quimica aplicada.(clases 1)

7/21/2019 Quimica Aplicada.(Clases 1)

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QUIMICA APLICADA

Prevencin de Riesgos

Prof: Juan Voss


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Matemticas y conceptos bsicas

Medicin:

Qu significa medir?

Medidas macroscpicas

Medidas microscpicas

Sistemas de unidadesSistema Internacional (SI)

(m, kg, s, T (K) )

Sistema Ingls(ft, lb, s, T(R) )


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Unidades del Sistema Internacionaldimensin unidad smbolo

Longitud metro m

Masa kilgramo kg

Tiempo segundo s

Corriente ampere A

Temperatura Kelvin K

Cantidad de

sustancia

mol mol

Intensidad

Lumnica

candela cd

Cul es la diferencia entre masa y peso?


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Prefijos utilizadosNombre Smbolo Cantidad

Tera- T 1012

Giga- G 109

Mega- M 106

Kilo- k 103

Deci- d 10-1

Centi- c 10-2

Mili- m 10-3

Micro- 10-6

Nano- 10-9

Pico- p 10-12


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Ejemplo:

Un cuerpo cualquiera mide 0,00000012 m (1,2 x 10-7m)Cul es su valor en:

CentmetrosMicrmetros

Nanmetros?1,2 x 10-5cm; 1,2 x 10--1 m; 120 m

Las propiedades de la materia que se pueden medir, se dividen en:

Extensivas = depende de la cantidad de materiaIntensivas = no depende de la cantidad de materia

Ejemplo:

Extensivas: Masa, longitud, volumen, etc. (son aditivas)Intensivas: densidad, temperaturas (no son aditivas)


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Densidad:Se define como la masa que contiene una unidad de volumen

d = m/V

Si la masa tiene unidad de kg y el volumen de metros cbicos,entonces la densidad tendr unidades de

kg/m3

Ejemplo:

Cul ser la masa de un cuerpo que tiene una densidad de1,5 g/cm3 y ocupa un volumen de 10 cm3 ?


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Ejemplo:

Ejemplo:

Ejemplo:


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Escalas de temperatura:

Las escalas ms utilizadas son:

Celsius (C), Kelvin (K), Fahrenheit (F), Rankine (R)

Kelvin y Rankine son escalas absolutas, ya que parten del 0 absoluto.

15,273 += CK

325

9 += CF

)32(95 = FC

67,459 += FR


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Ejemplo:

Un cuerpo est a 212 F, Cul es su temperatura en C, R, K?

Determinar:

Cul es la conversin de una diferencia de temperaturas?

de C (C2 - C2) a F (F2 - F1)

Ejemplo:


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Ejemplo:


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Notacin Cientfica

Nmeros muy grandes o muy pequeos, representados en notacin corriente,es muy fcil de cometer errores

Ejemplo: 0,000000000000014 120000000000000

Para evitar algn error se escriben en tipo notacin cientfica, cuya forma es:

Siendo N un nmero cualquiera real y b un entero, de esta forma los nmerosanteriores en notacin cientfica quedan :

bxN 10

1414102,1104,1 xyx


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Suma y resta en notacin cientfica

141414105,3101,2104,1

=+

1414151024,2101,2104,1

=+

151414107101,2104,1

=

1064106103102 = x

264102102/104

=

Multiplicacin y divisin en notacin cientfica


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Cambio de unidades

Debido a que no existe una normativa universal sobreel sistema de unidades, cada pas adopt el que consider mscmodo.

Por esta razn es que se deben realizar cambio de unidadespara as dejar el sistema en forma homognea.

Por ejemplo:

tenemos 15 m de longitud y lo queremos pasar a cm

Sabemos que 1 m son 100 cm1 m = 100 cm

luego: 15 m = X cmestos trminos se multiplican cruzados y se igualan(regla de las proporciones o regla de tres)

15 x 100 = 1 x X


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Cambio de unidades

Ejemplo:Un cuerpo tiene una masa de 123 lb. Cul es su masa en kg?

Si uno busca en tablas de conversin de unidades, encuentra que

1 kg = 2,2046 kgLuego:

kgkglb

kglb 792,55

2046,2

123

2046,2

1123 ==


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EJERCICIO Se tiene un recipiente con 15 l de etanol al 96% v/v de densidad 0,81[kg/l], al

cual se le adicionan 5 l de agua (densidad = 1g/ml). A) Indique las propiedades de la materia para volumen y densidad del etanol. Lleve todas lasunidades al SI.

B) Indique la masa inicial de etanol en el recipiente.

C) Etanol al 96% significa que contiene 96% volumen de etanol puro y 4% volumen de agua.Cul es el porcentaje de etanol y agua, despus de agregar los 5 l de agua?

D) Cul sera tericamente la densidad final del lquido dentro del recipiente?


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MODELOS ATOMICOS- Mtodo cientfico:

- Procedimiento sistemtico en la investigacin; seinicia al reunir la informacin por medio de

observaciones y mediciones. En el proceso se disean

y comprueban hiptesis, leyes y teoras.


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Qu es un modelo atmico?

Los modelos a lo largo del tiempo:

1) Modelo atmico de Demcrito

Los tomos son eternos, indivisibles, homogneos,

incompresibles e invisibles.Los tomos se diferencian slo en forma y tamao,

pero no por cualidades internas.

Las propiedades de la materia varian segn elagrupamiento de los tomos.


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2) Modelo atmico de Dalton

La materia est formada por partculas muy pequeas

llamadas tomos, que son indivisibles y no se puedendestruir.

Los tomos de un mismo elemento son iguales entre

s, tienen su propio peso y cualidades propias. Lostomos de los diferentes elementos tienen pesos

diferentes. Comparando los pesos de los elementos

con los del hidrgeno tomado como la unidad propusoel concepto de peso atmico relativo.

Los tomos permanecen sin divisin, aun cuando se

combinen en las reacciones qumicas.


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Los tomos, al combinarse para

formar compuestos guardan relaciones simples.Los tomos de elementos diferentes se pueden

combinar en proporciones distintas y formar ms de

un compuesto.Los compuestos qumicos se forman al unirse tomos

de dos o ms elementos distintos.


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3) Modelo atmico de Thomson

Considera que los tomos contenan partculaselctricas con carga negativa

Pero no es correcta la distribucion de cargas positivas

4) Modelo atmico cbico de Lewis

Electrones ubicados en los ocho vrtices de un cubo.

Sirvi para dar cuenta del fenmeno de valencia Se dej pronto por el modelo mecnico-cuntico


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5) Modelo atmico de Rutherford

Propuso la existencia de un ncleo (concentracin de

carga en el centro del tomo)Los electrones orbitan alrededor del centro del tomo.

6) Modelo atmico de Bohr (1913-1916)

Los postulados del modelo de Bohr son:

Los electrones describen rbitas circulares en torno al

ncleo del tomo sin radiar energa.


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No todas las rbitas para electrn estn permitidas,

tan solo se puede encontrar en rbitas cuyo radio

cumpla que el momento angular, L, del electrn seaun mltiplo entero de

El electrn solo emite o absorbe energa en los saltos

de una rbita permitida a otra. En dicho cambio

emite o absorbe un fotn cuya energa es la diferencia

de energa entre ambos niveles.

h=h

sJPlanckdeteconsh ==

341062606896,6tan


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7) Modelo atmico de Sommerfeld

Los electrones se mueven alrededor del ncleo, en

rbitas circulares o elpticas.A partir del segundo nivel energtico existen dos o

ms subniveles en el mismo nivel.

El electrn es una corriente elctrica minscula.


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8) Modelo atmico de Schroedinger

Si bien este modelo describe de mejor forma la

estructura del tomo, tiene ciertas deficiencias:En su formulacin original no tiene en cuenta el espn de

los electrones, esta deficiencia es corregida por el modelo

Schroedinger-Pauli.

Ignora los efectos relativistas de los electrones rpidos, esta

deficiencia es corregida por la ecuacin de Dirac que

adems incorpora la descripcin del espn electrnico.

Si Bien predice razonablemente bien los nivelesenergticos, por s mismo no explica por qu un electrn en

un estado cuntico excitado decae hacia un nivel inferior si

existe alguno libre.


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CONFORMACIN DE ATOMOSComo se vi, de acuerdo a las teoras nombradas,

Thomson determin que los tomos tienenelectrnes y cuya relacin carga/masa es de:

-1,76 x 108 C/g

Donde C es la carga elctrica en Coulombs.

Posteriormente Millikan encontr que la carga de

un electrn era de: -1,6 x 10-19 C


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Posteriormente Rutherfort propuso que toda la

carga positiva a la cual llam PROTONES y queestaban en un conglomerado en el centro del tomo,

el ncleo.

La carga de los protones era la misma de los

electrones y su masa era de 1,67252 x 10-24 g, 1840

veces mayor que la de un electrn (9,09 x 10

-28

g)


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Lo anterior dejaba algunas interrogantes; por

ejemplo la relacin de masa de hidrgeno y helio, lacual segn esto debera ser 2:1 y no 4:1 como es en

la realidad.

James Chadwick logr dilucidar esto, encontrando

unas partculas neutras dentro del ncleo con masa

similar a la de los protones, las cuales llamNEUTRONES.


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Con lo anterior la conformacin de un tomo en

partculas subatmicas queda:


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NUMERO ATOMICO, NUMERO DE MASA E ISOTOPOS

Todos los tomos se pueden identificar por el

nmero de protones y neutrones que tienen.

La cantidad de protones que tiene un tomo seindica con el nmero atmico (Z).

Un tomo neutro, tiene la misma cantidad de

protones que electrones.


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La identidad qumica de un tomo queda

determinada exclusivamente por la cantidad deprotones que contenga.

Esto quiere decir: que si un tomo en el universo

contiene 7 protones, este tomo es de nitrgeno ya

que el nmero atmico del nitrgeno es 7.


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La suma de protones y neutrones se le llama

nmero de masa (A)

A = protones + neutrones= nmero atmico + neutrones

Por lo que:

N de neutrones = A ZEl N de protones, N de neutrones y N de masa es

siempre entero y positivo

Si bien es cierto el nmero atmico de un elemento

es nico, puede tener distinto nmero de masa, a

estos elementos se les denomina ISOTOPOS.


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Estos se denotan de la siguiente manera:

Sea X un elemento cualquiera:


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Por ejemplo el hidrgeno tiene 3 istopos:

y el uranio tiene 2 isotopos con nmeros de masa

235 y 238:


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Ejemplo:

Ejemplo:


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TABLA PERIODICA

Esta consta de 18 grupos y 7 periodos, y salvo

algunas pequeas excepciones hay propiedades

que son relativamente peridicas a medida que seavanza o retrocede en un grupo o periodo.

Dentro de estas propiedades estn:

- Radio Atmico

- Volumen Atmico

- Energa de Ionizacin

- Electronegatividad y Electroafinidad


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RADIO ATOMICO Se define como la distancia media entre dos

ncleos de dos tomos adyacentes

Radio Atmico Radio Atmico

Distancia Interatmica


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VOLUMEN ATOMICO Se define como el cociente entre la masa de un

mol del elemento y su densidad [cc/mol].Dentro de la tabla peridica el volumen

atmico crece de acuerdo a


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ELECTRONEGATIVIDAD Se define como la capacidad que tiene un

elemento para atraer electrones.Sus valores son arbitrarios, siendo los ms

utilizados los de Pauling, el cual toma el fluor (F)

como el ms electronegativo y le da el valor 4,0.

La electronegatividad aumenta a medida que

se avanza en un periodo y disminuye a medida quese baja en un grupo.


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ELECTROAFINIDAD Energa que libera un elemento cuando capta un

electrn. Hace referencia a la capacidad que tieneun elemento para poder captar un electrn.


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ENERGIA O POTENCIAL DE IONIZACION Se define como la energa necesaria que se debe

administrar a un elemento para que ceda suelectrn ms externo.

La energa de ionizacin aumenta a medida

que se avanza en un periodo y disminuye a medida

que se baja en un grupo.


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MASA ATOMICA

Antes veremos otro concepto:

Unidad de Masa Atmica (uma)simbolo u:

es una unidad empleada en fsica y qumica y

se define como:

Una uma es la doceava parte (1/12) de la masa deun tomo neutro y no enlazado de carbono-12 en su

estado fundamental elctrico y nuclear; siendo su

valor recomendado1,660538921 x 10-27 kg


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Con lo anterior se puede decir que 1 mol de tomos

de carbono-12 tiene una masa de 12 g.

Qu es mol?

Es la unidad en el SI de cantidad de sustancia.

Por definicin se dice que:1 mol = 6,02214129 x 1023 unidades

Estas unidades pueden ser tomos, molculas,

iones,etc.

A este N se le llama N de Avogadro


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Por lo que se deduce que:

6,02214129 x 1023 tomos de carbono-12 tienen

una masa de 12 g.

Las dems masas atmicas se derivan de la anterior,

entonces para el sodio (Na) que tiene una masaatmica de 22,99 significa que su masa atmica es

22,99 veces la del C-12.


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Por lo mismo podemos indicar que 1 mol de

unidades de masa atmica equivalen a 1 g.

Si hablamos de molculas, el concepto es el mismo

y su masa molecular equivale a la suma de las masa

atmica de sus elementos

La molcula de carbonato de calcio CaCO3, su

masa molecular viene dado por:Masa atmica del Ca + masa atmica del C + 3 x

masa atmica del O


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Igualmente, 1 mol de molculas = 6,02214129 x

1023 molculas.

Como finalmente queda que la masa atmica,

molecular, etc. es la masa en g de un mol deunidades, esta se representa como [g/mol].

Entonces la masa atmica del tomo oxigeno (O) es

16 [g/mol] y la de la molcula de oxigeno (O2) es32 [g/mol]


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FORMULAS QUIMICASEs la forma de representar la composicin de

compuestos mediante smbolos qumicos.

- Frmula molecular

- Frmula emprica o mnima

- Frmula estructural


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FRMULA MOLECULAR

Indica el nmero exacto de tomos de cada

elemento que compone la molcula.

Ejemplo: Molcula de hidrgeno: frmula

molecular H2 .

Molcula de agua: frmula molecular:

H2O.


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FRMULA ESTRUCTURAL

Esta frmula nos muestra como estn unidos los

tomos dentro de la molcula:Ejemplo: frmula estructural del metano (CH4)

frmula del agua:

C

H

H

H

H

O HH


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FORMULA EMPIRICA (MINIMA)

Esta indica cuales elementos estn presentes y

la relacin mnima, en nmero entero, entre ellos.Ejemplo:

C2H6 su frmula emprica es CH3

CH4 su frmula emprica es CH4


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REPRESENTACION DE LAS FORMULAS MOLECULARES

Existen diferentes formas de representar las

molculas, pero las ms utilizadas son las que se

muestran en el cuadro siguiente:


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DETERMINACION DE LA FORMULA DE UN


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COMPUESTO

Conociendo el % en peso de cada elemento:

Ejemplo: Se analiza un compuesto cuya masa

molecular es 180 [g/mol], y se obtiene:

40% de C; 6,67% de H y 53,33% de O

Determinar su frmula emprica y molecular.


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Se toma una base de 100 g y se calculan los moles

de cada elemento, luego se dividen todos por el

menor valor obtenido.

Luego su frmula emprica: CH2O, de masa

molecular: 30[g/mol], por lo que su frmula

molecular ser: C6H

12O

6

Elemento Masa

atmica

[g/mol]

Masa [g] Mol

(Masa/masa

atmica)

Divididos

por el menor

C 12 40,00 3,333 1

H 1 6,67 6,670 2

O 16 53,33 3,333 1


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A partir de un anlisis elemental

Ejemplo: Si se combustionan 2,78 g de un ster

(C,H y O), se forman 6,32 g de CO2 y 2,52 g deH2O. Determinar su frmula emprica.

Si se sabe que su masa molar est entre 100 y 120

[g/mol], determinar su frmula molecular.

La masa molar del CO2 es 44 [g/mol] y la del agua

es 18 [g/mol]


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Utilizando la regla de tres:

12 [g/mol] de C 44 [g/mol] de CO2

X [g] de C 6,32 [g] de CO2

masa de C = 1,7236 [g]

2 [g/mol] de H 18 [g/mol] de H2OX [g] de H 2,52 [g] de H2O

masa de H = 0,2800 [g]

La masa de oxigeno se obtiene por diferencia:

Masa de O = 2,78 1,7236 0,28 = 0,7764 [g]


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Luego su frmula emprica ser: C3H6O, con masa

molecular de 58 [g/mol]Debido a que esta masa molar est entre 100 y 120

[g/mol], esntoces la formula molecular ser:

C6H12O2


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A partir de la frmula molecular se pueden

determinar los % de cada elemento

Ejemplo:Se tiene Al2(SO4)3 masa molar:342[g/mol]

Sabemos que:

X% = {masa X/masa total} x 100


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elemento Masa atmica mol Masa del

elemento

%

Al 27 2 54 15,79S 32 3 96 28,07

O 16 12 192 56,14


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REACCIONES QUIMICAS Una reaccin qumica o cambio qumico, es todo proceso en el cual una o ms sustancias

(reactantes), por efecto de un factor energtico, se transforman, cambiando su estructura

molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos.

La representacin de las reacciones qumicas se realiza mediante ecuaciones qumicas.

En la ecuacin qumica, los reactantes (los compuestos que se tienen antes de reaccionar)

van a la izquierda, si hay ms de uno van separados por un signo ms (+); a la derecha van

los compuestos que se formaron una vez producida la reaccin, se denominan productos. Aligual que en los reactantes, si existen ms de uno se separan con un signo ms (+).

Ambas partes se unen mediante una flecha que apunta hacia los productos.

OHNaClNaOHHCl 2++reactantes productos


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Siguiendo la ley de conservacin, la cantidad de tomos de una especie en los reactantes

debe ser igual a la cantidad de tomos de la misma especie en los productos.

Segn la ecuacin anterior, La cantidad de tomos de sodio (Na) en los reactantes

(contenido en el Hidrxido de Sodio NaOH) debe ser igual a la cantidad de tomos de Na enlos productos (contenido en el Cloruro de Sodio NaCl). En este caso se cumple y existe en

ambos lados la misma cantidad.

Si no se cumple, se debe entrar a EQUILIBRAR la ecuacin.

Esto consiste en anteponer un nmero llamado coeficiente estequiomtrico, delante de un

compuesto, con lo que aumenta la cantidad de cada tomo que pertenece a la molcula en

cuestin.

OHCOOCH 2224 ++Ecuacin no equilibrada

OHCOOCH 2224 22 ++Ecuacin equilibrada


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Las ecuaciones qumicas tienen un trato similar a las ecuaciones algebraicas. Slo que

adems deben cumplir algunas exigencias extras, dentro de las principales es que la reaccin

sea posible.

Suma de reacciones qumicas:

2222

2222

2

32

_________________________________22

OOHKClOHHClKOH

OOHOH

OHKClHClKOH

++++

+

++


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Si pondero la ecuacin qumica por un nmero (positivo), ambos miembros de esta ecuacin

(reactantes y productos) deben ser ponderados, para mantener el equilibrio de la misma.

Para equilibrar las ecuaciones qumicas existen varios mtodos:

- mediante tanteo- Algebraica.

- Redox (xido reduccin)

Aqu veremos los dos primeros.

OHCOOOHC

OHCOOOHC

22262

22262

6462

2/323

++

++


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Tanteo:

Es sencilla especialmente si en los reactantes o productos existen molculas de un

slo tipo de tomos (O2 ; H2 ; etc.). Cuando existen muchos tipos de tomos y a la vez con

cantidades distintas de 1, se comienza a dificultar el tema.

Mtodo algebraico:

A B C D E F

K2Cr2O7 + H2O + S SO2 + KOH + Cr2O3

K : 2 A = E

Cr: 2 A = 2F

O: 7 A + B = 2 D + E + 3 F

H : 2 B = ES : C = D

Nos damos un valor cualquiera (entero positivo) a una de las letras, con el cual

resolvamos 1 ecuacin.


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Sea A=1

Luego E = 2 ; F = 1

Con E = 2 obtenemos B = 1

Por lo que: 7 x (1) + (1) = 2 D + (2) + 3 x (1)Con lo que D = (3/2) y por lo tanto C = (3/2)

Y la ecuacin nos queda:

K2Cr2O7 + H2O + (3/2)S (3/2)SO2 + 2KOH + Cr2O3

Como debemos dejar (idealmente) nmeros enteros, ampliamos la ecuacin por 2

2K2Cr2O7 + 2H2O + 3S 3SO2 + 4KOH + 2Cr2O3

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