubinson, J.F. y Rubinson, K.A. (2000) Química Analítica, 1a edición, México, Pearson Educa-ción

Química Cuantitativa I, se terminó de im-primir en el mes de marzo de 2012, en los talleres gráficos de Servicios Editoriales Once Ríos, Río Usumacinta 821, Col. In-dustrial Bravo, Tel. 7 12-29-50.Culiacán, Sinaloa, México.

La edición consta de 5,200 ejemplares.

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