La Química es parte de la Ciencia que estudia la obtención, las propiedades y la transformación de las Sustancias Puras y los sistemas que ellas forman.
La Ciencia es el conocimiento obtenido a través del llamado método científico.
El método científico es un modo natural, ordenado, racional y sistemático de obtener el conocimiento. Este modo comienza con la observación de un fenómeno, continúa con la formulación de hipótesis que intentan explicar lo observado, prosigue con los experimentos que permiten confirmar y descartar las hipótesis. Como resultado de las actividades descritas se obtienen conocimientos particulares que se expresan mediante las leyes científicas . Una visión más general de un tema sostenida por varias leyes se denomina teoría.
Las Sustancias Puras son una manifestación más o menos sofisticada de la materia y la comprensión del concepto se alcanza luego de un estudio breve de los diferentes sistemas materiales. La materia es todo lo que tiene masa o pesa y puede ser perceptible o imperceptible por nuestros sentidos.
Los Sistemas Materiales
El Estudio de los Sistemas materiales debe relacionarse fundamentalmente con aspectos estructurales y propiedades de la materia.
El aspecto estructural fundamental es el carácter discontinuo, corpuscular o particulado de la materia que se manifiesta en fenómenos de difusión y cambios de estado físico.
CAMBIO DE ESTADO FISICO DE LA MATERIA
LA PRIMERA CATEGORIZACION DE LOS SISTEMAS MATERIALES ESTA BASADA EXCLUSIVAMENTE EN EL CONCEPTO DE FASE.
ALGUNAS TECNICAS DE SEPARACIÓN DE FASES DE SISTEMAS HETEROGENEOS.
FILTRACIÓN
CENTRIFUGACIÓN
TAMIZACIÓN
SISTEMA ESTRUCTURAL DE LA MATERIA.
ALGUNAS TECNICAS DE SEPARACIÓN DE SUSTANCIAS PURAS DESDE SISTEMAS HOMOGENEOS.
DESTILACIÓN
EXTRACCIÓN POR SOLVENTE
El soluto es extraído del solvente original por un solvente extractor, inmiscuible con el primero, y que disuelve mejor al soluto
LAS SUSTANCIAS PURAS
EL CAMBIO QUÍMICO Y LAS LEYES FUNDAMENTALES
Sabemos que una Sustancia Pura es un sistema formado por un tipo de moléculas características para esa Sustancia, es decir de tamaño, masa y forma bien definidas. Cuándo las Sustancias Puras reciben energía mayor que la necesaria para que acontezcan los cambios físicos sus moléculas se modifican, variando el tamaño, la masa y la forma, es decir se transforman en moléculas o Sustancia Puras distintas de las iniciales. En estos casos ha ocurrido un Cambio Químico o Reacción Química.
Cambio Químico
Sustancia (s) Pura (s) Inicial (es) ------> Sustancia (s) Pura (s) Final (es)
Molécula (s) Inicial (es) ------> Molécula (s) Final (es)
Reaccionante (s) ------> Producto (s)
Se observa que algunas moléculas se rompen en fragmentos o degradan con relativa facilidad, finalmente se llega a fragmentos o moléculas muy resistentes a la ruptura o degradación. Estas últimas sustancias de difícil ruptura o degradación se consideran fundamentales y se les denomina Elementos y con ellas se formarían aquellas más complejas y que se les denomina Compuestos. Una definición precisa de estos conceptos surge cuando se aclaran aspectos estructurales de las moléculas.
Ley de la Conservación de la Materia (Lavoisier)
En un cambio químico la masa de los reaccionantes es igual a la masa de los productos.
Ley de las Proporciones Definidas ( Proust)
La proporción en que los elementos se combinan para formar compuestos es definida o constante no importando la procedencia del compuesto.
Ley de las proporciones Múltiples (Dalton)
Los pesos de un elemento que se combinan con una cantidad fija de un segundo elemento cuando se forman dos o más compuestos están en relación de números enteros.
MODELO ATÓMICO
Las leyes fundamentales recién estudiadas demuestran que las moléculas a su vez están formadas por otras partículas aún más pequeñas. Estas nuevas partículas se denominan átomos y deben poseer las siguientes cualidades:
LOS ELEMENTOS Y LOS COMPUESTOS
NOMENCLATURA QUIMICA Y EJEMPLOS
Un átomo de un Elemento se representa por su Símbolo
Un átomo de cobre se representa por su Cu
Un átomo de oxígeno se representa por O
Un átomo de hidrógeno se representa por H
Una molécula de una Sustancia Pura se representa por su Fórmula
Una molécula de Oxido de Cobre (I) se representa por Cu2O
El número de átomos del elemento se indica con un subíndice después del Símbolo y se llama Atomicidad.
Un reordenamiento de atomos de un cambio Químico se representa por su Ecuación
Un reordenamiento de atomos de la formación del hidróxido de cobre (I) se representa por
Cu2O + H2O = 2 Cu OH
El número de partículas idénticas se indica delante de la fórmula con el Coeficiente Estequiométrico
LEY DE VOLUMENES DE COMBINACIÓN DE GASES ( Gay Lussac)
Los volumenes de gases de Reaccionantes y Productos, medidos en iguales condiciones de Presión y Temperatura, están en relación de números enteros.
HIPOTESIS O PRINCIPIO DE AVOGADRO
En volumenes iguales, de cualquier gas, medidos en iguales
condiciones de P y T existe igual número de moléculas.
La Presión que ejercen las moléculas al chocar con las paredes del recipiente depende:
1) de la magnitud de los Impactos = masa x velocidad
(relacionable con la Energía Cinética = 1/2 masa x velocidad 2 y proporcional a la temperatura)
2) del número de Impactos ( proporcional al número de moléculas)
Avogadro razona:
Si las temperaturas son iguales, las magnitudes de los impactos son iguales
(m v = m’v’, la molécula liviana se mueve rápido y la pesada se mueve lento) y si las presiones son iguales, el número de Impactos ( número de moléculas) son iguales.
APUNTES SEGUNDA UNIDAD
ESTUDIO DE LOS ATOMOS
La materia y la Electricidad
Diferentes experimentos demuestran la existencia de dos tipos de electricidad, se les denomina la positiva y la negativa. Si dos cuerpos poseen igual tipo de carga se repelen en tanto que si tienen cargas de distinto signo se atraen.
En sus experimentos de electrólisis, Faraday determinó la proporcionalidad entre la cantidad de sustancias transformadas y la cantidad de electricidad empleada. Surge la noción que la corriente eléctrica es un flujo de partículas que se les llamó electrones.
Thompson demuestra experimentalmente, con el tubo de rayos catódicos la existencia de los electrones.
Tubo de rayos catódicos
Millikan determina la carga eléctrica del electrón en su clásico experimento de la gota de aceite.
Experimento de la gota de aceite de Millikan
LAS PARTICULAS INTRATOMICAS FUNDAMENTALES
Rutherford, bombardea una lámina de oro, con rayos a ( partículas "pesadas", cargadas positivamente)
Experimento de Rutherford
Dispersión de los rayos a por lámina de oro
Rutherford concluye que la lámina de oro es prácticamente vacía, o mejor, el átomo de oro concentra toda su masa en un núcleo de carga positiva de volumen muy pequeño en relación al volumen atómico total.
Comprende la presencia en el núcleo del átomo, de los protones, partículas cargadas positivamente y de masa mayor que la del electrón y que ya habían sido detectadas con el tubo de Thompson. También se comprende la presencia en el nucleo de los neutrones, partículas de igual masa que el protón pero sin carga eléctrica.
El nucleo, por la presencia de los protones, tiene carga positiva y por esta razón atrae los electrones (cargas negativas) que giran a su alrededor en órbitas semejantes, en una primera aproximación a las órbitas planetarias del sistema solar.
LA VISION ATOMICA DE RUTHERFORD
DEFINICIONES
NÚMERO ATÓMICO = NÚMERO DE PROTONES = Z
NÚMERO MÁSICO = NÚMERO DE PROTONES + NÚMERO DE NEUTRONES = A
CARGA ELECTRICA = NÚMERO DE PROTONES - NÚMERO DE ELECTRONES
ION = ATOMO O GRUPO DE ATOMOS CARGADOS ELECTRICAMENTE
DETERMINACIÓN DE LOS PESOS ATOMICOS O PESOS RELATIVOS
La existencia de isótopos (átomos de distinta masa) en todos los elementos debe ser tomada en cuenta cuando se trata de determinar las relaciones de los pesos de los átomos. En la actualidad es posible conocer los distintos tipos de isótopos que presenta un elemento en su estado natural y además es posible saber en que proporción o cantidad se encuentran gracias a la tecnología del espectrógrafo de masas.
ESPECTOGRAFO DE MASAS
El espectrógrafo de masas es un aparato en que por descargas eléctricas los átomos de un elemento se transforman en iones positivos. Estos iones son conducidos a la forma de un haz lineal hasta una zona en que son desviados mediante dispositivos magnéticos o eléctricos de acuerdo a la masa del ión ( los iones más pesados se desvían menos ). Así los iones en diferentes haces según su masa son detectados y cuantificados.
APUNTES TERCERA UNIDAD
LA ENVOLTURA DE LOS ATOMOS
La determinación de la disposición de los electrones alrededor del nucleo atómico ha sido un inmenso logro de científicos de las Matemáticas, la Física y la Química. Los resultados de las investigaciones muestran aspectos sorprendentes de la naturaleza de la materia y la energía. Estos aspectos, en relación al atomo, permiten fundamentalmente la comprensión del comportamiento químico de las sustancias.
MAGNITUDES Y CUALIDADES DE LAS ONDAS
A = Amplitud de la onda (La mayor oscilación respecto de la posición de equilibrio)
c = velocidad de propagación de la onda ( cm/ seg)
l = longitud de onda ( lambda) desplazamiento del frente de onda en un ciclo (cm)
T = Período ( tiempo de un ciclo ) (seg)
n = frecuencia ( nu ) = 1/T seg –1 = ciclos/seg = Hertz
Ecuación fundamental l = c T
EL ESPECTRO CONTINUO DE ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
Al incidirlas ondas electromagnéticas sobre un prisma es posible separar las componentes según sus distintas frecuencias.
DIFERENCIA FISICA CLASICA RESPECTO A LA FISICA MODERNA
FISICA CLASICA
LA ENERGÍA ERA DE NATURALEZA CONTINUA
Y LA ENERGÍA DE UNA ONDA ELECTROMAGNÉTICA
ERA PROPORCIONAL A LA AMPLITUD DE LA ONDA.
FÍSICA MODERNA
LA ENERGÍA ES DE CARACTER DISCONTÍNUO
SE PRESENTA A LA FORMA DE PEQUEÑOS
"PAQUETES DE ENERGÍA "
QUE SE DENOMINAN CUANTOS, CUANTAS O FOTONES
LA ENERGÍA DE UNA ONDA ELECTROMAGNÉTICA ES PROPORCIONAL A SU FRECUENCIA
Energía asociada a los cambios de órbita
LA MECANICA CUANTICA ONDULATORIA
Efecto Compton
DUALISMO ONDA- PARTÍCULA
FOTÓN = ONDA EFECTO PARTÍCULA
COMPTON
==>
ELECTRÓN = PARTÍCULA DIFRACCIÓN ONDA
DE
ELECTRONES
(1927)
==>
DE BROGLIE " Todo cuerpo en movimiento tiene una onda asociada"
λ = h / m x v = h / p
Electrón, partícula – onda estacionaria .
PRINCIPIO DE INCERTIDUMBRE DE HEISSENBERG
Es imposible conocer simultáneamente la posición x y el momento p de un electrón
D x D p = l . h / l = h > 0
ECUACION ONDA PARTÍCULA DE SCHRODINGER
Ecuación diferencial de 2° orden para sistemas onda partícula, en tres dimensiones e independiente del tiempo donde:
h = constante de Planck,
y = Amplitud de la onda,
m = masa dela partícula
x,y,z = coordenadas de posición,
V(x,y,z ) = Energía Potencial,
E = Energía de la partícula
Resolver la ecuación es, lograr por integración, expresiones para:
y = f (x,y,z) ; E = g (x,y,z)
LOS NUMEROS CUANTICOS, SU SIGNIFICADO,
SUS VALORES Y REGLAS DE COMBINACIÓN
n = Número cuántico principal.
Se asocia al tamaño y energia de los orbitales
¿Cuántos valores? infinito
¿Cuáles? 1,2 3,4,..............a ( Es el mismo n del átomo de Bohr)
l = Número cuántico secundario
Se asocia al tipo o forma de los orbitales
¿Cuántos valores? n
¿Cuáles? 0, 1, 2, 3, .........(n-1)
s p d f
Cada uno de los cuatro primeros valores se asocian respectivamente a las letras que se indican.
m = Numero cuántico magnético.
Se asocia con la orientación espacial de los orbitales
¿Cuántos valores? 2l +1
¿Cuáles? - l, - ( l-1 ), .... -1, 0, 1, ......+ ( l-1 ), + l
s = Numero cuántico de spín electrónico.
Se asocia al giro del electrón sobre su eje
¿Cuántos valores? 2
¿Cuáles? - 1 / 2 , + 1 / 2
GRÁFICOS DE ORBITALES
Los orbitales px , py y pz
Los 5 orbitales d
Los 7 orbitales f
Regla de Ta o de las diagonales.
Principio de Hund
En el caso de varios orbitales de igual energía o "degenerados" ( igual n + l , igual n ), por ejemplo una serie de 3 orbitales p, o una serie de 5 orbitales d, o bién una de7 orbitales f. Los electrones entran de a uno en cada uno de ellos, haciéndolo primero, por convención, con spin negativo. Cuando todos los orbitales " degenerados" ya hayan recibido un electrón con spin negativo pueden formarse parejas de spines opuestos.
PROPIEDADES MAGNETICAS DE LAS SUSTANCIAS
Parece conveniente indicar en este momento que el principio de Hund promueve la situación que existan orbitales con un sólo electrón o electrón desapareado. Esta circunstancia tiene una importante consecuencia en las propiedades magnéticas de los elementos. Aquellas sustancias que poseen orbitales con electrones desapareados ( spin - 1/2) tienen propiedades paramagnéticas, esto es, los campos magnéticos de spín se suman, refuerzan o atraen los campos magnéticos externos, las sustancia son imantables.
De no suceder así, es decir, si todos los orbitales tienen electrones apareados ( spin + 1/2 y - 1/2 ) es una circunstancia que determina el diamagnetismo, la sustancia repele campos magnéticos externos y las sustancias no son imantables.
CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS Y ELECTRONES DE VALENCIA
Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en los orbitales de mayor número cuántico principal más aquellos que están en orbitales con el número cuántico principal anterior al mayor a condición de estar incompletos.
SISTEMA PERIODICO DE LOS ELEMENTOS
Ubicación de los Números Atómicos por Configuraciones Electrónicas
APUNTES CUARTA UNIDAD
PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS
CUADRO PERIÓDICO
PROPIEDADES PERIODICAS DE LOS ELEMENTOS
El RADIO ATOMICO (R.A.)
Es la distancia entre el núcleo del átomo y el electrón periférico.
El Radio de lo iones es diferente al de los atomos neutros. Los iones negativos ( ganan electrones) son de mayor Radio, en cambio los positivos, ( pierden electrones) son menor Radio.
Grafico de Radio Atomico y Ionico
EL POTENCIAL DE IONIZACIÓN ( P . I .)
Es la Energía que se necesita para arrancar el electrón periférico a un átomo neutro libre.
LA ELECTROAFINIDAD ( E . A .)
Es la Energía que se libera cuando un átomo libre y neutro capta un electrón.
Mientras más cercano al nucleo, el electrón periférico es atraído con mayor fuerza y viciversa. En consecuencia la magnitud de la Electroafinidad se comporta en forma inversa a la del Radio Atómico .(No cuenta para los gases nobles)
LA ELECTRONEGATIVIDAD ( E. N.)
La Electronegatividad es una magnitud que engloba tanto al P.I como a la E.A. y, en consecuencia, es proporcional a ambas. De la misma forma que las magnitudes anteriores se comporta en forma inversa al Radio Atómico
Mide la tendencia a formar iones negativos o bien la capacidad de atraer electrones.
(No cuenta para los gases nobles)
LA ELECTROPOSITIVIDAD ( E . P .)
La Electropositividad es una magnitud de sentido inverso de la E. N.
Mide la tendencia a formar iones positivos o bien la capacidad de perder, ceder o repeler electrones.
Tampoco cuenta para los gases nobles
RESUMEN DE TENDENCIAS DE LAS MAGNITUDES DE LA PROPIEDADES EN EL SISTEMA PERIODICO.
LA FORMACIÓN DE LOS IONES
Las propiedades periódicas recién estudiadas y sus variaciones en el ordenamiento del Sistema Periódico apuntan a un hecho de singular importancia para el comportamiento químico de los distintos elementos. Esta es la situación de estabilidad, sinónimo de baja energía, de los sistemas electrónicos de los gases nobles. Estos sistemas tienen sus orbitales comprometidos, completos de electrones. La circunstancia que las moléculas de gases nobles son monoatómicas son la prueba de tal estabilidad, es decir, los átomos de los gases nobles no realizan intercambios electrónicos ni para formar iones ni para unirse con otros átomos pues sus configuraciones electrónicas son estables.
Tal concepto es reafirmado y a la vez explica el comportamiento de los átomos de los otros elementos. Estos realizan transferencias electrónicas para formar iones o formar moléculas de tal forma de alcanzar la configuración electrónica del gas noble más cercano. El tener niveles o subniveles electrónicos completos de electrones caracteriza el comportamiento de intercambio electrónico de los átomos de los distintos elementos.
Es así que los atomos ganan o pierden determinadas cantidades de electrones para completar niveles o subniveles alcanzando ciertas cargas eléctricas o estados de oxidación.
LA FORMACION DE LAS MOLECULAS
La formación de los iones o bién alcanzar ciertos estados de oxidación hay que observarlo como un proceso asociado entre distintos átomos y que conduce a la formación de las moléculas de las diferentes Sustancias Puras. Las fórmulas (atomicidades) de aquellas moléculas puede deducirse teniendo en cuenta el estado de oxidación de los iones estabilizados y fundamentalmente la necesidad que la estructura molecular resultante sea eléctricamente neutra. La atomicidad de un elemento se obtiene tomando en primer término el valor absoluto del estado de oxidación del átomo del otro elemento y viciversa, luego aquellas atomicidades se simplifican, de ser posible, llegándose a las definitivas.
El enlace químico es la fuerza que une a los atomos para formar las moléculas.
Como ya se ha dicho es un proceso de estabilización por interacciones electrónicas donde cada átomo trata de alcanzar la configuración electrónica del gas noble más cercano.
Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en los orbitales de mayor número cuántico principal más aquellos que están en orbitales con el número cuántico principal anterior al mayor a condición de estar incompletos.
Apuntes Quinta Unidad
El Enlace Quimico
El enlace químico es la fuerza que une a los atomos para formar las moléculas.
Como ya se ha dicho es un proceso de estabilización por interacciones electrónicas donde cada átomo trata de alcanzar la configuración electrónica del gas noble más cercano.
Los electrones de valencia son aquellos que se encuentran en los orbitales de mayor número cuántico principal más aquellos que están en orbitales con el número cuántico principal anterior al mayor a condición de estar incompletos.
Tipos de Enlace y Polarida de los Enlaces :
ENLACE IONICO. Cesión de electrones, de parte de un átomo fuertemente electropositivo a otro fuertemente electronegativo. Formación de iones positivos y negativos y atracción electrostática entre ellos.
ENLACE COVALENTE. Compartición de parejas de electrones entre átomos de parecida o igual electronegatividad. Electrones compartidos con spines opuestos y atracción magnética.
El Enlace Quimico y la Quimica Cuantica:
La Mecánica Cuántica contempla la combinación matemática de las funciones de ondas de orbitales atómicos para dar orbitales moleculares ( pertenecen a la molécula). La combinación produce dos orbitales moleculares.
Al enlazar dos átomos, los Orbitales atómicos se fusionan para dar orbitales moleculares de dos tipos:
Enlazantes: De menor energía que cualquiera de los orbitales atómicos a partir de los cuales se creó. Se encuentra en situación de atracción, es decir, en la región internuclear. Contribuyen al enlace de tal forma que los nucleos positivos vencen las fuerzas electrostáticas de repulsión gracias a la atracción que ejerce la nube electrónica de carga negativa que hay entre ellos hasta una distancia dada que se conoce como longitud de enlace.
Antienlazantes: De mayor energía, y en consecuencia, en estado de repulsión.
TIPOS DE ENLACES Y UNIONES
Geometria Molecular:
hibridación de los orbitales atómicos (mezcla matemática de funciones de onda).
Existen diferentes formas de hibridación y la forma que en definitiva adopte un átomo decidirá la orientación espacial de sus orbitales y por consecuencia la GEOMETRIA MOLECULAR .
Veamos un ejemplo de hibridacion simple.
Criterios para decidir la hibridacion:
1:- CRITERIO MULTIPLICIDAD DE LOS ENLACES :
Hay que observar la multiplicidad de los enlaces, esto es, cuántas uniones pi deben formarse. Para cada unión pi un átomo debe disponer un orbital p.
Dos uniones pi obligan a un átomo a tener 2 orbitales p, o sea que, la hibridación debe ser sp.
Una unión pi requiere un orbital p. Por lo tanto el átomo puede tener hibridación sp o sp2,pero no sp3 (esta no tiene orbitales p).
2.-CRITERIO DE REPULSIÓN DE PAREJAS DE ELECTRONES:
Las parejas de electrones, ya sean enlazantes o bién no enlazantes, se repelen por tener igual carga. Entonces el criterio obliga a dar el máximo ángulo de separación a todas las parejas de electrones.
Apuntes Sexta Unidad
Propiedades FisicoQuimicas de las Sustancias Puras .
Los tipos de enlaces, la direccionalidad de éstos, los rasgos eléctricos y otras características moleculares determinan las propiedades fisicoquímicas de las sustancias.
El enlace covalente es el más fuerte, lo sigue el iónico y finalmente el metálico que es el más débil.
Moleculas Gigantes:
Son arreglos de átomos, unidos mediante fuerzas de enlace químico (interatómico), en que no está definido el tamaño del sistema. Por lo general son arreglos de gran tamaño y de allí el nombre de la categoría.
Covalentes Tridimensionales:
Son arreglos tridimensionales de átomos iguales o diferentes unidos por enlaces covalentes y dispuestos en el espacio siguiendo las reglas de la hibridación. Son las estructuras más rígidas, duras o resistentes que se conocen.El Carbono en su forma de diamante ( hibridación sp3 ) es un ejemplo típico de ésta categoría. Las láminas de Silicio de la nariz del Discovery son otro ejemplo.
Covalentes Bidimencional:
Es cuando la red de enlaces covalentes se teje en dos dimensiones. Los mismos conceptos de infusibilidad e insolubilidad que para las mallas trididimensionales pero no así en lo que se refiere a la dureza pues las fuerzas de atracción entre las mallas bidimensionales es débil. Por esa razón estas sustancias son blandas en el sentido del desprendimiento de las mallas.
Covalentes Unidimencionales :
Corresponde a las sustancias denominadas polímeros, largas cadenas de unidades conectadas por enlaces covalentes.
Los homopolímeros que repiten unidades iguales (-A-A-A-A-A-A- ; -(A)- n ).
Los copolímeros que repiten unidades distintas ( A-B-A-B-A-B- ; ( -A-B-) n ).
Son cadenas largas llamadas también macromoléculas y por ésta razón es que interaccionan unas con otras de manera significativa.
Ionicas: En estas moléculas gigantes los átomos están unidos por enlaces iónicos. Es decir son un arreglo de iones positivos y negativos que se disponen alternadamente en el espacio compensando sus cargas . La geometría del arreglo es simple cuando los iones positivos y negativos son monoatómicos y además se encuentran en relación 1:1 como en el caso del Na+Cl -.
Metalicas: corresponde al caso de los metales. Los átomos metálicos , al ser muy electropositivos se desprenden de sus electrones de valencia pasando a formar iones positivos. Por su parte los electrones que han perdido su pertenencia a un átomo determinado se mueven entre los iones constituyendo una nube de electrones delocalizados. Esta nube de electrones que une a iones positivos es el enlace metálico.
Moleculas Convencionales o Sustancias Moleculares:
Son aquellos sistemas formados por moléculas que se encuentran claramente definidas, se conoce el número exacto de átomos y de qué elementos está constituída la molécula. Se representan por las llamadas fórmulas moleculares reales.
Apuntes Septima Unidad
El Concepto de Mol y sus Aplicaciones
Un Mol es 6,023 10 23 unidades.
El valor 6,023 1023 fué determinado por Avogadro mediante cálculos estadísticos acerca de sistemas gaseosos y de ahí que se reconoce como el Número de Avogadro ( N ).
N = 6,023 .10 23
El Peso Atómico de un elemento ( A r ) es la masa de un mol de átomos de tal elemento expresada gramos.
Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de átomos.
Un mol de moléculas es 6,023 ·10^23 moléculas.
Hipotesis de Avogadro: En volumenes iguales de diferentes gases medidos en iguales condiciones de P y T existe igual numeros de moleculas.
Un mol de moléculas de cualquier gas medido en TPE. ocupa un volumen de 22,4 Litros.
El Peso Molecular ( M r ) de una sustancia es la masa de un mol de moléculas de tal sustancia expresada en gramos.
Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de moléculas
Calculo del Peso Molecular
Generalizando, si una Sustancia tiene por Fórmula AaBbCc........
A nivel submicroscópico su molécula está formada por a átomos de A, b átomos de B y c átomos de C etc...
y a nivel macroscópico el mol de moléculas está formada por a moles de átomos de A, b moles de átomos de B y c moles de átomos átomos de C etc... y de allí que el Peso Molecular se calcule con la siguiente fórmula.
Mr AaBbCc........ = a * Ar A + b * Ar B + c * Ar C +........
Formulario:
n = N° moles de moléculas Sustancia = masa Sustancia / M r Sustancia
N° de moléculas Sustancia = N° de moles de moléculas Sustancia* N
N° de átomos Elemento = N° moléculas Sustancia * Atomicidad Elemento
N° de moles de átomos Elemento= N° de moles de moléculasSustancia* Atomicidad Elemento
N° de átomos Elemento = N° de moles de átomos Elemento * N
masa Elemento = N° de moles de átomos Elemento * A r Elemento
% Elemento = (masa Elemento/ masaSustancia ) 100
PROPIEDADES INTENSIVAS Son aquellas propiedades del sistema cuyo valor no depende del tamaño del mismo, es decir son independientes de la masa del sistema.
PROPIEDADES EXTENSIVAS Son aquellas propiedades del sistema cuyo valor sí depende del tamaño del mismo, es decir son dependientes de la masa del sistema.
¿Cuál es el volumen del sistema en TPE.?
Volumen Gas TPE = N° de moles de moléculas 22,4 (L/mol)
¿ Cuál es la densidad del sistema a TPE.?
Densidad = masa / Volumen
La densidad es una propiedad intensiva, que depende sólo de la Presión y la Temperatura luego:
Densidad Gas TPE = M r / 22,4
La Ecuacion de Estado de los Gases Ideales. PV = n R T
* P: Presion del gas en atmosferas
* V: Volumenes del gas en litros
* n : Moles del gas
* R: 0,082 (litro.atm/mol.K)
* T: Temperatura absoluta(K)
y la relacion P gas = P atmosfera - Pº
(pº = presion de vapor del agua a la temperatura de trabajo)
Apuntes Octava Unidad
Soluciones
Una solucion es una mezcla homogenea de dos o mas sustancias presentes en una sola fase .
Soluto : Componente (s) que se encuentra (n) , comparativamente, en menor proporción.
Solvente : Componente que se encuentra, comparativamente en mayor proporción.
"Una solucion en la que el solvente es agua es una solucion acuosa".
Sistemas de Solubilidad infinita: El soluto y el solvente se mezclan en proporciones variables, algunas veces sin limitaciones. Los gases se mezclan entre sí sin limitaciones, los líquidos de igual polaridad o apolaridad también se mezclan sin limitaciones.
Sistemas Saturados: Las limitaciones aparecen con mucha claridad cuando se mezclan sustancia originalmente sólida o bién originalmente gas con líquidos. Estas situaciones límites se analizan fundamentalmente usando el concepto de solubilidad y que ahora parece oportuno volver a recordar.
La solubilidad es la mayor cantidad de soluto, que en forma estable, puede disolverse (mezclarse) en una determinada cantidad de solvente bajo condiciones determinadas de Presión y Temperatura.
De acuerdo al grado de solubilidad de un soluto en un determinado solvente, las disoluciones se clasifican en :
* Insaturadas: contienen menos soluto que el establecido por la solubilidad.
* Saturada: contienen la cantidad maxima que establece la solubilidad.
* Sobresaturadas: sobrepasa la cantidad de soluto que indica la solubilidad.
Relaciones fundamentales para el trabajo cuantitativo con soluciones.
Masa de solución = Masa de soluto + Masa de solvente
Todas estas magnitudes son Extensivas pues dependen del tamaño de la solución
Densidad de solución = Masa de solución / Volumen de solución
La Densidad de la solución es Intensiva, no depende del tamaño de la solución, es un cuociente de propiedades Extensivas.
La Concentracion de la Soluciones
La concentracion de una solucione expresa de alguna manera la proporcion existente entre las cantidades de soluto y de solvente.
A continuacion veremos las maneras mas importantes de expresar la concentracion de una solucion :
% p/p = ( Masa soluto / Masa solucion ) x 100
Molaridad M = n soluto / V solucion (L)
Molalidad m= n soluto / Masa solvente (Kg)
Fracciones Molares x soluto = n soluto / n soluto + n solvente
x solvente = n solvente / n soluto + n solvente
x soluto + xsolvente =1
La Cantidad de Soluto:
En varias ocasiones ya hemos determinado la cantidad de moles de soluto que teóricamente debe tener una solución para cumplir los requisitos de Molaridad y Volumen de solución. Utilizamos la expresión:
n soluto = M * Vsolución(L) ; que se deriva de la definición de Molaridad.
Así también podríamos utilizar las fórmulas:
n soluto = m * MASA solvente (Kg) que se deriva de la definición de molalidad,
MASA soluto (g) = (% p/p * MASA solución (g)) / 100 que se deriva de la definición de % p/p etc.
CAMBIOS DE CONCENTRACIÓN POR VARIACIÓN DE LA CANTIDAD DE SOLVENTE
Se trata de operaciones de manejo de soluciones en que la cantidad de soluto permanece constante.
Cuándo a una solución se le agrega solvente, la concentración disminuye a otro valor, cuanto menor mientras mayor sea la cantidad de solvente agregado. El proceso se llama "dilución".
Si por el contrario, a una solución se le quita cierta cantidad de solvente, por evaporación, la concentración se incrementa proporcionalmente a la cantidad de solvente evaporado. La acción de aumentar la concentración por evaporación del solvente se llama "concentrar"
¿Cómo se obtiene la relación que describe estos procesos?
M i * V i = M f * V f
Apuntes Novena Unidad
Magnitudes Fundamentales del Cambio Quimico
Calculos estequiometricos:
Se refieren a la determinación de las cantidades de Sustancias ( A,B,C y D ) involucradas en una determinada reacción química.
Sea a A + b B = c C + d D la ecuación de la reacción general, donde a,b,c y d son los respectivos Coeficientes Estequiométricos.
Sean niA , niB ,niC , niD la cantidad de moles de los reactivos y productos en el instante inicial de la reacción (tiempo = 0)
Sean ntA , ntB ,ntC , ntD la cantidad de moles de los reactivos y productos en el instante t desde el momento inicial de la reacción ( tiempo = t )
Transcurrido el tiempo t, cada una de las sustancias ha variado como consecuencia de la reacción, ya sea desapareciendo (Reactivos) o bién apareciendo (Productos) en las siguientes cantidades.
Las condicion estequiometria estable:
- D nA / a = - D nB / b = D nC / c = D nD / d = ..... = X
Es la forma matemática de indicar que cada sustancia reacciona en cantidad de moles que es proporcional al respectivo coeficiente estequiométrico. Las expresión relaciona las cantidades de moles que reaccionan, de todas las sustancias, en todo instante.
La valoracion o titulacion:
El análisis químico cuantitativo determina las cantidades de sustancia presentes en distintos sistemas. Lo hace con técnicas de gravimetría, o sea el uso de métodos basados en pesar sustancias en balanzas de precisión. Con técnicas de volumetría, métodos basado en la medición de volumenes de soluciones. Con la espectroscopía, basada en métodos ópticos y electrónicos etc. Las técnicas de la Volumetría descansan fundamentalmente en las denominadas Valoración o Titulación, o sea las que determinan el valor de la concentración o el Título de una solución.
La Titulación o Valoración se basa en una reacción química y por lo tanto habrá tantos tipos de Titulaciones como tipos de reacciones que sirvan a propósitos de cuantificación. Se conocen titulaciones de formación de precipitados, de formación de complejos, de ácidos con bases, de oxido reducción etc.
Como la Titulación tiene propósitos cuantitativos la la ecuación de la reacción involucrada y la CONDICIÓN DE ESTEQUIOMETRÍA que de ella se deriva son los elementos fundamental del asunto.
En estricto rigor deberíamos decir que el estado de equilibrio se alcanza cuando las rapideces de las reacciones directas e inversas se igualan ( al ser de sentidos opuestos se anulan los respectivos efectos)
El estado descrito es el del Equilibrio Químico de características dinámicas puesto que no cambia pudiendo cambiar ya que "es posible alterar la igualdad de rapideces.".
Los sistemas moleculares poseen energías que pueden asociarse a diferentes subsistemas, por ejemplo energía en el nucleo, energía electrónica, energía potencial y vibración en los enlaces, energía cinética de rotación y translación molecular.
Para visualizar los 2 ultimos conceptos de energía mencionados podemos recurrir al siguiente ejemplo de un resorte en:
a) reposo y libre b) reposo y enroscado c) movimiento y libre d) movimiento y enroscado
Definiciones de velocidad de Reaccion:
Una primera definición, de caracter extensivo, para la velocidad de reacción es : es el cuociente entre la variación del número de moles de una sustancia R como consecuencia de una reacción y el lapso de tiempo en que ocurre tal variación.
Velocidad de reacción = v R = Δ n R / Δ t ( mol / s)
Influencia de la temperatura en la velocidad de reaccion:
Influencia de la concentraciones en la velocidad de reaccion:
En términos más simples la probabilidad de choques aumenta al aumentar la concentración de las sustancias reaccionantes. En definitiva la velocidad de las reacciones se incrementa al aumentar la concentración de las sustancia reaccionantes.
APUNTES DECIMA UNIDAD
Equilibrio Quimico
Ya hemos expresado que, por convención, se acostumbra a analizar la situación de equilibrio arribando a ella desde los reactivos formales y que por otra parte esa situación de equilibrio es el resultado de la igualación en valor absoluto de las velocidades de reacción directa e inversa.
Se observa que a partir del momento inicial y en cada instante, las velocidades directa e inversa varían conforme a lo expresan sus respectivas leyes de velocidad. Esto es, si las reacciones directa e inversa quedan expresadas por la ecuación generalizada siguiente y además son elementales ( Estado Transición de un choque)
a A + b B = c C + d D
la constante del equilibrio, K eq, asociada al mismo y que definimos mediante la siguiente expresión:
MODIFICACIONES DE LA SITUACIÓN DE EQUILIBRIO
PRINCIPIO DE LE CHATELIER
"Cuando un sistema que se encuentra en la situación de equilibrio químico es sometido a una modificación (por ejemplo una variación de temperatura, variación de la concentración de una de las especies presentes en el equilibrio, variación de la presión u otra ), busca una nueva posición de equilibrio y al hacerlo contrarresta la modificación"
EFECTO DE VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA SOBRE EL EQUILIBRIO.
Existen dos tipos de diagramas:
a) los que corresponden a reacciones que liberan calor o reacciones exotérmicas en que las moléculas de reactivos almacenan más energía potencial que los productos y
b) los que corresponden a reacciones que absorben calor o reacciones endotérmicas donde las moléculas de los productos son las que almacenan más energía potencial que las de los reactivos.
Toda variación de concentración de un sistema en equilibrio significará un déficit o un exceso y el sistema buscará un nuevo equilibrio desplazándose en el sentido de eliminarlos".
EFECTO DE VARIACIÓN DE LA PRESIÓN SOBRE EL EQUILIBRIO.
Sabemos que la presión de un sistema es proporcional al número de moléculas presentes en él, es inversamente proporcional al Volumen del sistema y proporcional a la temperatura absoluta del mismo conforme a lo establecido en la ecuación de los gases ideales. La variación de cualquiera de aquellos parámetros provocará una variación de la presión. P= nRT/V
EQUILIBRIO QUIMICO EN SOLUCIONES ACUOSAS
Puesto que el agua es el medio en que verifica la reacción, la constante de equilibrio tiene la siguiente expresión:
Kw = [ H+ ] [ OH-]
Kw = [ H+ ] [ OH-] = 10 -14
Es muy común en este tema indicar la situación de concentración de H+ o OH- mediante el uso del algoritmo p = -log, es decir se hace referencia no a las molaridades sino a los exponentes con base 10 de esas molaridades. Así:
pH = - log [ H+ ] y pOH = - log [ OH-]
y sus inversas son [ H+ ] = antilog -pH y [ OH- ] = antilog - pOH
Los Acidos y las Bases
ACIDOS son sustancias que se disocian en agua liberando el ión hidrógeno (Definición de Arrehenius)
BASES son sustancias que se disocian en agua liberando el ión hidroxilo. ( Definición de Arrehenius)
Definición de ácidos y bases según Bronsted y Lowry.
un ácido es una sustancia que cede H+
base es una sustancia que capta H+
