INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE CALKINI EN EL ESTADO DE CAMPECHE

INGENIERIA INDUSTRIAL

QUIMICA

UNIDAD IV

ESTADO LÍQUIDO, SOLUCIONES, SUSPENSIONES Y COLOIDES.

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AUTOR: QFB JAVIER MOLINA CHABLE

PRESENTACIÓN

El material de autoaprendizaje que ahora tienes va dirigido a toda aquella persona que desee tener nociones mínimas suficientes, acerca del los siguientes tópicos: clasificación, propiedades y características del estado líquido; parámetros de solubilidad, propiedades coligativas y manera de expresar la concentración de soluciones; características de suspensiones y coloides y por último estequiometría en soluciones.

Es un producto que surge ante la invitación por parte de la dirección de la institución, ante la necesidad de contar con materiales de este tipo que faciliten el aprendizaje de los alumnos, aún que los alumnos no asistan a un curso formal de manera presencial a la escuela.

Esta diseñado con la finalidad de que hagas uso de el en el momento que desees y con las instrucciones necesarias para su uso. Si cumple lo antes mencionada el esfuerzo hecho en su elaboración se vera de alguna forma recompensado.

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INDICE DE CONTENIDO

PÁGINA

PRESENTACION 2

OBJETIVOS GENERALES DE LA UNIDAD 5

INSTRUCCIONES GENERALES 6

CONTENIDOTEMAS SUBTEMAS

4.1 Estado líquido

4.2 Soluciones

4.3 Suspensiones y coloides

4.1.1 Clasificación 4.1.2 Propiedades conductivas 4.1.3 Clasificación de moléculas 4.1.4 Clasificación de disolventes 4.1.5 Propiedades físicas de un líquido molecular como disolvente 4.1.6 Tensión superficial y viscosidad de los líquidos

4.2.1 Parámetros de solubilidad 4.2.2 Modo de expresar las concentraciones: Concentración en peso, fracción molar, molaridad, molalidad, normalidad. 4.2.3 Propiedades coligativas.

4.3.1 Suspensiones 4.3.2 Obtención de coloides 4.3.3 Coloides liofilicos y liofobos4.3.4 Tixotropía

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4.4 Estequiometria en soluciones acuosas

4.4.1 Ácido-Base (conceptos y cálculos) 4.4.2 oxido-reducción (conceptos y cálculo

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EVALUACIÓN 49

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OBJETIVOS GENERALES DE LA UNIDAD TEMATICA

OBJETIVO GENERAL DE LA UNIDAD 4

Al finalizar la unidad el alumno será capaz de identificar los diferentes tipos de dispersiones, así como las propiedades de los líquidos en su papel de disolventes, también efectuar cálculos para preparar soluciones y cálculos estequiométricos en reacciones que lo impliquen.

OBJETIVOS POR TEMA

Tema 4.1 Estado líquido.

Al término de este tema el alumno será capaz de identificar las propiedades de los líquidos en su papel de disolventes, así como mencionar la clasificación de ellos de acuerdo a sus propiedades conductivas, moleculares y como disolventes.

Tema 4.2 Soluciones

Al término de este tema el alumno distinguirá entre los parámetros que afectan la solubilidad de las sustancias; distinguirá entre las propiedades de un líquido puro y una disolución; y será capaz de efectuar cálculos para preparar soluciones con determinada concentración.

Tema 4.3 Suspensiones y coloides. Al finalizar el tema el alumno será capaz de identificar los diferentes tipos de dispersiones: suspensiones, coloides y disoluciones.

Tema 4.4 Estequiometría en soluciones acuosas Al término de este tema el alumno realizará cálculos estequiométricos en reacciones de neutralización y Redox que se llevan a cabo en soluciones acuosas.

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INSTRUCCIONES GENERALES PARA EL USO DEL PAQUETE DIDACTICO

El presente material ha sido elaborado para un aprendizaje autodidacta del alumno para ello debe seguir las siguientes instrucciones:

1.- Consultar el índice de contenido de la unidad temática: en el encontrará todos los temas y subtemas de que consta el material.

2.- Consultar los objetivos generales que corresponden a cada tema: en este caso existen 4 temas que corresponden a los del índice de contenido, en este apartado se especifica lo que realmente debes de aprender por cada tema.

3.- A continuación, una vez que el alumno conoce los objetivos, para su logro deberá consultar el desarrollo de los temas integrantes de la unidad, que se encuentran en el siguiente apartado, estudiarlos detenidamente y hacer un análisis crítico de los contenidos para poder alcanzar los objetivos trazados. En caso de desconocer algún término consulta un diccionario o un glosario de algún libro de la asignatura.

El material esta dividido en temas con sus correspondientes contenidos bajo la forma de subtemas, estos últimos están directamente apegados a los objetivos a alcanzar, pues proporcionan al alumno los conocimientos que debe de asimilar para poder cumplir con éxito la meta final del curso.

4.- Conforme vaya estudiando, debe ir realizando las actividades y/o ejercicios que se te piden por subtema. Al finalizar cada tema se te proporciona una evaluación de cinco reactivos, resuélvelo y si tienes problemas para contestar alguno de ellos, repase de nuevo el o los subtemas que no domina.

5.- Al final de la unidad temática se te evaluará de dos maneras. La primera consiste en un producto de investigación documental, que consiste en algún(os) tema(s), que se resugiere vayas haciendo con tiempo, el formato será el que el instituto a estandarizado para ello y las calificaciones para cada componente del trabajo se te da a conocer. La segunda consiste en un exámen de diez reactivos de opción múltiple que te servirá para comprobar si realmente domina la unidad temática.

6.- Si la auto evaluación es exitosa, usted ya esta preparado para continuar el estudio de la siguiente unidad temática ¡felicidades!

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En caso contrario repase de nuevo los temas que no domina intentando alcanzar el objetivo marcado, repita esto tantas veces como sea necesario.

DESARROLLO DE LOS TEMAS INTEGRANTES DE LA UNIDAD TEMATICA

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4.1 Estado líquido.

INSTRUCCIONES1.- Estudia detenidamente los contenidos de cada subtema que conforman este tema.2.- Realiza las actividades y/o ejercicios que se te piden.3.- Resuelve la evaluación del tema y si tienes problemas para contestar alguno de ellos, repase de nuevo el o los subtemas que no domina.

OBJETIVOSAl término de este tema el alumno será capaz de:1.- Identificar las propiedades de los líquidos en su papel de disolventes2.- Mencionar la clasificación de solventes de acuerdo a sus propiedades conductivas, moleculares y como disolventes propiamente dichos.3.- Describir la tensión superficial y la viscosidad de los líquidos.

DESARROLLO DEL TEMA

4.1.1 Clasificación

CLASIFICACIÓN DE LÍQUIDOS

Entre los líquidos existen algunos tipos que se disuelven en otros: son los denominados líquidos miscibles. Los que no lo hacen se llaman no miscible

Líquidos no polares .-Los líquidos no polares presentan un fenómeno que se conoce como recombinación inicial o germinal. Este fenómeno consiste en que, debido a la alta densidad del medio, los electrones ionizados por la radiación se termalizan a una distancia corta, a la cual todavía permanecen ligados a la molécula madre por la interacción electromagnética.Uno de los líquidos no polares mas usados es el isooctano.

Líquidos polar .- El agua es un líquido polar. Esto significa que el átomo de oxígeno en una molécula de agua atrae a los electrones de los átomos de hidrógeno, de forma que estos desarrollan cargas parciales positivas. El átomo de oxígeno crea una carga parcial negativa, gracias a la cual puede atraer átomos de otras moléculas de agua y formar puentes de hidrógeno.

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4.1.2 propiedades conductivas

Electrolitos y no electrolitos:

Las sustancias como los ácidos, las bases y las sales que en disolución tienen la propiedad de ser conductoras de la corriente eléctrica, reciben el nombre de electrolitos, las de mas sustancias se consideran como no electrolitos.

DISOCIACIÓN ELECTROLITICA (TEORIA DE ARRHENIUS)

Aunque inicialmente tuvo poca aceptación, a sido de gran utilidad en la química moderna al constituir la base teórica del comportamiento de los electrolitos en el desarrollo de la electroquímica la teoría de la disolución electrolítica se funda en los siguientes puntos

Los electrolitos, en disolución o fundidos, se disocian parcialmente, en iones cargados eléctricamente haciendo que la carga parcial de los positivos sea igual a la carga total de los negativos.

La carga de los iones, de un átomo que forman los radicales de los electrolitos, es igual a su valencia. Es negativa (aniones) para los no metales y positiva (cationes) para los metales.

Los iones actúan independientemente unos a otros así como de las moléculas no disociadas y constituyen partículas distintas con propiedades químicas y físicas características.

La disociación de un electrolito es un proceso reversibles ya que en los iones originados se unen a su vez para formar de nuevo las moléculas del correspondiente compuesto

COEFICIENTE DE DISOLUCIÓN ELECTROLÍTICA:

El coeficiente de disolución electrolítica dé un electrolito en disolución es la relación entre el numero de moléculas disociadas y el numero total de moléculas disueltas. El valor del mismo es siempre menor que 1 y varia de un electrolito a otro siendo mayor cuando la disolución aumenta. Así los ácidos y bases fuertes tienen iones muy asociados mientras que la solución del los ácidos y bases débiles contienen una mayoría de moléculas no disociadas.

4.1.3 Clasificación de moléculas

Clasificación de sustancias. De una manera muy gruesa, todas las sustancias se pueden clasificar en cuatro grandes categorías:

Sustancias Metálicas (M). Conducen la electricidad en estado líquido y en estado sólido. Están constituidas por enormes entramados de tamaño indefinido llamados redes metálicas.

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Sustancias Iónicas (I). Conducen la electricidad en estado líquido y en solución acuosa pero no en estado sólido. Están constituidas por enormes entramados de tamaño indefinido llamados redes iónicas.

Sustancias Covalentes No Moleculares (CNM). No conducen la electricidad ni en estado líquido, ni en estado sólido ni en solución acuosa. Tienen puntos de fusión muy elevados. Están constituidas por enormes entramados de tamaño indefinido llamados redes covalentes.    

  

Sustancias Covalentes Moleculares (CM). No conducen la electricidad ni en estado líquido, ni en estado sólido ni en solución acuosa. Tienen bajos puntos de fusión. Consisten de átomos o moléculas estables interactuando —si acaso— muy débilmente entre sí

    

      

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4.1.4 Clasificación de disolventes

Los disolventes son uno de los grupos de productos químicos industriales de mayor uso, producidos y utilizados en grandes cantidades bajo una gran variedad de denominaciones comerciales y químicas en casi todas las industrias.La mayoría son inflamables y prenden fuego fácilmente. Son muy volátiles pudiendo formar con gran rapidez una mezcla explosiva aire/vapor del disolvente.Algunos disolventes pueden ser sumamente peligrosos para la salud y hasta mortales si se utilizan sin las precauciones adecuadas.El conocimiento de los riesgos constituye la mejor prevención y protección del trabajador contra esos riesgos.

DEFINICIÓN DE DISOLVENTE

Sustancia que es capaz de destruir la agregación de las moléculas de un cuerpo soluble. Una acepción más amplia de la palabra es aquel componente que se halla en mayor proporción en una mezcla homogénea.

Compuesto o mezcla líquida de compuestos químicos capaz de disolver otras sustancia de utilización industrial.

CLASIFICACIÓN GENERAL

Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos. Normalmente sólo se consideran como tales a los que en condiciones normales de presión y temperatura se presentan en estado líquido.

EN LOS DISOLVENTES LÍQUIDOS DISTINGUIMOS:

Acuosos: usados para disolver sustancias polares. Sus propiedades físicas son las mismas del H2O y las químicas dependen de las sustancias que contengan.

Orgánicos: sustancias químicas, o mezcla de las mismas, que son capaces de disolver sustancias no hidrosolubles y que por sus propiedades disolventes tienen múltiples aplicaciones en diversas tecnologías industriales-laborables. Los incluidos en este grupo son los considerados propiamente como disolventes.

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UTILIZACIÓN

Aplicaciones múltiples:Para limpiar, quitar la suciedad de superficies metálicas, procesos de extracción selectiva (lubricantes, grasas y productos medicinales de semillas, etc.). Como vehículo para la aplicación de determinados productos tales como pinturas, lacas, barnices, etc.

Aplicaciones específicas:Medio de reacción en síntesis química. Plaguicidas

¿EN QUÉ INDUSTRIAS SE UTILIZAN?

Los disolventes se pueden encontrar en casi todos los sectores industriales, como ejemplo se pueden citar:Refinerías de petróleo Industria de los plásticos Industria textil Industria química y farmacéutica Imprentas Tintorerías Industria de la madera Industria del caucho Industria del calzado Formulación de pinturas, lacas y barnices. Entre los riesgos industriales de exposición a agentes químicos, los disolventes se sitúan entre los más frecuentes.

CLASIFICACION DE LOS DISOLVENTES

HIDROCARBUROS ALIFÁTICOS:

Pentano, Hexano, Heptano, Otros hidrocarburos saturados

HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS:

CiclohexanoTerpenos (trementina)Pinenos

HIDROCARBUROS AROMÁTICOS:

BencenoToluenoXilenosEtilbenceno

HIDROCARBUROS HALOGENADOS:

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Tetracloruro de carbonoCloroformoCloruro de metilenoTricloroetilenoPercloroetileno

ALCOHOLES:

Alcohol metílicoAlcohol etílicoAlcohol isopropílico

GLICOLES:

EtilenglicolPropilenglicol

ÉTERES:

Éter etílicoÉter isopropílicoDioxano

ÉTERES DE GLICOLES:

Éter monoetílico de etilenglicol (cellosolve)Éter monometílico de etilenglicol (metilcellosolve)

ÉSTERES:

Acetato de etiloAcetato de metilo

CETONAS:

AcetonaMetil etil cetona

Existen, por otra parte, mezclas complejas de disolventes que por su composición muy variable no se encuadran en las familias anteriormente indicadas y que son de uso frecuente en la industria:

Disolvente stoddarGasolinaWhite spiritNaftas

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4.1.5 Propiedades físicas de un líquido molecular como disolvente

Propiedades físicas del agua

Es un líquido incoloro, inodoro e insípido.

Se transforma fácilmente en los tres estados de agregación (sólido,

líquido y gaseoso).

A 100º C se produce su ebullición en condiciones normales de presión

(es decir, al nivel del mar a 760 mm de Hg).

Se solidifica a 0º C en forma de hielo.

Es un compuesto con elevada capacidad calorífica, esto es, requiere

mucho calor para elevar su temperatura.

A 4º C adquiere su mayor densidad, que se considera con valor de 1 (es

la base para la densidad). Si su temperatura baja a partir de 4º C su

densidad se eleva, pues la solubilidad decrece inversamente con la

densidad; ésta es la razón por la que el hielo flota, pues ocupa más

volumen.

Es el disolvente universal por excelencia; todos los gases, así como

numerosos sólidos y líquidos se disuelven en ella.

En estado químicamente puro, es mala conductora del calor y la

electricidad.

Su densidad y fluidez permiten que su energía potencial, al ser

almacenada en presas, se aproveche en las caídas de agua para

producir energía eléctrica.

El agua químicamente pura es un líquido inodoro e insípido; incoloro y

transparente en capas de poco espesor. Las propiedades físicas del agua se

atribuyen principalmente a los enlaces por puente de hidrógeno, los cuales se

presentan en mayor número en el agua sólida, en la red cristalina cada átomo

de la molécula de agua está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos de

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hidrógeno de otras tantas moléculas de agua y así sucesivamente es como se

conforma su estructura. Cuando el agua sólida (hielo) se funde la estructura

tetraédrica se destruye y la densidad del agua líquida es mayor que la del agua

sólida debido a que sus moléculas quedan más cerca entre sí, pero sigue

habiendo enlaces por puente de hidrógeno entre las moléculas del agua

líquida.

4.1.6 Tensión superficial y viscosidad de los líquidos

La viscosidad de los líquidos

No todos los líquidos son iguales. Algunos son aguados y fluyen fácilmente. Otros son espesos y pegajosos. La miel y el jarabe de maíz fluyen más lentamente que el agua. La resistencia que ofrece un líquido a fluir se conoce como viscosidad.

La viscosidad es una propiedad importante de los fluidos de perforación. Entra más viscoso sea un fluido, más fácilmente podrá mantener los recortes en suspensión para luego traerlos a la superficie. Pero, por otra parte, se requiere mayor presión para bombear fluidos muy viscosos y posteriormente, resulta más difícil lavar los recortes.

Una manera de probar la viscosidad de un líquido consiste en echar un objeto dentro del mismo y observar cuánto demora en hundirse.

TENSIÓN SUPERFICIAL

Las fuerzas de atracción y de repulsión intermolecular afectan a propiedades de la materia como el punto de ebullición, de fusión, el calor de vaporización y la tensión superficial.         Dentro de un líquido, alrededor de una molécula actúan atracciones simétricas pero en la superficie, una molécula se encuentra sólo parcialmente rodeada por moléculas y en consecuencia es atraída hacia adentro del líquido por las moléculas que la rodean. Esta fuerza de atracción tiende a arrastrar a las moléculas de la superficie hacia el interior del líquido (tensión superficial), y al hacerlo el líquido se comporta como si estuviera rodeado por una membrana invisible.         La tensión superficial es responsable de la resistencia que un líquido presenta a la penetración de su superficie, de la tendencia a la forma esférica de las gotas de un líquido, del ascenso de los líquidos en los tubos capilares y

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de la flotación de objetos u organismos en la superficie de los líquidos.         Termodinámicamente la tensión superficial es un fenómeno de superficie y es la tendencia de un líquido a disminuir su superficie hasta que su energía de superficie potencial es mínima, condición necesaria para que el equilibrio sea estable. Como la esfera presenta un área mínima para un volumen dado, entonces por la acción de la tensión superficial, la tendencia de una porción de un líquido lleva a formar una esfera o a que se produzca una superficie curva o menisco cuando está en contacto un líquido con un recipiente.        A la fuerza que actúa por centímetro de longitud de una película que se extiende se le llama tensión superficial del líquido, la cual actúa como una fuerza que se opone al aumento de área del líquido. La tensión superficial es numéricamente igual a la proporción de aumento de la energía superficial con el área y se mide en erg/cm2 o en dinas/cm. La energía superficial por centímetro cuadrado se representa con la letra griega gamma (γ)TENSIÓN SUPERFICIAL DE ALGUNOS LÍQUIDOS (a 20ºC)

Nombre del líquido

en dinas/cm

nombre del líquido

en dinas/cm

Acetona 23.7Éter etílico

17.01

Benceno 28.85n-Hexano

18.43

Tetracloruro de carbono

26.95 Metanol 22.61

Acetato de etilo

23.9 Tolueno 28.5

Alcohol etílico

22.75 Agua 72.75

      Los valores de la tensión superficial mostraron que las moléculas superficiales tienen una energía aproximadamente 25 % mayor que las que se encuentran en el interior del fluido. Este exceso de energía no se manifiesta en sistemas ordinarios debido a que el número de moléculas en la superficie es muy pequeño en comparación con el número total del sistema.         En la práctica, los efectos de superficie son significativos para partículas que tienen un diámetro menor de 10-4 cm.

En un fluido cada molécula  interacciona con las que le rodean. El radio de acción de las fuerzas moleculares es relativamente pequeño, abarca a las moléculas vecinas más cercanas. Vamos a determinar de forma cualitativa, la resultante de las fuerzas de interacción sobre una molécula que se encuentra en

A, el interior del líquido B, en las proximidades de la superficie C, en la superficie

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Consideremos una molécula (en color rojo) en el seno de un líquido en equilibrio, alejada de la superficie libre tal como la A. Por simetría, la resultante de todas las fuerzas atractivas procedentes de las moléculas (en color azul) que la rodean, será nula.

En cambio, si la molécula se encuentra en B, por existir en valor medio menos moléculas arriba que abajo, la molécula en cuestión estará sometida a una fuerza resultante dirigida hacia el interior del líquido.

Si la molécula se encuentra en C, la resultante de las fuerzas de interacción es mayor que en el caso B.

La fuerzas de interacción, hacen que las moléculas situadas en las proximidades de la superficie libre de un fluido experimenten una fuerza dirigida hacia el interior del líquido.

Como todo sistema mecánico tiende a adoptar espontáneamente el estado de más baja energía potencial, se comprende que los líquidos tengan tendencia a presentar al exterior la superficie más pequeña posible.

EVALUACION DEL TEMA

Escoge la respuesta correcta de los siguientes reactivos:

1.- La velocidad a la cual el soluto puro se disuelve es igual a la velocidad a la cual el soluto disuelto sale de la solución., esto es la concentración de soluto disuelto es constante.

a) soluciones saturadas

b) soluciones estándar

c) soluciones concentradas

d) soluciones insaturadas

e) soluciones homogéneas

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2.- Cuales son las soluciones diluidas

a) cuando la concentración del soluto es baja

b) las que su concentración es intermedia

c) las que tienen más soluto al aumentarle la temperatura

d) las que tienen concentraciones por debajo de 30 moles/litro

e) las que se realizan a temperatura constante

3.- Cuales son las soluciones sobresaturadas

a) es en la que la concentración de soluto es mayor que la de la solución saturada.

b) es en la que la concentración de soluto es menor que la de la solución saturada.

c) es en la que la concentración de soluto es menor que la de la solución insaturada.

d) es en la que la concentración de solvente es mayor que la de la solución insaturada.

e) es la que contiene el máximo de soluto a temperatura ambiente

4.- Las soluciones se pueden subdividir en:

a) de no electrolitos y de electrolitos

b) saturadas y sobresaturadas

c) de baja solubilidad y mediana solubilidad

d) amorfas y homogéneas

e) homogéneas y heterogéneas

5.- El agua es considerado un disolvente de tipo

a) polar

b) básico

c) ácido

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d) saturado

e) no polar

BIBLIOGRAFIAhttp://iop.org/EJ/article/00319155/49/10/006/pmb4_10_006pdfhttp://www.lenntech.com/espanol/FAQ-contaminantes-del-agua.htmhttp://members.tripod.com/plinios/sustancias.htm

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http://www.lenntech.com/espanol/FAQ-contaminantes-del-agua.htm

http://members.tripod.com/plinios/sustancias.htm

http://www.mtas.es/insht/practice/f_disol.htmhttp://html.rincondelvago.com/disolventes.htmlhttp://html.rincondelvago.com/disolventes.htmlhttp://www.mtas.es/insht/practice/f_disol.htmhttp://www.uc.cl/quimica/agua/tension_sup.htm http://www.seed.slb.com/es/lab/viscosity/

http://www.sagan-gea.org/hojared_AGUA/paginas/5agua.html

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm

4.2 Soluciones

INSTRUCCIONES1.- Estudia detenidamente los contenidos de cada subtema que conforman este tema.2.- Realiza las actividades y/o ejercicios que se te piden.3.- Resuelve la evaluación del tema y si tienes problemas para contestar alguno de ellos, repase de nuevo el o los subtemas que no domina.

OBJETIVOSAl término de este tema el alumno será capaz de:

1.- Explicar la manera en que ciertos parámetros como la temperatura influyen en la solubilidad de las sustancias.

2.- Realizar los cálculos necesarios para preparar soluciones de determinada concentración, ya sea molar, normal, molal, % en peso y volumen, así como la fracción molar.

3.- Explicar a que se refiere el término “propiedades coligativas”.

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4.2.1 Parámetros de solubilidad

Veamos primero algunos conceptos básicos de las soluciones:

Solución: Es una mezcla homogénea de dos o mas componentes, que

pueden fraccionarse o separarse por los métodos comunes de

fraccionamiento.

○ Homogénea: Que esta constituida por una sola fase.

○ Soluciones Diluidas: Son aquellos que contienen una pequeña

cantidad de soluto en un volumen dado de solvente.

Solvente: Es el componente que se encuentra en mayor proporción en la

solución diluida.

Soluto: Es el componente que se encuentra en menor proporción en la

solución diluida. De las soluciones diluidas la que mas nos interesa son las

de un sólido volátil y un solvente liquido.

La solubilidad

Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre de solubilidad. La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada. Pues bien, la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente determinado es la concentración que corresponde al estado de saturación a una temperatura dada.

Las solubilidades de sólidos en líquidos varían mucho de unos sistemas a otros. Así a 20 ºC la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M y en alcohol etílico (C2H6O), a esa misma temperatura, es 0,009 M. Cuando la solubilidad es superior a 0,1 M se suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente considerado; por debajo de 0,1 M se considera como poco soluble o incluso como insoluble si se aleja bastante de este valor de referencia.

La solubilidad depende de la temperatura; de ahí que su valor vaya siempre acompañado del de la temperatura de trabajo. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura. Se trata de procesos en los que el sistema absorbe calor para apoyar con una cantidad de energía extra el fenómeno la solvatación. En otros, sin embargo, la disolución va acompañada

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de una liberación de calor y la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

4.2.2 Modo de expresar las concentraciones: Concentración en peso, fracción molar, molaridad, molalidad, normalidad.

La concentración de una disolución

Las propiedades de una disolución dependen de la naturaleza de sus componentes y también de la proporción en la que éstos participan en la formación de la disolución. La curva de calentamiento de una disolución de sal común en agua, cambiará aunque sólo se modifique en el experimento la cantidad de soluto añadido por litro de disolución. La velocidad de una reacción química que tenga lugar entre sustancias en disolución, depende de las cantidades relativas de sus componentes, es decir, de sus concentraciones. La concentración de una disolución es la cantidad de soluto disuelta en una cantidad unidad de disolvente o de disolución.

Formas de expresar la concentración

Existen diferentes formas dé expresar la concentración de una disolución. Las que se emplean con mayor frecuencia suponen el comparar la cantidad de soluto con la cantidad total de disolución, ya sea en términos de masas, ya sea en términos de masa a volumen o incluso de volumen a volumen, si todos los componentes son líquidos. En este grupo se incluyen las siguientes:

Molaridad. Es la forma más frecuente de expresar la concentración de las disoluciones en química. Indica el número de moles de soluto disueltos por cada litro de disolución; se representa por la letra M. Una disolución 1 M contendrá un mol de soluto por litro, una 0,5 M contendrá medio mol de soluto por litro, etc. El cálculo de la molaridad se efectúa determinando primero el número de moles y dividiendo por el volumen total en litros:

La preparación de disoluciones con una concentración definida de antemano puede hacerse con la ayuda de recipientes que posean una capacidad conocida. Así, empleando un matraz aforado de 0,250 litros, la preparación de una disolución 1 M supondrá pesar 0,25 moles de soluto, echar en el matraz la muestra pesada, añadir parte del disolvente y agitar para conseguir disolver completamente el soluto; a continuación se añadirá el disolvente necesario hasta enrasar el nivel de la disolución con la señal del matraz.

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Gramos por litro. Indica la masa en gramos disuelta en cada litro de disolución. Tiene la ventaja de ser una concentración expresada en unidades directamente medibles para el tipo de disoluciones más frecuentes en química (las de sólidos en líquidos). La balanza expresa la medida de la masa de soluto en gramos y los recipientes de uso habitual en química indican el volumen de líquido contenido en litros o en sus submúltiplos. Su cálculo es, pues, inmediato:

Porcentaje en peso. Expresa la masa en gramos de soluto disuelta por cada cien gramos de disolución. Su cálculo requiere considerar separadamente la masa del soluto y la del disolvente:

siendo la masa de la disolución la suma de la del soluto y la del disolvente.

Para el estudio de ciertos fenómenos físico-químicos resulta de interés expresar la concentración en términos de proporción de cantidad de soluto a cantidad de disolvente. Se emplea entonces la molalidad:

Molalidad. Indica el número de moles de soluto disuelto en cada kilogramo de disolvente:

Como en el caso de la molaridad, la concentración molal de una disolución puede expresarse en la forma 2 m (dos molal) o 0,1 m (0,1 molal), por ejemplo.

APLICACIÓN: CÁLCULO DE CONCENTRACIONES

Se mezclan 5,00 g de cloruro de hidrógeno (HCI) con 35,00 g de agua, formándose una disolución cuya densidad a 20 ºC es de 1,060 g/cm3. Calcúlese: a) El tanto por ciento en peso. b) La concentración en gramos por litro. c) La molaridad y d) La molalidad.

a) Tanto por ciento.

Se trata de calcular el número de gramos de soluto por cada cien gramos de disolución, es decir:

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b) Gramos/litro.

Puesto que los datos están referidos a masas y no a volúmenes, es necesario recurrir al valor de la densidad y proceder del siguiente modo:

1. Se calcula la masa de un litro de disolución:

masa = volumen · densidad = 1 000 cm3 · 1,060 g/cm3 =

= 1 060 g

2. A partir del valor del tanto por ciento en peso se determina la masa en gramos del soluto contenida en la disolución:

La cantidad resultante representa la concentración en gramos de soluto (HCI) por litro de disolución.

c) Molaridad.

Dado que:

Sustituyendo resulta:

donde 36,47 es la masa molecular del HCI y, por tanto, la masa de su mol expresada en gramos.

De lo anterior se deduce que, cuando los datos del volumen de la disolución no son explícitos, el cálculo de la molaridad implica las etapas a y b como pasos intermedios.

d) Molalidad.

De acuerdo con su definición:

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sustituyendo se tiene:

Normalidad

La normalidad (N) es el número de equivalentes de soluto por litro de disolución.

Normalidad, N (número de equivalentes – gramo de soluto contenidos en 1 litro de disolución):

Un equivalente de una sustancia se puede expresar de la siguiente forma:

equivalente = (moles de la sustancia) / n

Siendo n el número de partículas que ésta cede o acepta, denominado valencia. En sustancias que participan en reacciones ácido-base n es el número de H+ o OH- que puede ceder, por ejemplo para el HCl n = 1 y para el Ca(OH)2 n = 2. Para reacciones rédox, n es el número de electrones implicados en la reacción. Cuando n = 1, la normalidad coincide con la molaridad.

Como n depende del proceso que tenga lugar, el uso de la normalidad está desaconsejado, aunque todavía sigue bastante extendid.

Fracción molar, (número de moles de cada sustancia disuelta dividido entre el número total de moles presentes en la disolución):

4.2.3 Propiedades coligativas

La presencia de moléculas de soluto en el seno de un disolvente altera las propiedades de éste. Así, el punto de fusión y el de ebullición del disolvente cambian; su densidad aumenta, su comportamiento químico se modifica y, en ocasiones, también su color. Algunas de estas propiedades de las disoluciones no dependen de la naturaleza del soluto, sino únicamente de la concentración de la disolución, y reciben el nombre de propiedades coligativas.

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Nociones de Propiedades Coligativas

Las soluciones presentan ciertas propiedades físicas que no dependen del tipo

de moléculas o partículas que las componen, si no del número de ellas. A

dichas propiedades se les denomina propiedades coligativas.

Hemos estudiado las propiedades físicas de un solvente líquido. Veamos

ahora como son afectadas estas propiedades cuando se separa una solución

de dos sustancias puras, solvente líquido y un sólido no volátil.

Las propiedades coligativas son aquellas que dependen de número de

moléculas y de partículas y no de su naturaleza. Las propiedades coligativas

que estudiaremos a continuación son:

○ Descenso de la presión de vapor

○ Ascenso de ebulloscópico

○ Descenso crioscópico

○ Presión osmótica

Descenso de la presión de vapor

Cuando disolvemos un soluto no volátil, como la glucosa en un solvente liquido,

obtenemos una solución. Ahora bien si medimos la presión de vapor para toda

las temperaturas, veremos que dicha presión de vapor es inferior a la del

solvente puro. Si graficamos los valores de presión de vapor de la solución,

comparándolos con los del solvente puro obtendremos el siguiente grafico:

25

Ascenso ebulliscópico

Una consecuencia directa del descenso de la presión de vapor por un soluto no

volátil es que el punto normal de ebullición de la solución, es decir, la

temperatura a la cual su presión de vapor se hace igual a 1atm., debe ser

superior al solvente puro. Esto se puede observar en las siguientes curvas, que

representan la variación de presión del solvente puro y de la solución en

función de la temperatura. La curva de la solución esta siempre debajo de la

que corresponde a la solvente:

Descenso Crioscópico

Otra consecuencia del descenso de la presión de vapor del solvente en una

solución, es que el punto de congelación de la solución es mas bajo que el del

solvente puro. Sabemos que una sustancia disuelta desciende el punto de

congelación del agua: es conocido el uso de la sal común para fundir nieve. La

relación entre el punto de congelación del solvente puro y el de una solución se

puede ver en el siguiente

diagrama:

26

Osmosis y Presión Osmótica

Osmosis (del griego: empujar), es el “pasaje espontáneo de una solución, o el

pasaje espontáneo del solvente de una solución aun mas concentrada; cuando

ambos líquidos se encuentran separados por una membrana semipermeable

pura”.

Una membrana semipermeable pura es aquella que permite pasar

libremente al solvente, pero no al soluto.

Un simple ejemplo de osmosis se obtiene si se fija una membrana

semipermeable pura, en el extremo de un tubo delgado que termina en forma

de campana, se llena en parte con una solución acuosa de sacarosa y se

introduce en un recipiente con agua. El nivel del líquido debe coincidir con el 0

de la escala del tubo.

Dicho nivel se elevará en el tubo hasta que la presión hidrostática así producida

alcance detener el flujo de agua.

27

EVALUACION DEL TEMA

Escoge la respuesta correcta de los siguientes reactivos:

1.- ¿Qué cantidad de alcohol contiene 350 ml de cerveza que tiene un porcentaje en volumen es del 6%?

a) 21 ml

b) 58.33 ml

c) 18 ml

d) 5.8 ml

e) 4.5 ml

2.- Cual es la normalidad de 10 lt de solución de Na2O que contiene 3.5 equivalente gramo de Na2O

a) 0.35 N

b) 3.1 N

c) 0.5 N

d) 0.45 N

e) 0.32 N

3.- Halle el número de moles contenidos en 4.00 L de NaCl 0.200 M

a) 0.8

b) 20

c) 0.05

d) 8

e) 2

4.- Halle los gramos del soluto en 0.0200 L de Na2SO4 0.150 M

a) 0.426 g

b) 0.003 g

28

c) 0.13 g d) 7.5 g

e) 3.5 g

5.- La presencia de un soluto afecta diversas propiedades del líquido en el que esta disuelto, estas nuevas propiedades que adquiere el líquido se conocen como:

a) coligativas

b) afines

c) osmóticas

d) fisico-químicas

e) conductivas

BIBIOGRAFIA

http://www.monografias.com/trabajos7/diso/diso.shtml

http://www.monografias.com/trabajos7/diso/diso.shtml "http://es.wikipedia.org/wiki/Concentraci%C3%B3n"

http://www.cmark-gip.es/jano/quimica/disoluciones/tabladisol.htm

http://www.udbquim.frba.utn.edu.ar/material/DISOLUCIONES.htm

29

4.3 Suspensiones y coloides.

INSTRUCCIONES1.- Estudia detenidamente los contenidos de cada subtema que conforman este tema.2.- Realiza las actividades y/o ejercicios que se te piden.3.- Resuelve la evaluación del tema y si tienes problemas para contestar alguno de ellos, repase de nuevo el o los subtemas que no domina.

OBJETIVOSAl término de este tema el alumno será capaz de:

1.- Enunciar las características más importantes y mencionar ejemplos de suspensiones.

2.- Enunciar las características más importantes y mencionar ejemplos de coloides.

3.- Distinguir entre coloides liofílicos y liofóbicos.

4.- Enunciar la definición del término tixotropía.

4.3.1 Suspensiones

Si el tamaño promedio de las partículas de la mezcla es mayor que en el caso de los coloides, hablamos de suspensiones.

Un ejemplo claro es el agua turbia de los ríos, las que contienen partículas en suspensión que al depositarse en lugares donde la corriente es más lenta, forman sedimentaciones de arena y pequeñas piedras, como la atmósfera polvorienta de la ciudad de México, otra también sería la luz a través de una ventana cuando ay mucho, polvo.

Algunas propiedades características de las suspensiones son:

*Que las partículas dispersas en ellas se sedimentan fácilmente

*Sus partículas tienen un tamaño mayor que los coloides.

30

*Sus partículas pueden verse a simple vista

*Su turbidez

*Reflejan la luz

4.3.2 Obtención de coloides.

La siguiente tabla resume las principales características, propiedades y diferencias de las soluciones, coloides y suspensiones:

TABLA.- DIFERENCIACIÓN ENTRE SOLUCIONES, COLOIDES Y SUSPENSIONES.

Propiedad Solución Coloide Suspensión

Tamaño de partícula < 2 nm 10 – 10.000 nm > 10.000 nm

Homogeneidad Es homogénea Está en el límite Es heterogénea

Acción de la gravedad

No sedimenta Puede sedimentar Sedimenta

Filtrabilidad No filtrable Difícilmente filtrable

Filtrable

Ejemplos Cotidianos SalmueraAgua azucarada

AlbúminaNubes

SangreTalcos, polvos.

La mayoría de los sistemas mencionados anteriormente son de una gran importancia industrial o ambiental; a decir verdad, las Soluciones Verdaderas, aun cuando tienen un comportamiento más homogéneo y predecible, no son muy frecuentes en la naturaleza. En la naturaleza abundan más los sistemas complejos en los que el agua mantiene simultáneamente una serie de substancias disueltas, en suspensión y en estado coloidal.

Los sistemas coloidales pueden clasificarse como Mono dispersos cuando el peso molecular o el tamaño de partícula medio de la fase dispersa es aproximadamente constante o Poli disperso en caso contrario. También pueden clasificarse como Liófobos o Liófilos, según que exista afinidad o no entre las fases dispersa y dispersante. Los Coloides Liófobos son sistemas termodinámicamente inestables que tienden a separarse espontáneamente en sus fases componentes, mientras que los Coloides Liófilos son soluciones de macromoléculas de tamaño coloidal, generalmente polímeros, biológicos o sintéticos.

METODO DE OBTENCIÓN DE:

a) COLOIDES HIDRÓFOBOS.  Existen dos métodos:

31

1) Métodos de condensación: se realiza a través de partículas que tienen un

tamaño inferior al tamaño de partículas coloidales o sea se parte de una

solución verdadera y por reacción química se obtienen partículas insolubles de

tamaño coloidal.

2) Métodos por dispersión: se parte de partículas que tienen un tamaño

mayor al coloidal.

En los métodos de condensación se obtienen partículas al estado

coloidal por:

       Reducción

       Oxidación

       Hidrólisis.

 

Reducción: se obtienen soles de metales por reducción de soluciones

de sus sales solubles u óxidos, por ejemplo con monóxido de carbono,

hidrógeno, formaldehído, etc. Así se obtienen los soles de plata, platino y oro.

Oxidación: si tenemos una solución acuosa de hidrógeno sulfurado se

puede oxidar con oxígeno o anhídrido sulfuroso y se obtiene un sol de azufre.

Hidrólisis: se obtienen soles de óxidos e hidróxidos de metales

débilmente electropositivos por ejemplo, de hierro, aluminio, estaño, etc. por

hidrólisis de sus sales en solución acuosa.

Métodos por reacción química entre dos sales:

NO3Ag + IK--------- NO3K + IAg

Es una reacción entre dos sales: por ejemplo, nitrato de plata e ioduro

de potasio. Si una solución diluida de una sal de plata se agrega a un pequeño

exceso de solución diluida de ioduro de potasio, se obtiene un sol de ioduro

32

de plata que es un coloide hidrófobo con carga negativa; en cambio, si la

solución diluida de ioduro se agrega al exceso de nitrato de plata dará un sol de

ioduro de plata con carga positiva; depende de cual de las dos se agregue en

exceso, se obtendrá un ioduro de plata positivo o negativo.

NO3Ag + IK (exceso)------------- IAg con carga negativa

NO3Ag (exceso) + IK ------------- IAg con carga positiva

En los Métodos por dispersión: se parte de partículas que tienen un

tamaño mayor que el tamaño coloidal.

Los métodos son:

       Peptización

       Dispersión mecánica

       Desintegración eléctrica

 

En la peptización se agrega un agente peptizante que produce la

dispersión en partículas coloidales. En los soles liófilos ( como los de gelatina o

almidón ) el agua es el agente peptizante.

Otro ejemplo es la celulosa parcialmente nitrada, que es la Piroxilina,

por acción de una mezcla de solventes, alcohol y éter, se produce la

peptización en partículas coloidales, obteniéndose el sol Colodión.

La dispersión mecánica se realiza en el molino coloidal. Es un molino

que tiene discos concéntricos, que están situados a pequeña distancia y giran a

gran velocidad en sentido opuesto. El medio dispersante junto con la sustancia

a dispersar se pasan a través del molino, obteniéndose la dispersión coloidal.

33

La desintegración eléctrica se realiza por dos método, el de

dispersión y el de condensación. Se hace pasar un arco de corriente continua

entre electrodos formados por filamentos de oro platino o plata introducidos

en agua, lo que permite obtener un sol del metal. El arco produce un elevada

temperatura; el metal se vaporiza y el vapor es condensado en agua

obteniéndose oro, plata y platino al estado coloidal. Se ha modificado el

método eléctrico para la preparación de soles de modo que se puede emplear

para metales y no metales. Se utilizan electrodos de hierro o aluminio, que no

se desintegran, y la sustancia que se quiere dispersar se suspende en forma

de gránulos u hojuelas en el líquido y se hace pasar una corriente continua. Se

han preparado de este modo soles en medios dispersantes orgánicos.

b) Coloides hidrofílicos

Existe otro tipo de preparaciones farmacéuticas constituidos por una

dispersión de macromoléculas fuertemente hidrofílicas debido a la presencia de

grupos polares. Estos sistemas adquieren consistencia espesa cuando la

concentración de la fase dispersa tiene determinado valor (diferente en cada

caso), y se los llama Mucílagos o Coloides Hidrofílicos.

Las sustancias capaces de formar dispersiones acuosas homogéneas

altamente hidrofílicas pertenecen a distintas especies químicas y se conocen

comúnmente como agentes espesantes.

AGENTES ESPESANTES   

 Exudados

Goma arábigaGoma tragacanto

34

 De origen vegetal

Goma karaya Extractos vegetales

Goma guarAlmidónPectina

 Extraído de algas

AlginatosAgarCarragenatos

   De origen Animal 

   Gelatina

1. En su punto isoeléctrico está entre pH 7 y 9 y se emplean en preparados ácidos con pH 3 y 3,5

2. Punto isoeléctrico entre 4,7 y 5

Caseína   Derivados de la celulosa modificada

Metil(de empleo frecuente)

 

CarboximetilEtilHidroxietil-Hidroxipropil

  De origen mineral

 Silicatos de aluminio y magnesio

Bentonita:Silicato hidratado de aluminio con trazos de óxido de hierro.Veegum:Silicato magnési-co alumínico coloidal.

  De origen sintético

Carboxipolimetileno (polímero carboxivinílico)

 

Anhídrido silícico coloidalAlcohol PolivinílicoP.V.P.

 Las moléculas de estos agentes espesantes (dispersiones acuosas

hidrofílicas) una vez dispersas son capaces de formar iones de gran tamaño

(macroiones) que pueden estar cargados positiva o negativamente (catiónicos

o aniónicos); no estar disociados (no iónicos) o bien ser anfóteros, los cuales

se comportan como catiónicos o aniónicos según el pH, caso de las proteínas,

por ejemplo: gelatina.

4.3.3 Coloides liofílicos y liofobos

35

Las soluciones coloidales en realidad son pseudosoluciones porque son

dispersiones de partículas que tienen un tamaño entre la décima y milésima de

micrón, macromoléculas, que están dispersas en un vehículo o fase continua.

Hay una fase interna, dispersa o discontinua, en una fase externa, dispersante

o continua.

Estas partículas por su tamaño le confieren al sistema propiedades que le son

típicas y características, como pueden ser: propiedades cinéticas, ópticas y

eléctricas.

Los coloides se clasifican en función del grado de atracción que hay

entre la fase dispersa y el medio dispersante. Si el medio dispersantes es un

líquido; estos sistemas coloidales se llaman soles.

Estos soles se pueden dividir en dos categorías:

       Liófobos: (del griego: aversión al líquido). Poca atracción

entre la fase dispersa y el medio dispersante.

       Liófilos: (del griego: afición al líquido). Gran atracción

entre la fase dispersa y el medio dispersante.

Si el medio dispersante es agua, como en la mayoría de los sistemas se denominan:

       Hidrófobos: (aversión al agua)

       Hidrófilos: (afición al agua)

36

Coloides hidrófobo e hidrófilos(Características)

Coloides Hidrófobos Coloides hidrófilos o mucílagos

37

 No modifican la viscosidad del disolvente.  

No modifican la tensión superficial del disolvente. Alta sensibilidad a los electrolitos que influyen sobre la carga eléctrica que circunda a la partícula.  

Inestabilidad por efecto de la diálisis, por eliminación de los electrolitos.   Presentan efecto Tyndall (debido a la diferencia en el índice de refracción de la fase dispersa y dispersante).   Forman por separación sólidos que son difíciles de resuspender en agua (coloides irreversibles).   Presentan una gran superficie al medio de dispersión, lo que determina una conducta especial de estas partículas.  No atraviesan membranas.   Presentan movimiento Browniano.  

 Viscosidad superior a la del disolvente. Tensión superficial un tanto menor a la del disolvente. Poca sensibilidad frente a los electrolitos, por lo cual no modificamayormente su aspecto por agregado de sales.

  Más estables con el tiempo (por su gran hidrofilia y carga eléctrica); no separan la fase dispersa.  Efecto Tyndall poco notable.    Por pérdida de agua, pueden formar geles, pero son fácilmente redispersables (coloides reversibles o emulsoides).           Poca resistencia frente a bacterias y hongos, por lo que se requiere agregar un conservador.

 

 

Coloides Hidrófobos 

38

Los coloides hidrófobos forman por evaporación o enfriamiento sólidos

que no se pueden convertir nuevamente en soles invirtiendo los factores

físicos, vale decir, por agregado de disolvente o por calentamiento. Son

irreversibles.

Los coloides hidrófilos son reversibles. Luego de evaporar la fase

dispersante hasta desecamiento, se puede obtener otra vez un sol añadiendo

el medio dispersante.

Los coloides hidrófobos presentan movimiento Browniano que es un

movimiento errático de las partículas debido a la colisión de las mismas .

Estos coloides hidrófobos presentan, también efecto Tyndall. Las

partículas coloidales son pequeñas para ser vistas en el microscopio, existen

métodos ópticos para ponerlas en evidencia; consiste en hacer pasar un haz de

luz intenso a través de un medio ópticamente claro. Las soluciones verdaderas

son óptimamente claras, en cambio las dispersiones coloidales dispersan la

luz produciendo el efecto Tyndall. .

En las soluciones verdaderas el haz de luz pasa como tal, en cambio en una

solución coloidal se dispersa por la diferencia en el índice de refracción y se

forma el haz de Tyndall.

EVALUACION DEL TEMA

Escoge la respuesta correcta de los siguientes reactivos:

1.- la sedimentación en las suspensiones, es debida a que la fase dispersa :

a) tiene un tamaño muy pequeño

b) presenta el efecto tyndall

c) esta formado por partículas grandes

39

d) no es afín al medio dispersante

e) es desviada por la luz

2.- La diálisis, el efecto Tyndall y el movimiento browniano permiten identificar los sistemas coloidales y diferenciarlos de :

a) las disoluciones

b) los sistemas anfóteros

c) los compuestos alifáticos

d) las olefinas

e) los compuestos electrolíticos

3.- Si las partículas de la fase dispersa se reúnen unas con otras en los sistemas coloidales, se dice que:

a) el coloide coagula

b) se cristaliza

c) se forma una tixotropía

d) el coloide se destruye

e) se forma un azótropo

4.- Escoja el sistema disperso que presenta el efecto tyndall y movimiento browniano.

a) coloide

b) solución

c) suspension

d) amalgama

e) soluto

5.- Escoja el sistema disperso que presenta el efecto tyndall y movimiento browniano.

a) coloide

b) solución

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c) suspension

d) amalgama

e) soluto

BIBIOGRAFIA

http://html.rincondelvago.com/coloides_1.html

http://gemini.udistrital.edu.co/comunidad/grupos/fluoreciencia/quimicaweb/qui06.htm http://www.ffyb.uba.ar/farmacotecnia%20I/Sistemas_dispersos.htm

4.4 Estequiometria en soluciones acuosas

INSTRUCCIONES1.- Estudia detenidamente los contenidos de cada subtema que conforman este tema.2.- Realiza las actividades y/o ejercicios que se te piden.3.- Resuelve la evaluación del tema y si tienes problemas para contestar alguno de ellos, repase de nuevo el o los subtemas que no domina.

OBJETIVOSAl término de este tema el alumno será capaz de:

1.- Realizar cálculos estequiométricos en soluciones acuosas donde intervienen ácidos y bases.

2.- Realizar cálculos estequiométricos en soluciones acuosas donde intervienen sistemas redox.

4.4.1 Ácido-Base (conceptos y cálculos)

ACIDO-BASE.

41

La primera definición de ácido y base fue acuñada en la década de 1880 por Savane Arrhenius quien los define como substancias que pueden donar protones (H+) o iones hidróxido (OH-) respectivamente. Esta definición es por supuesto incompleta, pues existen moléculas como el amoniaco (NH3) que carecen del grupo OH- y poseen características básicas.

Una definición mas general fue propuesta en 1923 por Johannes Brönsted y Thomas Lowry quienes enunciaron que una sustancia ácida es aquella que puede donar H+, exactamente igual a la definición de Arrhenius; pero a diferencia de éste, definieron a una base como una sustancia que puede aceptar protones. De acuerdo con esta definición, cualquier reacción ácido-base puede ser escrita como:

HA + H2O ↔ H3O+ + A- (1)

En donde un ácido (HA), reacciona con una base (H2O) para formar la base conjugada del ácido (A-) y el ácido conjugado de la base (H3O+). La reacción generalmente se escribe omitiendo al agua:

HA ↔ H+ + A- (2)

De acuerdo con lo anterior, el Ion acetato (CH3COO-), es la base conjugada del ácido acético (CH3COOH); de la misma forma el Ion amonio (NH4

+) es el ácido conjugado del amoniaco (NH3), esto es:

CH3COOH↔ CH3COO- + H+

Una definición mas general sobre la definición de ácidos y bases fue propuesta por Gilbert Lewis quien describió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par.

REACCION DE NEUTRALIZACION Y TITULACION

La reacción más común de ácidos y bases es la reacción de neutralización. La

neutralización de un acido con una base da como resultado la transferencia de

un protón de acido a la base. Esta transferencia de protón o reacción acido-

base es un de los procesos químicos mas comunes. En su forma mas sencilla

42

un acido fuerte transfiere un protón a un Ion hidróxido para dar una sal y agua.

Como siguiente.

HCL(ac) +NaOH(ac) → NaCI(ac) + H2 O(I) acido base sal agua Fuerte fuerte

Ademas, los ácidos débiles, como es el acido acético (HC2H3O2), reaccionan

con las bases fuertes, mientras que las bases débiles, por ejemplo el amoniaco

(NH3) reaccionan con los ácidos fuertes.

HC2 H3 O2(ac) +NaOH(ac) → NaC2 H3 O2 (ac) + H2 O(I) Acido base sal agua fuerte fuerte

HCL(g or ac) + NH3 (g or ac) → NH 4CI(s ) or NH+4 (ac) + CI(ac)

acido base sal fuerte fuere

No siempre es el agua producto en una reacción de neutralización. En la

reacción anterior entre el amoniaco y el acido clorhídrico, el amoniaco es el

receptor de protones y el producto es la sal, cloruro de amoniaco (NH4 Cl)

Complete y balancee las siguientes ecuaciones de la reacción entre un acido y

una base:

a. hidróxido de potasio + acido bromhídrico → [3 KOH(ac) + HBr (ac) →

[ KOH(ac) + HBr (ac) → KBr (ac) + H2 O(I)

b. hidróxido de potasio + acido fosforico → (sugerencia: reacciona los tres

hidrógenos del acido fosforito.)

[3 KOH(ac) + H3 PO4 (ac) → K3 PO (ac) +3 H2 O(I)

Es un proceso que se llama titulación, podemos utilizar la relación

estequiométrica entre un ácido y una base en una reacción de neutralización

de un ácido o una base mediante la adicción de una base o un ácido de

concentración conocida para neutralizar exactamente una determinada

cantidad de una base de concentración conocida para neutralizar exactamente

43

una determinada cantidad original de ácido, podemos utilizar la estequiometria

para determinar la concentración original del ácido.

Cambios de color en los indicadores

Indicador PH aproximado en el cual ocurre el cambio

de color

Color en ácido Color en base

fenolftaleina 9 Incoloro Rojo

Anaranjado de

metilo

4 Rojo Amarillo

Rojo de metilo 5 Rojo Amarillo

Azul de bromo

timol

7 Amarillo Azul

El punto en el cual hemos neutralizado exactamente la Sustancia original se

conoce como punto de equivalencia. El punto de equivalencia se determina por

lo regular con un cambio en el color de un indicador seleccionado de manera

adecuada, por lo general fenolftaleina, Anaranjado de metilo, Rojo de metilo,

Azul de bromo timol. En una titilación ácido- base, el punto en el cual el

indicador cambia de color se llama punto final. Con frecuencia el punto final es

igual al punto de equivalencia, pero no siempre. En el punto de equivalencia, el

número de moles de la base o el ácido que se adiciona es exactamente

suficiente para neutralizar el ácido o base origina.

Punto de equivalencia: durante la titilación, el punto n el que se neutraliza

exactamente un ácido o una base.

Punto final: en una titilación ácido- base. El momento en el que el indicador

cambia de color. El punto final suele ser igual al punto de equivalencia, aunque

no siempre.

Ejemplos: en la titilación de 30.00ml de una solución diluida de amoniaco en

agua. Al titular 2.00ml de amoniaco casero, se necesitaron 34.9 ml de acido

clorhídrico 0.110M para neutralizar la solución hasta el punto final del rojo del

44

metilo calcule: (A) la molaridad (B) el porcentaje de la solución de amoniaco

diluida (densidad de la solución =0.985 g/ml.)

Solución: al igual que n los problemas de estequimetria lo primero que

debemos de saber es cual es la ecuación balanceada.

HCI (ac) + NaOH(ac) NaCI(ac) + H2 O(I)

En seguida, aplicamos el procedimiento de estequiometria y las unidades de

molaridad para calcular las moles de hidróxido de sodio que se neutralizaron

con 45.2ml de ácido clorhídrico 0.100M

45.20 ml solucion x 1I x 0.100mol HCI x 1 mol NaOH = 0.00452 mol NaOH 100ml 1 L solución 1 mol HCI Según la ecuación balanceada

Por ultimo, calculamos la concentración de la solución de de hidróxido de sodio

en moles por litros a partir de los 30ml de solución que se utilizaron.

0.00452 mol NaOH x 1000 mL = 0.151 mol NaOH = 0.151M respuesta 30.00 mL /solucion 1L 1I solucion

Ejemplo: el amoniaco de los usos domésticos es una solución diluida de

amoniaco en agua. Al titular 2.00 ml de amoniaco casero, se necesita 34.9ml

de acido clorhídrico 0.110 M para neutralizar la solución hasta el punto final del

rojo de metilo. Calcule: (A) a la molaridad y (B) el porcentaje de la solución de

amoniaco diluida (densidad de la solución =0.985 g/ml)

Solución:

a. calcule la molaridad de NH3 la ecuación es:

NH3 (ac) + HCI (ac) NH4 CI(ac)

Las moles de NH3 son:

34.90ml solucion x 1I . x 0110 mol HCI x 1 mol NH3 = 0.00384 mol NH3

1000ml 1I solucion 1 mol HCI segun la ecuacionbalanceada

y la molaridad de la solucion de NH3 es:

0.00384 mol NH3 x 1000ml = 1.92 mol NH3 = 1.92 mol M respuesta 2.00ml solucion 1 I 1 I solucion

45

b. calcule el porcentaje de amoníaco utilizando de densidad de lá solucion igual a 0.985g/ml y la masa molar de amoníaco =17.0g.

192.mol NH3 x 17.0NH3 x 1L x 1ml solucion x 100 = 3.361% NH3

respuesta 1L solucion 1 mol NH3 1000ml 0.985g solucion

ejemplo: el carbonato de sódio puro se utiliza como patron para determinar la molaridad de um acido. si se disuelve em água 0.875 g de carbonato de sódio puro y la solucion se titula con 3506 ml de acido clorhidrico hasta el punto final de anaranjado de metilo, calcule la molaridad de la solucion de acido clorhidrico (sugerencias : el punto final del anaranjado de metilo lleva el íon carbonatode dióxido de carbono)

solucion: ecuacion Na2 CO3 (ac) + 2HCI (ac) 2NaCI(ac) + CO2(g) + H2O(I)

Moles de HCI (la masa molar de Na2CO3 es 106.0g)

0.875g Na2CO3 x 1 mol Na2CO3 x 2 mol HCI = 0.0165 ml HCI 106.0 g Na2 CO3 1 mol Na2CO3 segun la ecuacion balanceada

la molaridad del HCI es

0.0165 mol HCI x 100 mL = 0.463 mol HCI = 0.463 M respuesta 35.60 mL solución 11 1 L solución

4.4.2 Oxido-reducción (conceptos y cálculos)

VALORACIONES REDOX

Como se menciono antes, en las reacciones redox se transfieren electrones,

mientras que en las reacciones ácido –base se transfieren protones. Del

mismo modo en que un ácido se puede valorar con una base, un agente

oxidante se puede valorar con un agente reductor, utilizando un procedimiento

semejante. Así, por ejemplo, se puede añadir con cuidado un disolución que

contenga un agente oxidante a un disolución que contenga un agente reductor

es completamente oxidado por el agente oxidante.

Igual que las valoraciones ácido – base, las valoraciones redox por lo general

requieren de un indicador que tenga un cambio de color nítido. En presencia de

una gran cantidad de agente reductor, el color del indicador es característico de

su forma reducida.

46

El indicador adopta l color que tiene en su forma oxidada cuando esta presente

en un medio oxidante. En el punto de equivalencia o cercano a este, ocurrirá un

cambio nítido del color del indicador al pasar de una forma a la otra, por lo que

el punto de equivalencia se puede identificar fácilmente.

El dicromato de potasio (K2Cr2O2) y el permanganato de potasio (KMnO4) son

dos agentes oxidantes muy comunes. Como se muestra en la Fig. Los colores

de los aniones dicromato y permanganato son muy diferentes de los colores

que tienen las especies reducidas:

Cr2O2-7 Cr3+

Amarrillo verde Anaranjado

MnO-4 Mn2+

Amarrillo rosa Anaranjado pálido

Por ello estos agentes oxidantes se pueden utilizar por si mismo como

indicador interno en una valoración redox, ya que los colores de la forma

oxidada y reducida son muy distintos.

La valoración redox requiere del mismo tipo de calculo (basados en un método

del mol) que las neutralizaciones ácidas –base. Sin embargo, la diferencia

entre esta radica en que las ecuaciones y las estequiometrîa tiende a ser mas

complejas en las reacciones redox.

Ejemplo: se necesita un volumen de 16.42 ml de una disolución de KMnO4

0.327M para oxidar 20.00ml de una disolución de FeSO4? la ecuación iónica

neta es.

5Fe2+ + MnO-4 +8 H+ Mn2+ + 5Fe+3 + 4H2 O

Razonamiento y solución el procedimiento para resolver la estequimetria de las

reacciones redox es semejante al de las reacciones ácido – base. La referencia

es la ecuación balanceada, a partir de la que determina el número de moles de

agente oxidante y el número de moles de agente reductor que reaccionan. Del

47

volumen y concentración de la disolución de KMnO4 se calcula el número d

moles de KMnO4 que reaccionan de la siguiente manera:

moles de KMnO4 = 16.42 ml x 0.1327 mol KMnO4 x 1 Lsoln . 1 sol in 1000 mL soln

De la ecuacion se observa que 5 moles de Fe2+ = 1 mol de MnO-4. Por tanto, el número

de moles de FeSO4 oxidado es:

moles FeSO4 = 2.179 x 10-3 mol KMnO4 x 5 mol FeSO4 1 mol de KMnO4

= 1.090 x 10-2 mol FeSO4

La concentración de la disolución de FeSO4 en moles de FeSO4 por litro de disolución, es:

(FeSO4 ) = 1.090x 10 -2 mol FeSO 4 x 1000 ml soln 20.00 ml soln 1 L soln

= 0.5450M

EVALUACION DEL TEMA

Escoge la respuesta correcta de los siguientes reactivos:

1.- ¿Quien considero a los ácidos como sustancias que liberan iones hidrogeno en solución acuosa?

a) Bronsted

b) Meyer

c) Arrhenius

d) Lowry

e) Lewis

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2.- Simbología del parámetro que nos señala el grado de ionización de un ácido.

a) ka

b) kw

c) ke

d) kb

e) kps

3.- Bronsted considero a un ácido como ____________.

a) donador de protones

b) receptor de electrones

c) una sustancia neutra

d) donador de electrones

e) receptor de protones

4.- Bronsted considero una base como ____________.

a) receptor de protones

b) donador de electrones

c) una sustancia neutra

d) receptor de electrones

e) donador de protones

5.- ¿Cual es el nombre de las sustancias que pueden comportarse como un ácido y como una base?:

a) anfóteras

b) reductoras

c) quelantes

d) quirales

e) aromáticas

49

BIBIOGRAFIA

Chang Raymond ,Química, Edit. McGraw Hill, 7ª. Edición, 2002, 1/9991Garritz A. y Chamizo J.A., Química, Edit. Pearson Educación, 1ª. Reimpresión1994, 1/840,

EVALUACION DE LA UNIDAD TEMÁTICA

A) PRODUCTO DE INVESTIGACIÓN DOCUMENTAL Elaborar un trabajo de investigación documental, con cualquiera de estos dos temas:4.1 Estado líquido4.1.1 Clasificación 4.1.2 Propiedades conductivas 4.1.3 Clasificación de moléculas 4.1.4 Clasificación de disolventes 4.1.5 Propiedades físicas de un líquido molecular como disolvente 4.1.6 Tensión superficial y viscosidad de los líquidos

4.2 Soluciones4.2.1 Parámetros de solubilidad 4.2.2 Modo de expresar las concentraciones: Concentración en peso, fracción molar, molaridad, molalidad, normalidad. 4.2.3 Propiedades coligativas.

4.3 Suspensiones y coloides4.3.1 Suspensiones 4.3.2 Obtención de coloides 4.3.3 Coloides liofilicos y liofobos4.3.4 Tixotropía

4.4 Estequiometria en soluciones acuosas4.4.1 Ácido-Base (conceptos y cálculos) 4.4.2 oxido-reducción (conceptos y cálculos)

El trabajo además deberá contener las siguientes características y sus respectivos puntajes se dan a continuación:

PORTADA (0.5)PRESENTACION (0.5)INDICE (0.5)INTRODUCCION ( 1 )RESUMEN Y ABSTRAC (0.5)OBJETIVOS Y METODOLOGIA (0.5)RESULTADOS ( 5 ) (Contenidos del índice anterior)CONCLUSIONES ( 1 )REFERENCIAS (0.5)

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B) EVALUACION OBJETIVA DE 10 REACTIVOS

Escoge la respuesta correcta de los siguientes reactivos:1.- Que pasa con la viscosidad de un líquido al aumentar la temperatura?

a) disminuye

b) aumenta

c) se mantiene igual

d) se pierde totalmente

e) cambia a formas alotrópicas

2.- Esta propiedad de los líquidos se da cuando las moléculas de la superficie experimentan una fuerza neta hacia el interior del líquido:

a) tensión superficial

b) osmosis

c) presión de vapor

d) viscosidad

e) flujo constante

3.- Es una propiedad de los líquidos que se refiere a su resistencia afluir:

a) viscosidad

b) osmosis

c) presión de vapor

d) presión osmótica

e) flujo constante

4.- Calcule la molaridad de 82.5 g de alcohol (C2H6O) en 450 ml de disolución.

a) 3.98 M

b) 4.60M

c) 0.45 M

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d) 0.183 M

e) 183 M

5.- Calcule la normalidad de 9.50 g de hidróxido de sodio(NaOH) en 450 ml de solución.

a) 0.526 N

b) 0.237 N

c) 0.021 N

d) 21.11 N

e) 0.45 N

6.- La presencia de un soluto afecta diversas propiedades del líquido puro en el que esta disuelto, escoja cuales de ellas son alteradas:1.- La temperatura a la que se congela la solución es menor2.- la temperatura a la que hierve la solución es mayor3.- la presión de vapor es menor en la solución

a) 1, 2, 3

b) solo 1

c) solo 2

d) solo 1 y 2

e) solo 1 y 3

7.- Si un medicamento tiene escrito en su instructivo “ agitese antes de usar” lo mas probable es que sea:

a) suspensión

b) coloide

c) disolución

d) compuesto

e) solvente

8.- Determinar cuales de los ejemplos son sistemas coloidales:1.- agua oxigenada 2.- vinagre 3.- coca-cola 4.- aire

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a) solo 3

b) 1, 4

c) 2, 3, 4

d) solo 4

e) 1, 3, 4

9.- Los coloides liofilicos son aquellas dispersiones en las que hay _______ atracción entre la fase dispersa y el medio.

a) muy poca

b) mucha

c) mediana

d) nula

e) iones de 10.- Una base, según Brönsted-Lowry se define como:

a) un aceptor de protones

b) un aceptor de electrones

c) un donador de protones

d) una sustancia que libera iones hidrógeno positivos en agua

e) un donador de electrones

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