Manual Quimica General(1)

Libro de Qumica General_________________________________________________________________________

TEMARIO N 04

LIBRO DE QUIMICA GENERAL

OCTUBRE 2008

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CONTENIDO

Capitulo 1

La Materia

La materia, Clasificacin y Propiedades

Estados de la materia.

a. Estado Gaseoso

Presin baromtrica y manomtricaLeyes de los Gases ideales (Ley de Boyle, Ley de Charles,Ley de Avogadro y ley de Dalton)Teora cintico-molecular y difusinLey de Gram.

b. Estado Lquido

ViscosidadTensin superficialEvaporacin.Presin de vaporPuntos de ebullicin

c. Estado slido

Tipos de Slidos: Slidos amorfos y cristalinosTipos de Slidos cristalinosCambios de fase (Puntos de fusin, Sublimacin.

Capitulo 2

La Energa

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1. Clases de Energa.

Capitulo 3

Capitulo 4

Reacciones Qumicas, Ecuaciones Qumicas y Reacciones Nucleares

Estequiometra

1. Unidades qumicas de cantidad, masa y volumen de las sustancias.2. Clculos estequiomtricos.3. Reacciones qumicas4. Ecuaciones qumicas5. Reactivo limitante y rendimiento.

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CAPTULO 1

La Materia

1.

Definicin de materia.

Materia es la sustancia que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

La materia puede ser invisible, por ejemplo, si un tubo de ensayo, vaco en apariencia, se sumergecon la boca hacia abajo en un vaso de agua. Dentro del tubo, que en realidad est lleno de unamateria invisible aire solamente asciende un volumen pequeo de agua (H2O).

Clasificacin de la materia.

La materia se clasifica en sustancias puras y mezclas :

Una sustancia pura es esencialmente lo que implica su nombre. Es caracterstico de unasustancia pura que: presenta composicin fija, no puede separarse por medios fsicos y sutemperatura permanece constante durante el cambio de estado (fusin o ebullicin).

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La sustancia pura se puede dividir en: sustancias puras elemento y sustancias purascompuesto .

En una sustancia pura elemento es caracterstico: que son las sustancias puras mssimples y no se descomponen por medios qumicos. Ej.: Au (oro).En cambio en una sustancia pura compuesto, su caracterstica es que est formado

por 2 ms elementos y pueden descomponerse por medios qumicos. Ejm: NaCl (sal).

Una mezcla est formada por dos o ms sustancias, por ejemplo H 2O mas NaCl. (dossustancias); por lo tanto se caracteriza por: tener composicin variable, pueden separarse pormedios fsicos y su temperatura es variable durante el cambio de estado. La mezcla se puededividir en: mezclas homogneas y mezclas heterogneas .

Las mezclas homogneas (soluciones) estn formados por 2 ms componentes ypresentan una sola fase (Ej: agua potable aire); las mezclas heterogneas estn formadospor dos o ms componentes y presentan 2 ms fases (Ej.: agua y aceite).

Propiedades de la materia.

Cada material (sustancia) tiene un conjunto de propiedades, caractersticas que le dan suidentidad nica. Las propiedades rasgos de las personalidad de las sustancias, se clasifican comofsicas o qumicas.

Propiedades fsicas:

Son aquellas que se pueden determinar sin alterar la identidad de la sustancia (material); puedenser generales y particulares.

Propiedades fsicas generales: Inercia, extensin,

impenetrabilidad,

discontinuidad,

indestructivilidad y divisibilidad. Propiedades fsicas particulares: son las que identifican realmente a la sustancia (huella dactilarde una sustancia en partculas) y son: densidad, dureza, maleabilidad, ductilidad, elasticidad ycalor.

Propiedades qumicas:

Son aquellas que describen el comportamiento de una sustancia en las reacciones qumicas, en lasque se modifican su identidad qumica del material:_________________________________________________________________________

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C3H8 + 5O2

3CO2 + 4H2O + calor

Estados de la Materia.

La materia existe en tres estados fsicos: gaseoso, lquido y slido.

a

ESTADO GASEOSO .

La sustancia en este estado, no tiene volumen definido, ni forma fija y sus partculas semueven entre s de manera independiente, un gas ejerce presin de forma contnua, entodas direcciones, sobre las paredes de cualquier recipiente. Por consiguiente un gas puedecomprimirse a un volumen muy pequeo o expandirse casi en forma indefinida.

i.

Presin baromtrica y manomtrica

Presin: la presin se define como fuerza por unidad de rea P = F/A

Presin baromtrica: La presin atmosfrica (presin de la mezcla de gases en laatmsfera) puede medirse con un barmetro.

Puede construirse un barmetro llenando un tubo de ensayo largo por completocon mercurio e introducir invistiendo el tubo en un recipiente con mercuriotambin, hecho esto, el nivel de mercurio (Hg) descender hasta el punto en el quela presin de la atmsfera detenga el descenso de la columna de mercurio. El pesodel mercurio por unidad de rea es igual a la presin atmosfrica. La presin de laatmsfera soporta la columna de mercurio y la altura de la columna mide la presin(fig. 1).

Vaco

Hg

Presinatmosfrica

760 mmHg anivel del mar

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Fig. 1: preparacin de un barmetro de mercurio (Hg). El tubo lleno de mercurio a laizquierda se invierte y coloca en un recipiente (cuba) con mercurio.

La presin atmosfrica normal o simplemente 1 atmsfera (atm), es la presin queejerce una columna de mercurio de 760 mm de altura a una temperatura de 0C. Lapresin atmosfrica normal, al nivel del mar, es de 1 atm, 760 torr, 760 mmHg.La unidad de presin en el SI en el pascal (Pa), y 1 atm = 1,013 x 10 5 Pa.

La presin atmosfrica disminuye a medida que aumenta la altitud.

Ejercicio de Aplicacin

La presin atmosfrica promedio en cierta ciudad es de 740 mmHg. Calcule estapresin en a) torr y b) atm.

Solucin :

a) 740 mmHg x

1 Torr1 mmHg

740 torr

b) 740 mmHg x

1 Torr760 mmHg

0,974 atm

Presin manomtrica: La presin de un gas confinado en un baln de gas semide mediante un manmetro cuando se abre la vlvula, el gas del baln sale. Elvolumen del baln es constante y la disminucin de la cantidad de gas se traduce enuna cada de presin, que se puede leer en el manmetro, a una determinadatemperatura.

manmetro

vlvula

gas

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ii. Leyes de los gases idealesUn gas ideal (o perfecto) es un gas inexistente que debe cumplir ciertas leyes, que nospuede llevar a comprender el comportamiento de los gases reales, con ciertasdesviaciones positivas o negativas de la idealidad.

Ley de Boyle: Un gas confinado en un recipiente, siempre y cuando latemperatura (T) y el nmero de moles (n) sean constantes, ocupa un volumeninversamente proporcional a la presin.

V

1P

V K

1P

V x P K

k = constante de proporcionalidad

para un proceso de cambios de inicial (1) a final (2).

V1P1 = V2P2 = K

(proceso isotrmico)

A esta ley tambin se conoce como la ley de las isotermas por ser la temperaturaconstante.


Si una masa dada de hidrgeno ocupa 40 litros a 100 torr Qu volumen ocupar a 5atm de presin?

Solucin :

P 700 torr x

1 atm760 torr

0,921 atm

P1 700 torr 0,921 atm

V1 40 L

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8


P2 5 atm

V 2 ?

V 2

V1 x P1P2

V 2

40 L x 0,921 atm5 atm

7,37 L

Ley de Charles: para un gas confinado en un recipiente, siempre y cuando lapresin y el nmero de moles permanezcan constantes, el volumen ocupado porel gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, se cumple que:

V

T V KT

VT

K

Para un proceso de cambios de inicial (1) al final (2)

V1T1

V 2T2

K

(proceso isobrico)


Un gas ideal ocupa un volumen de 1,28 litros a 25C, si aumentamos latemperatura a 50C. Cul es el nuevo volumen si la presin permanececonstante?

Solucin :

T1 = 25 + 275 = 298 K

T2 = 50 + 273 = 223 K

V1T1

V 2T2

V 2

V1 x T2T1

(1, 28 L) ( 223 K )298 K

1,39 L

LeydeGay- Lussac:La presin de una cantidad fija de un gas a volumen constantey nmero de moles constantes, es directamente proporcional a la temperaturaabsoluta.

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P T P KT

PT

K

para el paso del estado inicial (1) al final (2) a volumen constante:

P1T1

P2T2

K

proceso isocrico


Un gas ideal se encuentra en un recipiente cerrado de volumen constante, a lapresin de 2 atmsferas y 75C de temperatura, cul ser su nueva presin si latemperatura baja a 50C?

Solucin :

T1 = 75C + 273 = 348 KP1 = 2 atm

T2 = 50C + 273 = 323 KP2 = ?

P1T1

P2T2

P2 P1 x

T2T1

2atm x

323 K348 K

1,86 atm

Leyde Avogrado: El volumen de un gas confinado en un recipiente, a temperaturay presin constantes, es directamente proporcional el nmero de moles del gas.

V n

V Kn

Vn

K

y para un proceso de cambios de inicial (1) a final (2), tenemos:

V1n1

V2n 2

K

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Si 10 moles de un gas ideal ocupa un volumen de 50 litros cuntos moles de gasencontramos si su nuevo volumen es de 10 litros?. Si la presin y temperatura sonconstantes.Solucin :

V1 = 50 LV2 = 10 L

n 1 = 10 molesn 2 = ?

V1n1

V 2n 2

n 2 n1 x

V 2V1

10 moles x

10 L50 L

2 moles

LeyGeneral del gasideal: La ley general de los gases ideales podemos obtenerlo delas afirmaciones de proporcionalidad que describen los gases ideales:

Ley de Boyle

V

1P

(a T , n constantes)

Ley de CharlesLey de Avogrado

V TV n

(a P, n constantes)(a P, T constantes)

Combinando las tres proporcionalidades obtenemos:

V

1P

. T . n

V R .

1P

. T . n

Esta igualdad se escribe: P V n R T

Donde R. constante universal de los gases idealesR = 0,082 L x atm/mol . K


Suponga que 0,176 moles de un gas ideal ocupan un volumen de 8,64 litros a unapresin de 0,432 atm. cul ser su temperatura en grados celcius?

Solucin :_________________________________________________________________________

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P x V n x R x T T

P x Vn x R

0,432 atm x 8,64 Latm x L(0,176 mol) x 0,082mol x K

258 K

la temperatura en C es: t = 258 273 = - 15C

LeydeDalton delaspresionesparciales:A temperatura y volumen constantes, lapresin total ejercida por una mezcla de gases, es igual a la suma de las presionesindividuales que cada gas ejercera si l solo ocupara todo el volumen. En estaforma ms simple, la presin parciales.PT Pa Pb Pc .......... PiAplicando la ecuacin general de los gases ideales se puede escribir:

Pa

n

a R TV

; Pb

n b R TV

;

Pc

n c R TV

............

PT

Pi (n a nb n c ..... n i )

RTV

PT n i (RT / V )

n t = n a + n b + n c ..+ n i

PT n t (RT / V )

Fraccin molarSi la presin parcial Pi se divide entre la presin total PT, encontraremos que:

PiPT

n i RT / VnT RT / V

n in t

X i ( fraccin molar )

Pi X i PT

presin parcial de un gas

Debemos recordar que xa + xb + xc . + xi = 1


En un recipiente de 10 litros, a la temperatura de 125 C, se colocan 0,450 molesde H2, 0,0313 moles de O2 y 0,0357 moles de N2. Calcule la presin total enatmsferas. (suponga comportamiento ideal).

Solucin :_________________________________________________________________________

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PV n R T P

n R TV

PH 2 n H 2

PO2 nO2

PN 2 n N 2

RTV

RTV

RTV

( 0, 4950 mol ) ( 0, 082 atm x L x K1 x mol1 ) ( 398 K )10 L( 0,0313 mol) ( 0,082 atm x L x K1 x mol1 ) (398 K )10 L( 0,353 mol ) ( 0,082 atm x L x K1 x mol1 ) (398 K )10 L

1,620 atm

0,102 atm

0,117 atm

PT = PH 2 PO2 PN 2= 0,620 atm + 0,102 atm + 0,117 atm = 1,84 atm

iii. Teora cintica molecular (TCM)

Se basa en el movimiento de las partculas, en especial de las molculas gaseosas. Un gasque se comporta exactamente como lo describe la teora de los gases ideales (o gasesperfectos).

Los postulados principales de la TCM son:

1. Los gases se componen de partculas diminutas (submicroscpicos).2. La distancia entre las partculas es grande en comparacin con el tamao de stos.3. Las partculas gaseosas no se atraen entre si.4. Las partculas gaseosas se mueven en lnea recta en todas direcciones, chocandofrecuentemente entre s y con las paredes del recipiente que las contiene.5. No hay prdida de energa por las colisiones entre partculas con las paredes delrecipiente que las contiene. Todos los choques o colisiones son perfectamenteelsticos.6. La energa cintica media de las partculas es igual para todos los gases a la mismatemperatura, y su valor es directamente proporcional a la temperatura kelvin.

iv. Ley de Graham de la difusin

La velocidad de difusin de un gas a travs de otro, es inversamente proporcional a laraz cuadrada de la densidad del gas inversamente proporcional a la raz cuadrada dela masa molar del gasPara los gases Ay B:

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velocidad Avelocidad B

B A

M BM A

Experimentalmente se demuestra que las velocidades de difusin de los gases sondirectamente proporcionales a las distancias recorridas e inversamente proporcionalesa los tiempos de difusin.

v Av B

d Ad B

tt A

M BM A


_Cuando un gas X se difunde a travs del gas metano (CH4) ( M 16 ), se encontrque, la distancia recorrida por el gas metano era de 4 cm. y el gas Xrecorri 2 cm. paraencontrarse con el metano, calcule la masa molar del gas X.

Solucin :_M CH 4 16 g / mol

d CH 4d X

MxM CH 4

Mx

M CH 4 x

d CH 4d X

Mx

16 x

4 cm2 cm

4 x

42

8

Mx 8 2 64 masa molar x = 64 g/mol

b.

ESTADO LQUIDO .

A diferencia de los gases, los lquidos tienen un volumen constante, pero ambos no tienenforma propia.

Las sustancias en el estado lquido, poseen densidades mucho ms grandes, una fuertefriccin interna que se conoce con el nombre de viscosidad y compresibilidades muchomenores que cuando se encuentran al estado gaseoso o vapor.

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14 B


Generalmente los lquidos presentan densidades mucho ms pequeas que las sustancias enel estado slido, pero tienen ms altos calores especficos que estos.

El hecho que una sustancia puede existir en el estado lquido depende de la temperatura. Sila temperatura es suficientemente alta, tal que la energa cintica de las molculas excede ala energa mxima de atraccin entre ellos, el estado lquido es imposible.

i. Evaporacin.

La evaporacin o vaporizacin es el escape de molculas del estado lquido al estadogaseoso o vapor.En la evaporacin, las molculas con mayor energa cintica al promedio escapan dellquido, dejndolo mas fro que antes de salir de l.Algunos slidos, como el yodo, alcanfor, naftalina pasan directamente del estado slidoal gaseoso sin pasar por el estado lquido. Este cambio es una forma de evaporacin y sellama sublimacin.

ii. Presin de Vapor.

En base de la teora anterior, se puede imaginar a la superficie de un lquido como unacapa de molculas cada una de las cuales est ligada a las molculas que se encuentrandebajo, debido a las fuerzas atractivas.

Se puede retirar del conjunto del lquido, a cualquiera de las molculas superficiales,venciendo a las fuerzas atractivas. Esto es posible si se suministra a la molcula enconsideracin una suficiente energa cintica para vencer la energa mxima deatraccin.

Por supuesto, una elevacin de la temperatura hace que aumente la presin de vapor deun lquido y este incremento es exponencial.En el equilibrio, las molculas en estado vapor ejercen presin como cualquier otro gas.La presin que ejerce un vapor en equilibrio con su lquido se conoce como presin devapor del lquido.

Por ejemplo, cuando se colocan por separado volmenes iguales de agua, ter etlico yalcohol etlico en vasos de precipitados y se deja que se evaporen a la mismatemperatura. Observaremos que el ter lo hace con mayor rapidez que el alcohol, el cuala su vez se evapora ms rpido que el agua. Este orden de evaporacin es congruentecon el hecho de que el ter tiene mayor presin de vapor, a cualquier temperatura que elalcohol etlico o el agua. Una razn de su presin de vapor ms elevada, es que laatraccin es menor entre las molculas del ter que entre las de alcohol o de agua.

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iii. Punto de ebullicin

El punto de ebullicin es la temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido esigual a la presin externa sobre el lquido, sabemos que en cuanto ascendemos a mayoraltitud, la presin atmosfrica disminuye, entonces por ejemplo, como el agua hierve a100C a nivel del mar, podemos afirmar que el agua hierve a menor temperatura amayor altitud.

iv. Viscosidad

Se llama viscosidad o frotamiento interno a la resistencia experimentada por unaporcin de lquido cuando se desliza sobre otra.

La viscosidad depende del estado fsico de los cuerpos, pues mientras que en los gases esmuy pequeo en los slidos alcanza su mximo valor. La viscosidad disminuye alaumentar la temperatura.

En cuanto mayor sea la temperatura, disminuye la viscosidad. Generalmente laviscosidad se mide utilizando el viscosmetro de Ostwald para lo cual debemos saber ladensidad ( ) del lquido conocido y del liquido problema, luego medir el tiempo deescurrimiento de los dos lquidos.

n1n 2

1 t1 2 t 2

1. liq. problema

2. liq. de comparacin (conocido)

n1

n 21 t1 2 t 2

(Ecuacin de poiseuille)


Una muestra de trementina, 0,873 g / mL fu medida en un viscosmetro de

Ostwald y se us etanol,

0,789 g / mL como lquido de comparacin. Los

tiempos promedios de escurrimiento de los lquidos a 20C fueron 93,4 segundospara el etanol y 104,6 segundos para la trementina, si la viscosidad del etanol a 20Ces 12 milipoises. Halle la viscosidad de la trementina.

Solucin

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n1

n 21 t1 2 t 2

12 milipoises x 0,873 g / mL x 104,6 s0,789 g / mL x 93,4 s

14,87 milipoises

n trementina 14,87 milipoises

v. Tensin superficial

La tensin superficial es la propiedad que tiene un lquido de arrastrar las molculas desu superficie hacia el centro de l y por ello reduce la superficie a un mnimo. Porejemplo, el mercurio, debido a su gran tensin superficial forma gotitas esfricos sobreun vidrio, pero el agua, cuya tensin superficial es apreciablemente menor que la delmercurio, tiende a derramarse sobre el vidrio. Esta propiedad de un lquido puedeexplicarse por las fuerzas de atraccin intermolecular.

Cuando la temperatura aumenta, la energa cintica de las molculas se incrementa yese aumento de energa tiende a superar las fuerzas de atraccin intermoleculares; porlo tanto, la tensin superficial disminuye. Como Ud. ya sabe, puede lavarse las manoscon mayor eficiencia en agua caliente que en agua fra, en parte debido a la tensinsuperficial menor del agua caliente.

La tensin superficial ( ) de un lquido puede estimarse midiendo la altura a que llegueuna columna lquida en una capilar delgado (fig.). La estimacin se origina en unaecuacin cuya deduccin omitiremos:

490 r h

rh

====

ergios/cm2 = dinas/cmdensidad, g/cm3radio del capilar, cmaltura de la columna, cm

490 = g/2 = cm/s 2

radio

h

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Un hidrocarburo cuya densidad es 0,779 g/cm3 a 20C, fue medido por el ascenso de 8,3cm en un capilar de 0,20 cm de dimetro. Cul ser su tensin superficial?

Solucin 490 r h 490 x 0,779 x 0,10 x 8,3 316,8 dinas / cm

c.

ESTADO SLIDO .

En el estado slido, las fuerzas de atraccin que existen entre las partculas son ms fuertesque en el estado lquido. Estas partculas no tienen la energa suficiente para superar lasfuerzas de atraccin que hay en el estado slido; por lo tanto, se mantienen en una posicinrelativamente fija, una cerca de la otra.

Los slidos se caracterizan por presentar una forma definida, son relativamente rgidos, nofluyen como lo hacen los lquidos y los gases, los slidos conservan sus volmenes al igualque los lquidos, son prcticamente incompresibles, tienen densidades relativamente altas.

i. Tipos de slidos.

Los slidos pueden dividirse convenientemente en amorfos y cristalinos, los cualesdifieren entre s por su estructura.

Un slido cristalino est formado por partculas que estn acomodadas en una formageomtrica definida la cual es diferente para cada slido. Ejemplos de slidos cristalinosson el cloruro de sodio, el diamante y el cuarzo (una forma cristalina de slice, dixidode silicio).

Un slido amorfo est formado por partculas acomodadas en forma irregular y por ellono tienen el orden que se encuentra en los cristales. Ejemplos de slidos amorfos con elvidrio y muchos plsticos, aunque tambin se consideran como lquidos muy viscosos.

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Los slidos amorfos difieren de los cristalinos en la manera en que s funden. El puntotefusin de los slidos cristalinos es exacto, con un estrecho intervalo de temperatura

mientras que al de los slidos amorfos es indefinido en una amplia

gama de

temperaturas.

ii. Tipos de slidos cristalinos.

Los slidos cristalinos estn formados por tomos, iones y molculas. Podemosclasificar a los cristales en cuatro tipos de acuerdo a la clase de partculas que forma elcristal y a las fuerzas que las mantienen juntas.

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Cristales inicos

Los iones positivos y negativos estn sostenidosen la red cristalina por atraccioneselectrostticas. Debido a que las fuerzas sonfuertes, las sustancias inicas tienen puntos defusin elevados. Los cristales inicos son durosy frgiles. El cristal se rompe en pedazos. Loscompuestos inicos son buenos conductores dela electricidad cuando estn fundidos y ensolucin, pero no en el estado cristalino en elque los iones no pueden moverse. Ejemplos:NaCl, BaO, KNO2.

Cristales moleculares

Las molculas ocupan posiciones de rede o reticulado en los cristales de loscompuestos covalentes. Las fuerzas intermoleculares que mantienen las molculasen la estructura cristalina no son tan fuertes como las fuerzas electrostticas quemantienen juntos los cristales inicos. Los cristales moleculares, por consiguiente,son blandos y poseen puntos de fusin bajos.

En general, las sustancias moleculares no conducen la electricidad en el estadoslido o lquido. Ejemplos: H2O , NH2, CH4.

Redes covalentes

En estos cristales, los tomos ocupan posiciones del retculo y estn unidos por unared de enlaces covalentes. Todo el cristal puede considerarse como una molculagigante. Los materiales de este tipo tienen puntos de fusin elevados y sonextremadamente duros. Las redes cristalinas no conducen la electricidad. Eldiamante es un ejemplo de este tipo de cristal, tambin el SiO2.

Cristales metlicos

Los electrones externos de los tomos metlicos estn debidamente retenidos y semueven libremente a travs del cristal metlico. Los iones positivos ocupanposiciones fijas en el cristal. El enlace metlico es fuerte. La mayora de los metalestienen puntos de fusin elevados, altas densidades y estructuras en las cuales losiones positivos estn empacados de manera compacta. La mayora de los cristales

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metlicos pueden deformarse fcilmente, por lo tanto, la mayora son maleables ydctiles, son buenos conductores del calor y la electricidad. Ejemplo: Ag, Au, Fe.

iii. Cambios de fase

Los cambios de fase, o las transformaciones de una forma a otra, ocurre cuando seagrega o se quita energa (en general, en forma de calor). Los cambios de fase soncambios fsicos que se caracterizan por cambios en el orden molecular; las molculas enla fase slida tienen el mayor ordenamiento, y en la fase gaseosa tienen el mayordesorden.

Puntosdefusin: El punto de fusin (punto de congelamiento) es la temperatura ala cual un slido y un lquido existen en equilibrio:

congelacin-T

lquido

+T

slido

fusin

Es la temperatura a la cual la velocidad de fusin de un slido es igual a alvelocidad e congelamiento de su lquido a una presin dada.

El punto de fusin normal de una sustancia es su punto de fusin a una atmsferade presin.

Punto de sublimacin: Algunos slidos como el dixido de carbono y como elyodo, se evaporan a presin atmosfrica sin pasar por el estado lquido, entonces sedice que se subliman.

Los slidos tienen presin de vapor igual que los lquidos aunque, por lo general, suvalor es muy inferior. Los slidos con presin de vapor altos se subliman confacilidad. Los olores caractersticos de slidos que se emplean comnmente en elhogar, como el naftalina (bolas de naftalina) y el para-diclorobenceno (desodorantepara baos), se debe a la sublimacin. El proceso inverso por la cual el vapor ssolidifica sin pasar por la fase lquida, se llama deposicin o sublimacin inversa:

sublimacin-T

slido

gas

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+Tdeposicin

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Ejercicio de Autoevaluacin del Captulo 1

1. De las siguientes sustancias: SO2, Cl2 , CH4 y P4; seale cuales son sustanciaelemento y cuales sustancia compuesto.

2. Si tenemos agua de mar y arena de playa, diga, cul es mezcla homognea y culmezcla heterognea?

3. Las propiedades fsicas de un material, pueden ser generales y particulares,marque (G) para las propiedades fsicas generales y (P) para las propiedades fsicasparticulares.

densidad ( )

, extensin ( )

, inercia ( )

, dureza ( )

4. Un gas ocupa un volumen de 300 mL a 27C. cul ser su volumen cuando latemperatura aumenta hasta 227C, en un proceso isobrico?

5. Se tienen 3 moles de amoniaco (NH3) en un recipiente cuyo volumen es de 36,9 La la temperatura de 27C. Calcule la presin del gas en atmsferas.

6. Una mezcla de gases contiene 4,0 moles de Nen (Ne) 1,0 moles de Argn (Ar) y 2moles de Xenn (Xe). cules sern las presiones parciales de cada uno de losgases, si la presin total es de 2,0 atmsferas a cierta temperatura?

7. En un tubo de difusin de gases hacemos que por un extremo ingrese O2 gaseoso ypor el otro extremo H2 gaseoso cuntas veces mas veloz es el H2 respecto al O2?

Datos: PM O2 32

;

PM H 2 2

8. Dos lquidos A y B tienen presin de vapor a 20C de 12 y 242 mmHgrespectivamente. Decir de cul de estos lquidos sera de esperar tuviera:

a)Las fuerzas de cohesin ms altasb)El punto de ebullicin ms alto.c) La tensin superficial ms alta.d)El mayor calor de vaporizacin

9. Qu altura deber alcanzar el agua en un capilar de dimetro 0,20 cm a 20C si su

tensin superficial es 73 dinas/cm y su densidad

0,998 g/mL?

10. Diga si es falso (F) o verdadero (V) las siguientes afirmaciones:

a)Los slidos amorfos tienen puntos de fusin definidos.b)Los cristales inicos son buenos conductores de la electricidad en estado de fusin._________________________________________________________________________

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c) Los cristales moleculares tienen puntos de fusin elevados.d)Los cristales metlicos son maleables y dctiles.

Respuestas de Autoevaluacin del Captulo 1

1. Sustancias elemento: Cl2 , P4 ; sustancias compuestos: SO2, CH4

2. Mezcla homognea: agua de mar ; mezcla heterognea: arena de playa.

3. densidad (P) ; extensin (G) ; inercia (G) ; dureza (P)

4. 500 mL

5. 2 atm.

6. PNe = 1,142 atm ; PAr = 0,286 atm ; PXe = 0,572 atm.7. V H 2 4 VO2

8. a) El lquido A

b) El lquido A

9. h = 1,49 cm

c) El lquido A

d) El lquido A

10. a) F

b) V

c) F

d) V

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CAPTULO 2

La Energa

Energa es la capacidad de la materia de hacer un trabajo, por ejemplo hay energa cuando selevanta un libro de la mesa, se est haciendo trabajo en contra de una fuerza opositora que es lagravedad. La energa existe en muchas formas; algunas de las mas conocidas son la mecnica,qumica, elctrica, nuclear, radiante o luminosa y trmica.

1.

Clases de Energa

La energa se clasifica en Energa Potencial y Energa Cintica.

Energa Potencial o Energa de Posicin: (E.P)

Es la energa almacenada o energa que un objeto posee debido a su posicin relativa, porejemplo una pelota colocada a 20 metros arriba del suelo tiene ms energa potencial quecuando est a solo 10 metros y puede rebotar ms alto cuando se le deja caer. El agua detrsde un dique representa energa potencial que se puede convertir en trabajo til en forma deenerga elctrica o mecnica.

Energa Cintica o energa de movimiento (E.C)

_________________________________________________________________________

26


Todo cuerpo en movimiento posee energa cintica. Cuando se libera el agua de una represa,su energa potencial se transforma en energa cintica que se utiliza para impulsargeneradores y producir electricidad.

La Energa en qumica, suele expresarse en forma de calor.

Calor: medicin cuantitativa.

El calor es un tipo de energa que ocurre en el momento de la transferencia (transito); antes odespus de la transferencia (trnsito) no hay energa, entonces calor es energa en transitopor ejemplo, si disponemos 2 barrillas de hierro, uno a alta temperatura y otro a bajatemperatura, luego los unimos, entonces, la varilla de temperatura alta, transfiere su calor a lavarilla de temperatura baja (en el momento que hay calor) hasta que las dos varillas tengan lamisma temperatura de equilibrio; es decir antes de unirse las 2 varillas, no haba calor, nitampoco cuando las dos tienen la temperatura en equilibrio.

La cantidad de calor que gana o pierde un sistema se expresa mediante la ecuacin general.

Q m x Ce xT

Donde:

m

= masa de la sustancia (g)= calor especfico de la sustanciaCe(cada sustancia tiene su propio calor especfico)T-33= variacin de la temperatura (Tf-Ti) en CQ-1= calor (J o cal)

1 cal = 4,184 J

As, la cantidad de calor que se necesita para elevar 10C la temperatura de 200g de agua sepuede calcular como sigue:

m x Ce xT Q

4,184 J g C

Cuando hay una transferencia de calor de un cuerpo a alta temperatura a otro de menortemperatura, podemos hacer el siguiente balanceQ ganado Q perdido

_________________________________________________________________________

27200 g x (10 C ) 8,37 x 10 3 J


Aplicando para el caso de las varillas de hierro mencionadas arriba:

_________________________________________________________________________

28


Problema :

Se disponen de 2 varillas de hierro de 200 g de masa cada una. Una de las varillas est a 200C y laotra a 20C, Se pide calcular la T de equilibrio.Dato: CeFe=0,473 J/gC

Solucin:

m1 200 g

m 2 200 g

T1 20 C

=

T2

200 C

Ce1 0,473 J / g C

Ce 2 0,473 J / g C

gana calorla varilla a 20C

Qganado

pierde calorla varilla a 200C

m1 x Ce1 x T1 = - m2 x Ce2 x T2

m1 x Ce1 x (Teq Ti)

= - m2 x Ce2 x (Teq Ti)

Reemplazando datos:

200 g x 0,473 J/gC x (Teq 20) = 200 g x 0,473 J/gC x (200 Teq)

Teq 20 = 200 - TeqTeq + Teq = 200 + 202 Teq = 2202

Teq = 110 C

Ejercicios de Autoevaluacin del Captulo 2

1.

a)b)c)d)e)

Los ejemplos siguientes son de energa potencial o de energa cintica?

Corredores posicionados en la lnea de salidaun arco de flecha tensadouna corriente de aguacuando te frotas las manosel punto ms alto de una oscilacin

_________________________________________________________________________

29= - Qperdido


2. Qu transformaciones de energa es la responsable del ardiente reingreso a la atmsfera deun proyectil espacial?

3. Calcular el calor especfico de un slido en J/gC y cal/gC, si 1638 J hacen que la temperaturade 125 g del slido aumente de 25,0 C a 52,6 C.

4. Tenemos 2 vasos de precipitados con 100 g de agua cada uno, el vaso 1 est a la temperaturade 80C y el vaso 2 est a 20C, luego se mezclan, el vaso 2 sobre el vaso 1, queremos saberCul es la temperatura de equilibrio al final?

Dato: CeH2O = 1 cal/gC


1. a) energa potencialc) energa cintica

e) energa potencial

b) energa potencial

d) energa cintica

2. La transformacin de la energa cintica en energa trmica.

3. Ce = 0,475 J/gC

Ce = 0,114 cal/gC

4. Teq = 50C

_________________________________________________________________________

30


CAPTULO 3

Reacciones Qumicas, Ecuaciones Qumicas yReacciones Nucleares

Reacciones Qumicas

Son los procesos mediante las cuales, una o ms sustancias se convierten en una o massustancias o productos diferentes, donde se puede desprender o absorber energa

Ecuaciones Qumicas

Las ecuaciones qumicas son las representaciones de las reacciones qumicas.Para que una reaccin qumica est perfectamente representada por una ecuacin qumica sedeben cumplir con los siguientes pasos:

a) Determinar cuales son las sustancias iniciales (reactantes) y los resultados (productos oeductos)

_________________________________________________________________________

31


b) Escribir los reactantes en el lado izquierdo de las ecuaciones qumicas y los productos a laderecha

c) Balancear la ecuacin, es decir, deben contener el mismo tipo y nmero de tomos encada miembro; para balancear una ecuacin, deben modificarse los coeficientes, no lossubndices.

d) Se deben indicar los estados de agregacin (g), (l), (s) o (ac)

Zn(s) + H2SO4(ac) H2(g) + ZnSO4(ac)

reaccionantes

productos

i.

Clasificacin de las Reacciones Qumicas

De acuerdo al comportamiento de las sustancias reaccionantes

a) Reaccin de Combinacin o Adicin:

S(s) + O2(g) SO2(g)

b) Reaccin de descomposicin:

2 KClO3(s) + calor 2 KCl(s) + 3 O2(g)

c) Reaccin de simple sustitucin:

Zn(s) + CuSO4(ac) ZnSO4(ac) + Cu(s)

d) Reaccin de doble sustitucin o mettesis: en este caso no hay variacin en el nmero deoxidacin.

+2

-1

+1 +6 -2

+2 +6 -2

+1 -1

BaCl2(s) + H2SO4(ac) BaSO4(s) + 2 HCl(ac)

ii) De acuerdo a la energa involucrada

a) Reacciones Exotrmicas (se desprende calor)

C3H8(g) + 5O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O + calor

b) Reacciones Endotrmicas (se requiere de calor)

_________________________________________________________________________

32


CaCO3(s) + calor CaO(s) + CO2(g)

iii) De acuerdo al sentido de la reaccin

a) reacciones reversibles

N2(g) + 3 H2

2 NH3(g) + calor

b) reacciones irreversibles

Cu(s) + 2 HCl(ac) CuCl2(ac) + H2(g)

iv) De acuerdo al cambio en los nmeros de oxidacin Redox:

ReaccionesRedoxEn este caso existen cambios en los nmeros de oxidacin, en ellas ocurresimultneamente una reduccin y una oxidacin (Redox)

Cu+2 + Zn Cu + Zn+2

BalancedeEcuacionesEs para cumplir en la ley de conservacin de la materia, La materia no se crea ni sedestruye, solo se transforma

Mtodos:

simple inspeccin o tanteonmero de oxidacinIn electrn

a) Simple inspeccin o tanteo:

Es el ms comn, todas las realizadas en los ejemplos anteriores

N2(g) + O2(g) + calor 2 NO(g)

b) Nmero de Oxidacin:

_________________________________________________________________________

33


Se toma como base que:n de electrones perdidos = n de electrones ganados

Por ejemplo para balancear por ste mtodo la reaccin:

FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4Pasos:

1) Colocar las frmulas de los compuestos reaccionantes y productos

FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4

2) Colocar en la parte superior de cada elemento el nmero de oxidacin

Fe+3Cl3-1 + Sn+2 Cl2-1 Fe+2Cl2-1 + Sn+4Cl4-1

3) Ver qu elementos han variado en sus ns de oxidacin

Fe+3 Fe+2Sn+2 Sn+4

4) Separar la ecuacin en dos semireacciones, considerando solo los elementosque se oxidan y los que se reducen

Fe+3 + 1e- Fe+2Sn+2 Sn+4 + 2e-

(reduccin; ganancia de electrones)(oxidacin; prdida de electrones)

5) Igualar el nmero de electrones perdidos y electrones ganados, multiplicandocada semireaccin (anterior) por un coeficiente

2 x (Fe+3 + 1e- Fe+2)1 x (Sn+2 Sn+4 + 2e-)

6) Sumar miembro a miembro las semireacciones, en este momento podemoseliminar los electrones en ambos lados por que van a ser iguales2 x (Fe+3 + 1e- Fe+2)1 x (Sn+2 Sn+4 + 2e-)2 Fe+3 + Sn+2 2 Fe+2 + Sn+4

7) Los coeficientes obtenidos se colocan en la ecuacin propuesta y estarbalanceada, si faltara balancear algn elemento, se hace por tanteo

_________________________________________________________________________

34


2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4

(Ec. Balanceada)

_________________________________________________________________________

35


c) Mtodo del In Electrn:

Se puede dar un medio cido, bsico o neutro; trataremos los que ocurren en mediocido, por ser el ms comn. Por ejemplo: Balancear en medio cido por el mtodo delin electrn la siguiente reaccin:

FeSO4 + HNO3 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + NO + H2O

1)

Descomponer en dos semireacciones inicas, de la siguiente manera:

Fe+2(SO4)-2 + H+1(NO3)-1 + H2+1(SO4)-2 Fe2+3(SO4)3-2 + N+2O-2 + H2+1O-2

Los que cambian son:Fe+2 Fe2+3NO3-1 NO2) Balancear los elementos que no son O2 (oxgeno) ni H2 (hidrgeno)

2 Fe+2 Fe2+3NO3-1 NO

3) Balancear oxgenos agregando H2O en el lado que tiene deficiencia de oxgeno, y alotro lado se completa con tomos de hidrgeno en forma de iones2 Fe+2 Fe2+3NO3+1 NO

4) Se completan las cargas con electrones (se balancean las cargas)

2 Fe+2 Fe2+3 + 2e-NO3 + 4H+ + 3e- NO + 2 H2O

5) Multiplicar ambas semireacciones por coeficientes, de tal manera que el numero deelectrones se igualen

3 x (2Fe+2 Fe+3 + 2e-) oxidacin2 x (NO3 + 4H+ + 3e- NO + 2 H2O) reduccin

6) Se suman las dos semireacciones simplificando cuando sea posible

6 Fe+2 + 2 NO3- + 8 H+ 3 Fe2+3 + 2 NO + 4 H2O

7) La ecuacin balanceada ser:

_________________________________________________________________________

36


6 FeSO4 + 2 HNO3 + 3 H2SO4 3 Fe2(SO4)3 + 2 NO + 4 H2O

-

ReaccionesNucleares

Las reacciones nucleares implican los cambios que ocurren a nivel de los ncleos atmicos, seconocen con el nombre de radiactividad

Radiactividad: Es una propiedad que poseen ciertas sustancias de desintegrarse a travs deemisiones de partculas invisibles llamadas alfa () y beta (), adems de radiaciones gamma ( ). Hay sustancias que tienen esta propiedad y se llaman radiactivas. Por consiguientealgunas sustancias radiactivas emiten 1, 2 o 3 tipos de radiaciones en diferentes cantidades

Partculas alfa (): Causan una ionizacin intensa en los gases y son desviados por camposelctricos y magnticos.Cuando un istopo se desintegra emitiendo una partcula, se transforma en otro elemento,de numero de masa disminuido en 4 y un numero atmico disminuido en 2.

A saber:

42

He

42

Podemos simbolizar la emisin de partculas por:

AZ

X

A 4Z 2

Y

La ecuacin nuclear balanceada sera:

AZ

X

A 4Z 2

Y

42

42

He

Ejemplo:

23892

23490

Th

23892

U

23490

Th

42

He energa

Partculas beta (): La desintegracin implica la desintegracin de un neutrn a travs deun protn que quede en el ncleo y un electrn que se emite

neutrn ( 01 n) protn (11 p) partcula (01 e)

Simbolizando la partcula por:

_________________________________________________________________________

37U


AZ

AZ 1

Y

01

e

01

La ecuacin nuclear balanceada sera:

AZ

X

AZ 1

Y

01

energa

Ejemplo:

13153

I

13154

Xe

13153

I

13154

Xe

01

e

Radiaciones Gamma ( ): No son desviados por campos magnticos ni campos elctricos.

no cambian ni Ani Z,casi siempre acompaa a otra radiacin radiactiva ytiene gran penetracin.

Fisin Nuclear: Ocurre cuando un istopo es bombardeado por un neutrn, produciendootros nuevos istopos. Ejemplo:

23592

U

10

n

14256

Ba

9136

Kr 3

10

n energa

Fusin Nuclear: Ocurre cuando ncleos ligeros se fusionan para formar otros ms pesados.Ejemplo:

21

H

31

H

42

He

10

n energa


1. Aplicando los diferentes criterios de clasificacin de las reacciones, indique el tipo dereaccin que no corresponde con la ecuacin qumica

a)b)c)

2 H2O2(g) 2 H2O(l) + O2(g)NH4NO2 N2(g) + 2 H2O(l)2 NH3(g) + H2SO4(ac) (NH4)2SO4

Reaccin de descomposicinReaccin RedoxReaccin de Desplazamiento

d)

2 SO2(g) + O2

2 SO3(g)

Reaccin Reversible

_________________________________________________________________________

38X00


2. Balancee por el mtodo del nmero de oxidacin la siguiente reaccin:

3. Balancee por el mtodo del in electrn en medio cido la siguiente reaccin:

KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

4. Seale los enunciados correctos sobre las reacciones nucleares

I)II)

Se forman nuevos elementosEn el sol, el proceso nuclear que se desarrolla es la fusin

III) La desintegracin radiactiva ocurre cuando un ncleo inestable se fusionanespontneamente con otro ncleo inestable.

IV)

La energa nuclear se obtiene por fisin de ncleos, la fusin absorbe energa

nuclear.


1. C

3. 2KMnO4 +10FeSO4 + 8H2SO4 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8 H2O

4. I (V)

En las reacciones nucleares pueden formarse nuevos elementos,

fenmeno llamado transmutacin.II (V) En el Sol ocurre la fusin de tomos de hidrgeno para formartomos de HelioIII (F) La radiacin radiactiva se forma cuando un ncleo o partculainestable, se descompone espontneamente en otro ncleo opartcula, emitiendo algn tipo de radiacin en el proceso.IV (F) La energa nuclear se obtiene por fusin o fisin de ncleos.

_________________________________________________________________________

39S(s) + HNO3(ac) H2SO4(ac) + NO2(g) + H2O(l)2. S + 6 HNO3 H2SO4 + 6 NO2 + 2 H2O


CAPTULO 4

Estequiometra

La estequiometria

es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reaccin

qumica.

Independientemente de que las unidades utilizadas para reactivos (o productos) sea moles,gramos, litros (para gases) u otras unidades, se utilizan generalmente moles para calcularcantidad de producto formado en una reaccin.

Este mtodo se llama el mtodo del mol, que significa que los coeficientes estequiomtricos enuna ecuacin qumica se pueden interpretar como el nmero de moles de cada sustancia.

a. Unidades qumicas de cantidad, masa y volumen de las sustancias

-

Unidad qumica de cantidad de sustancia

La unidad qumica de cantidad de sustancia es la mol; que se define de las siguientes maneras,por ejemplo:

_________________________________________________________________________

40


1 mol tomo de O = 6.023 x 10 23 tomos de O = 16g (masa atmica)1 mol molcula CO2 = 6.023 x 10 23 molculas de CO2 = 44g (masa molar)

Si esta en C.N:

P = 1atm

T = 0c= 22,4L CO2 (volumen molar)

Ejercicio de aplicacin:

Cuntos moles de tomos de N hay en una muestra gaseosa quetomos?

Solucin:Por la definicin de mol se tiene:1 mol tomo de N = 6,023 x 1023 tomos de Nx? = 4,63 x 1022 tomos de N

tiene 4,63 x 10 22

x

1 mol tomo de N x 4,63 x 10 22 tomo de N23

0,769 x 101 mol tomo de N

Cul es la masa de 1,0 mol molcula de SO2 ?(Dato: masa molar SO2 = 64 g / mol)

Solucin:1 mol molcula SO2 = 6,023 x 10 23 molcula de SO2 = 64g SO2

-

Unidad qumica de masa

Peso o masa atmica:

Se calcula tomando el promedio de las masas de los isotopos del elemento, para lo cual setoma como base 1/12 de la masa del .Por ejemplo: Hallamos la masa atmica del N = 14,0gHallamos la masa atmica del Cl = 35,5gEstos pesos o masas atmicas se encuentran fcilmente en tablas.

Pesos o masas frmula:

Una frmula describe la composicin atmicos de los compuestos.

_________________________________________________________________________

416,023 x 10tomo de N


Por ejemplo para la frmula del agua, tenemos H2O que nos indica que hay 2 moles de tomosde hidrogeno (H) y 1 mol de tomo de Oxigeno (O) en este compuesto.Tenemos 2 clases de frmula:

Frmula mnima: Que nos muestra la relacin mnima de los tomos que constituyen elcompuesto.

Frmula molecular: Nos muestra la relacin real de tomos que forman en compuesto.

Por ejemplo para el benceno

Formula mnima

CH

Formula molecular C6H6

Pesoo masa frmula: Es la suma de las masas o pesos atmicos de los elementos que participanen la formula, tomando tantas veces como se indica en ella.

Por ejemplo: peso o masa formula del bencenoC6H6 peso o masa formula = 6(12) + 6(1) = 78g/mol

Numero de moles (n):

Se determina por las formulas:

Para elementos:

Para compuestos:

Por ejemplo:

n

n

masamasa atmicamasamasa frmula

Cuntas moles hay en 80g de NaCl?

Dato: masa formula NaCl = 58,5 g/mol

Solucin:

n

80 g NaCl58,5 g NaCl / mol NaCl

1,37 mol NaCl

Composicin porcentual de los compuestos:

Se calcula a partir de la frmula del compuesto. La composicin porcentual en masa es elporcentaje en masa de cada elemento obtenido a partir de sus masas atmicas y de susproporciones atmicas en el compuesto.

_________________________________________________________________________

42


Frecuentemente se determina por anlisis qumico de una muestra.

Por ejemplo:Hallar el % en masa de H y C en el C6H6

C 6 x 12 72H 6 x 1 6

78

% C

% H

7278678

x 100 92,30 % C

x 100 7,70 % C

-

Frmulas estequiomtricas

Cada frmula qumica tiene 3 significados o interpretaciones:1) Un significado cualitativo2) Un significado cuantitativo microscpico3) Un significado cuantitativo macroscpico.

Un mol de unidades frmula numricamente es igual al peso frmula en gramos.Cualitativamente, una frmula representa una sustancia H2O, CO2, etc.Cuantitativamente nos indica la relacin de moles de tomos de cada elemento en la

frmula:Por ejemplo: K2SO4 K : S : O = 2 : 1 : 4

Ejemplo:La frmula molecular de la cafena es C8H10O2N4.Si tomamos una muestra que contiene 0,150 moles de molculas de cafena Cuntos molesde tomos de C, H, O y N hay?

Solucin:En 0,150 moles de molculas de C8H10O2N4 hay:

0,150 moles de molculas de C8 H 10 O2 N 4 x

1,20 moles de tomos de C


8 moles de tomos de C1 mol de molculas de C8 H 10 O2 N 4

10 moles de tomos de H1 mol de molculas de C8 H 10 O2 N 4

_________________________________________________________________________

43


1,50 moles de tomos de H


0,3 moles de tomos de O


0,6 moles de tomos de N

2 moles de tomos de O1 mol de molculas de C8 H 10 O2 N 4

4 moles de tomos de N1 mol de molculas de C8 H 10 O2 N 4

Conocer la composicin porcentual de una muestra (anlisis elemental de una muestra),

es la base fundamental para poder obtener los diferentes tipos o clases de frmulas:frmula mnima o emprica y la frmula molecular de una muestra problema.

Frmula mnima o emprica:

Ejemplo:Cul es la frmula mnima o emprica de un compuesto cuya composicin porcentual es:19,8% de C; 2,5% de H; 66,1% de O y 11,6% de N? Datos: P.A.: H = 1, N = 14, O = 16, C = 12.

Solucin: Base de clculo 100 g

A partir de sta cantidad (base) calculamos cuntos gramos de C, H, O y N se encuentran enesa cantidad.

Por lo tanto tenemos: 19,8 g de C; 2,5 g de H; 66,1 g de O y 11,6 g de N.Ahora debemos encontrar el nmero de moles de cada clase de tomo. Como sabemos que 1mol de c/u tiene una masa numricamente igual a su peso o masa atmica, expresada engramos, tenemos que:

19,8 g C x

2,5 g H x

66,1 g O x

11,6 g N x

1 mol de tomos de C12 g C

1 mol de tomos de H1 g C

1 mol de tomos de O16 g O

1 mol de tomos de N12 g N

1,65 moles de tomos de C

2,5 moles de tomos de H

4,13 moles de tomos de O

0,829 moles de tomos de N

_________________________________________________________________________

44


Las razones expresan dos nmeros relativos de moles de tomos de cada elemento y puedenescribirse como C1,65H2,5O4,13N0,829.Como debe ser un entero entonces se divide cada nmero por el ms pequeo de ellos:

1,650,829

1,99 ;

2,50,829

3,00 ;

4,130,829

4,98

y

0,8290,829

1,00

Los decimales se puede redondear, dando finalmente la frmula mnima o emprica:C2H3O5N

Nitrato de peroxiacetilo (NPA), que juega un papel importante en la formacin del smogfotoqumico

Frmula molecular:Para hallar la frmula molecular, se debe conocer la frmula emprica la composicinporcentual, pero, la informacin ms importante que debemos conocer es el peso o masamolecular.

Ejemplo 1:El peso o masa molecular del etano, determinado experimentalmente es 30 g/mol y sufrmula emprica o mnima es CH3. Halle su frmula molecular.

Solucin:En este caso, en primer lugar debemos saber el peso o masa de la frmula mnima o emprica;que se calcula como sabemos:C 1 x 12 12 g / molH 31 x 1 3 g / mol

peso frmula mnima 15 g / mol

Luego hallamos un coeficiente n , as:

n

peso frmula masa molecular de la frmula molecularpeso frmula masa molecular de la frmula mnima

n

30 g / mol15 g / mol

2

Por tanto:

_________________________________________________________________________

45


frmula molecular n ( frmula emprica)frmula molecular 2 (CH 3 ) C 2 H 6

Ejemplo 2:El peso o masa molecular o peso frmula de una muestra es 88 g/mol, si su composicinporcentual es: 54,5% de C ; 9,15% de H y 36,3% de O.Cul es su frmula molecular?

Solucin:En primer lugar debemos hallar la frmula mnima, de acuerdo a lo descrito en (a) (ejemplo defrmula emprica).Base de clculo: 100 g

C 54,5 % 54,50 gH 9,15 % 9,15 gO 36,3 % 36,30 g

Hallando moles de tomos de c/u:

54,50 g C x

9,15 g H x

36,30 g O x

1 mol tomo C12 g C1 mol tomo H1 g H1 mol tomo O16 g O

4,54 mol t. C

9,15 mol t. H

2,27 mol t.O

Dividiendo entre el menor y redondeando:

4,542,27

2 ;

9,152,27

4 ;

2, 272,27

1

Por lo tanto la frmula emprica ser:

C2H4O

Ahora hallamos el peso frmula de la frmula emprica:C 2 x 12 24 g / mol

H 4 x 1

4 g / mol

O 1 x 16 16 g / mol

Peso frmula emprica 44 g / mol

_________________________________________________________________________

46


n

88 g / mol44 g / mol

2

Entonces:frmula molecular 2 (C 2 H 4 O)

C 4 H 8O2

Dioxano

_________________________________________________________________________

47


-

Unidad qumica de volumen

Volumen molar:Todo gas ideal que se encuentra a condiciones normales (C.N) a la temperatura de 0c (273K)y una atmosfera de presin (760 mmHg) ocupa 22,4 Litros.

Por ejemplo:Qu volumen en condiciones normales ocupan 32g de CH4 (gas metano)?

Solucin:Masa formula del CH4 = 16g/mol

32 g CH 4 x

1 mol CH 416 g CH 4

x

22, 4 L CH 41mol CH 4

44,8 L CH 4

b. Clculos estequiomtricos

Para realizar clculos estequiomtricos en las reacciones qumicas se siguen los siguientespasos:

i.

Escribir la ecuacin qumica balanceada

ii. Colocar los datos estequiomtricos debajo de la ecuacin (en moles, gramos o litros)(D.E)iii. Colocar a continuacin debajo del ilos datos y preguntas del problema y (D:P)iv. Finalmente se realizan las operaciones.

Ejercicios de aplicacin:

Qu masa de oxigeno gaseoso se producir a partir de la descomposicin trmica de1,226g de KClO3?Dato: peso formula del KClO3 = 122,6 g/mol

Solucin:

i.ii.

D.E 2 mol x 122,6 g/mol 3mol x 32g/mol

iii.

D.P

1,226g

m?

iv.

m

1, 226 g KClO3 x 3 x 32 g O22 x 122,6 g KClO3

0,48 g O2

_________________________________________________________________________

482KClO3 2KCl (s) + 3O2 (g)


Qu volumen de Oxigeno gaseoso y seco, medido a C.N, se producir a partir ladescomposicin trmica de 1,226g de KClO3 ?

Solucin:D.E 2 mol x 122,6 g/mol 3mol x 22,4 L/mol

D.P

1,226 g

V?

V

1, 226 g KClO3 x 3 x 22, 4 L O22 x 122,6 g KClO3

0,336 L O2

c. Reactivo Limitante

El reactivo limitante es la sustancia reactante que est en menor proporcin, por tanto setermina primero haciendo que la reaccin termine, quedando entonces reactantes en exceso.

Hagamos un problema para explicar el mtodo:

Considere la siguiente reaccin:

Si reaccionan 28,6g de CH4 con 57,6g de O2a) Cul es el reactivo Limitante?b) Calcular los gramos de CO2 que se producenc) Calcule la cantidad en moles de reactivo en exceso que queda al final de la reaccin.

Solucin:

Balancear:

Hallar las moles iniciales:

moles de CH 4 28,6 g CH 4 x

1mol CH 416 g CH 4

1,79 mol CH 4

moles de O2

57,6 g O2 x

1mol O232 g O2

1,8 mol O2

_________________________________________________________________________

492 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3O2(g)CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + H2O(g)CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g)


Hallar las moles reaccionantes finales (de acuerdo a la EC. Balanceada)

1,79 mol de CH 4 x

1mol CO21mol CH 4

1,79 mol CO2

1,8 mol de O2 x

1 mol CO22 mol O2

0,9 mol CO2 (R. L.)

Como 0,9 mol de CO2 es menor, entonces el reactivo limitante es el O2 y el CH4 queda enexceso.

a) Reactivo limitante es el O2

b) 0,9 mol CO2 x

44 g CO21mol CO2

39,6 g CO2

c) Reactivo en exceso:

R.E. 1,79 mol CH 4 1,8 mol O2 x

1mol CH 41 mol O2

1,79 mol CH 4 0,9 mol CH 4R.E. 0,89 mol CH 4d. Pureza de un ReactivoMuchas veces los reactantes en una reaccin contienen reactivos impuros (o contaminados),por consiguiente es necesario calcular el contenido real del reactante que participa en lareaccin.

Por ejemplo:Cuando se descomponen trmicamente 400 g de una muestra que contiene 70% de CaCO3.Calcular los gramos de CaO (cal) que se obtienen:

La ecuacin balanceada es:CaCO3 CaO CO2

Datos: P.A: Ca = 40 ; C = 12 ; O = 16

Solucin:Calculamos primero la cantidad real de CaCO3 en la muestra.

400 g de muestra x

70 g de CaCO3100 g de muestra

280 g CaCO3

Por la ec. balanceada:

CaCO3 CaO CO2

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D.E.:

1 mol x

100 gmol

1mol x

56 gmol

D.P.:

280 g

gramos ?

gramos CaO

280 g CaCO3 x 56 g CaO100 g CaCO3

140 g CaO

e. Rendimiento de una Reaccin

Se define como:

% Re n dim iento

Re n dim iento realRe n dim iento terico

x 100

Ejemplo:Si en realidad se produce 30g de CO2 en la reaccin del problema anterior. Cul ser elporcentaje de rendimiento?

Solucin:Rendimiento Terico: 39,6g CO2 (calculando en b)Rendimiento Real: 30g CO2 (en la prctica)

% Re n dim iento

30 g39,6 g

x 100 75,8 %


1. Cuntos moles de tomos de cobalto hay en 6,00 x 10 9 (6000 millones) de tomos deCo?

2. Cuntos tomos estn presentes en 3,14g de cobre (Cu)?

3. Calcule la masa molecular de cada una de las siguientes sustancias: K2SO4, SO3

4. Cuntos gramos de azufre (S) se necesitan para reaccionar completamente con 246g demercurio (Hg) para formar HgS?

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5. Con frecuencia se agrega fluoruro de estao II (SnF2) a los dentfricos como uningrediente para evitar las caries. Cul es la masa de flor (F) en gramos que existe en24,6g de este compuesto?

6. El tetra cloruro de silicio (SiCl4) se puede preparar por calentamiento de Si en clorogaseoso: Si(s) + 2Cl(g) SiCl4. Si en la reaccin se produce 0,507 moles de SiCl4 Cuntasmoles de cloro molecular se utilizan en la reaccin?

7. Si se tienen 4,3 x 10 -2 moles de unidades frmula de Li2CO3 Cuntos moles de tomosde Li, C y O hay?

8. Una muestra tiene la siguiente composicin porcentual: 60,1% de K; 18,4% de C ; y21,5% de N. Halle la frmula emprica de la muestra.

9. El glutamiento monosdico (MSG) tiene la siguiente composicin porcentual en masa:35,51% de C; 4,77% de H; 37,85% de O; 8,29% de N y 13,60% de Na. Si su masamolecular es 169. Halle su frmula molecular.

10. Si una muestra de 800 g de mineral de hematina (Fe2O3) que contiene 80% en masa deFe2O3, se trata de acuerdo a la siguiente reaccin qumica:2Fe2 O3 C 4Fe 3CO2Se quiere saber Cuntos gramos de Fe se obtendrn?

11. Considere la reaccin

MnO2 4 HCl MnCl 2 Cl 2 2H 2 O

Si reaccionan 0,86 moles de MnO2 y 48,2g de HCl, Cul de los reactivos se consumirprimero? Cuntos gramos de Cl2 se produce?

12. La preparacin industrial del etilen glicol, que se utiliza como anticongelante para losautomviles y en la preparacin de fibra de polister.C 2 H 4 O H 2 O C 2 H 6 O2

Si se dejan reaccionar 165 g de xido de etileno con 75g de agua,Calcule:a) El rendimiento terico del etilen glicol en gramosb) La cantidad de moles de reactivo en exceso que quedac) El porcentaje de rendimiento, si en realidad se obtienen 215g de etilen glicol.

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13. Una muestra de 28 g de cinc se deja reaccionar con 75 g de H2SO4. Calcular:a) El volumen de hidrgeno en litros a C.N. que se producirn.b) La cantidad de moles de reactivo en exceso que quedan al final de la reaccin.c) El % de Rendimiento, si prcticamente se obtienen 9 litros de H2 a C.N.


1. 9,9 x10-15 mol tomo Co.

2. 2,98 x 1022 tomos de Cu.

3. 174 , 80

4. 39,3 g de S.

4. 5,95 g de F.

5. 1,014 mol de Cl2

6. 8,6 x 10-2 moles de tomos de Li4,3 x 10-2 moles de tomos de C12,9 x 10-2 moles de tomos de O

7. KCN

8. C5H8O4N Na

9. 448 g de Fe

10. R.L : HCl ; 23,44g Cl2

11. a) 232,5g C2H6O2b) 0,42 molc) 92,5%

12. Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2a) 9,63 LH 2 a condiciones normales (C.N.)

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b) 0,34 mol de H2SO4c) % Rend. = 93,46%

Nota: los pesos masas atmicas buscar en la tabla peridica.

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