folleto química(1)
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QUMICA GENERAL I
CAPTULOS Pg.
1. ENLACE QUMICO 2
2. GEOMETRA MOLECULAR 8
3. LQUDOS 19
4. SLIDOS 34
5. SOLUCIONES 44
6. CINTICA QUMICA 57
7. EQUILIBRIO QUMICO 74
8. CIDOS Y BASES - EQUILIBRIO INICO 83
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CAPTULO 1
ENLACE QUMICO
Un enlace qumico es el proceso fsico responsable de las interacciones atractivas
entre tomos y molculas, y que confiere estabilidad a los compuestos qumicos
diatmicos y poliatmicos. En general, el enlace qumico fuerte est asociado con la
comparticin o transferencia de electrones entre los tomos participantes.
Los enlaces varan ampliamente en su fuerza. Generalmente, el enlace covalente y el
enlace inico suelen estar descritos como fuertes, mientras que el enlace de
hidrgeno y las fuerzas de Van der Waals son consideradas como dbiles. Debe
tenerse cuidado porque los enlaces dbiles ms fuertes pueden ser ms fuertes que
los enlaces fuertes ms dbiles.
ENLACE COVALENTE
En un enlace covalente, los dos tomos enlazados comparten electrones. Si los
tomos del enlace covalente son de elementos diferentes, uno de ellos tiende a atraer
los electrones compartidos con ms fuerza, y los electrones pasan ms tiempo cerca
de ese tomo; a este enlace se le conoce como covalente polar. Cuando los tomos
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unidos por un enlace covalente son iguales, ninguno de los tomos atrae a los
electrones compartidos con ms fuerza que el otro; este fenmeno recibe el nombre
de enlace covalente no polar o apolar.
ENLACE INICO
El enlace inico es un tipo de interaccin electrosttica entre tomos que tienen una
gran diferencia de electronegatividad. No hay un valor preciso que distinga la
ionicidad a partir de la diferencia de electronegatividad, pero una diferencia sobre 1.7
suele ser inica y una diferencia menor a 1.7 suele ser covalente. En palabras ms
sencillas, un enlace inico es aquel en el que los elementos involucrados aceptan o
pierden electrones (se da entre un catin y un anin) o dicho de otra forma, es aquel
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en el que un elemento ms electronegativo atrae a los electrones de otro menos
electronegativo.
Taller 1
1) Representar con smbolos de Lewis
a) Cloro
b) Cloro molecular
c) In cloruro
a)
b)
c)
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2) Clasifique los enlaces de las molculas y dibuje una X en la columna
correspondiente:
Molcula Enlace Inico Enlace covalente
polar
Enlace covalente
No polarKFN2H2CH4MgCl2
Clculos:
3) Las siguientes especies qumicas determine el tipo de enlace que une a los
tomos (inico covalente); en caso de ser un enlace covalente determine su
polaridad (polar no polar). Analice el fundamento de3 electronegatividad.
Molcula Tipo de enlace
CH4
Cl2
NaF
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DEBER 1
Prediga el tipo de enlace que deben tener los siguientes compuestos:
Molcula Tipo de enlace Estructura de Lewis
a. Cl2
b. HBr
c. KCl
d. NH3
e. CO2
f. MgBr 2
g. H2
h. CCl4
i. O2
j. HF
k. SO2
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CAPTULO 2
GEOMETRA MOLECULAR
La geometra molecular se refiere a la disposicin tridimensional de los tomos de una
molcula. La geometra de una molcula afecta sus propiedades fsicas y qumicas
como por ejemplo, el punto de fusin, el punto de ebullicin, la densidad y el tipo de
reacciones en que pueden participar. En general, la longitud y el ngulo de los
enlaces se deben determinar en forma experimental. Sin embargo, existe un
procedimiento sencillo que permite predecir la geometra de las molculas o iones con
bastante xito, si se conocen el nmero de electrones que rodean al tomo central,segn su estructura de Lewis. El fundamento de este enfoque es la suposicin de que
los pares electronesde la capa de valencia de un tomo se repelen entre s.
MODELO DE LA REPULSIN DE LOS PARES ELECTRNICOS DE LA CAPA DE
VALENCIA (RPECV)
La geometra que finalmente adopta la molcula (definida por la posicin de todos lostomos) es aquella en que la repulsin es mnima. Este enfoque para estudiar la
geometra molecular se llama modelo RPECV, ya que explica la distribucin
geomtrica de los pares electrnicos que rodean el tomo central en trminos de la
repulsin electrosttica entre dichos pares.
Dos reglas para la aplicacin del modelo RPECV son:
Al considerar la repulsin de los pares electrnicos, los dobles y los triples
enlaces se pueden tratar como si fueran enlaces sencillos. ste es un
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enfoque con propsitos cuantitativos. Sin embargo se debe observar que, en
realidad, los enlaces mltiples son mayores que los enlaces sencillos; es
decir, como hay dos o tres enlaces entre dos tomos. La densidad
electrnica ocupa mayor espacio.
Si una molcula tiene dos o ms estructuras resonantes, es posible aplicar el
modelo RPEVC a cualquiera de ellas. Por lo general las cargas formales no
se muestran.
Con este modelo en mente, se puede predecir la geometra de las molculas (e iones)
de manera sistemtica. Para lograrlo, es conveniente dividir las molculas en dos
categoras, dependiendo de la presencia o ausencia de pares electrnicos libres en el
rea central.
AB2: Cloruro de Berilio (BeCl2)
La estructura de Lewis del cloruro de Berilio en estado gaseoso es:
Debido a que los pares enlazantes se repelen entre s, deben estar en los extremosopuestos de una lnea recta para estar tan alejados como sea posible. As, es posible
predecir que el ngulo del ClBeCles de 180 y la molcula es lineal.
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AB3 Trisulfuro de boro (BFe3)
El trisulfuro de boro contiene tres enlaces covalentes, o pares enlazantes, en la
distribucin ms estable, los tres enlazantes BF apuntan hacia los vrtices de un
tringulo equiltero con el B en el centro del tringulo.
La geometra del BFe3, es trigonal plana porque los tres tomos terminales estn en
los vrtices de un tringulo equiltero, que es plano:
Entonces, cada uno de los tres ngulo BFB es de 120, y los cuatro tomos se
encuentran en el mismo plano.
AB4: Metano (CH4)
La estructura de Lewis del metano es:
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Debido a que hay cuatro pares enlazantes, la geometra del CH4 es tetradrica. Un
tetaedro tiene cuatro lados, o cuatro caras, siendo todas tringulos equilteros. En
una molcula tetradrica, el tomo central se localiza en el centro del tetraedro y los
otros cuatro tomos estn en los vrtices. Los ngulos de enlace sonde 109.5.
AB5: Pentacloruro de fsforo (PCl5)
La estructura de Lewis del pentacloruro de fsforo (en fase gaseosa) es
La nica forma de reducir las fuerzas de repulsin entre los cinco pares enlazantes es
distribuir los enlaces PCl en forma de una pirmide trigonal. Una bipirmide trigonal se
forma al unir por la base de tetraedros.
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AB5: Hexafluoruro de azufre (SF6)
La distribucin es ms estable para los seis pares enlazantes SF es en forma de
octaedro.
Un octaedro tiene ocho lados y se forma uniendo por la base dos pirmides de base
cuadrada. El tomo central en este caso es el S est en el centro de la base cuadrada
y los tomos que lo rodean se encuentran en los seis vrtices.
Molculas en las que el tomo central tiene uno o ms pares de electrones libres
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Para identificar el nmero total de pares enlazantes y pares libres, se designar{an las
molculas con pares libres como ABxEy, donde A es el tomo central, B es un tomo
de los alrededores y E es un par libre sobre A. tanto x como y son nmeros enteros.
AB2E: Dixido de azufre (SO2)
La estructura de Lewis del dixido de azufre
Debido a que en el modelo RPECV se tratan los dobles enlaces como si fueran
sencillos, la molcula de SO2 se puede visualizar como un tomo central de S con trespares de electrones. De stos, dos son pares enlazantes y uno es un par libre. Se ve
que la distribucin de los pares de electrones es trigonal plana. Pero, debido a que
uno de los pares de electrones es un par libre, la molcila de SO2 tiene forma angular.
AB2E: Amonaco (NH3)
La molcula de amonaco contiene tres pares enlazantes y un par libre:
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La distribucin global para cuatro pares de electrones es tetradrica. Pero en el NH3,
uno de los pares de electrones es un par libre, por lo que la geometra del es
piramidal con base triangular.
Debido a que un par libre repele con ms fuerza a los pares enlazantes, los tres pares
enlazantes NH se acercan.
AB2E2: Agua (H2O)
Una molcula de agua contiene dos pares enlazantes y dos pares libres:
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La distribucin global de los cuatro ppares de electrones libres en el agua es
tetradrica, al igual que en el amonaco. Sin embargo a diferencia de ste,
el agua tiene dos pares libres sobre el tomo central de Oxgeno.
Estos dos pares libres tienden a alejarse entre s lo ms posible. Como consecuencia,
los dos pares enlazantes OH se acercan ms entre s, por lo que se puede predecir
una mayor desviacin del ngulo tetradrico que en el NH3.
AB4E: Tetrafluoruro de azufre (SF4)
La estructura de Lewis:
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El tomo central de azufre tiene cinco pares de electrones, cuya distribucin de
acuerdo al grfico es bipiramidal trigonal. Sin embargo, en la molcula de SF4 uno de
los pares de electrones es un par libre, por lo que la molcula debe tener una de las
siguientes geometras.
GEOMETRA DE MOLCULAS CON MS DE UN TOMO CENTRAL
La geometra de las molculas que tienen slo un tomo central. La geometra global
de las molculas con ms de un tomo central es difcil de definir en la mayora de los
casos. Con frecuencia se puede describir slo la forma alrededor de cada tomo
central. Por ejemplo, considere el metanol,
Los dos tomos centrales en el metanol son C y O. los tres pares enlazantes CH y el
par enlazantes CO tienen una distribucin tetradrica en torno al tomo de C. el
ngulo de los enlazes HCH y OCH es aproximadamente de 109. El tomo de O en
este caso se parece al del agua, que tiene dos pares libres y dos pares enlazantes.
Por tanto, la parte HOC de la molcula es angular y el ngulo HOC es
aproximadamente igual a 105.
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TALLER 2
1) Para la siguiente especie qumica SF6, identifique el tomo central, los
electrones de valencia de cada tomo perifrico, nmero de enlaces y tipos de
enlace.
2) Indique en la siguiente tabla la estructura de Lewis, forma molecular, geometra
molecular y tipo de enlace para las siguientes especies qumicas.
No. Especie
qumica
Estructura
de Lewis
Forma
Molecular
Geometra
Molecular
Pares de
electrones
enlazantes
Pares de
electrones no
enlazantes1. PCl3
2. CH2Cl2
3. HCN
4. H2SO3
5. CCl4
6. NH4+
7. HNO3
8. CH4
9. NO3-
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DEBER 2
Complete la siguiente tabla correspondiente al captulo de geometra molecular.
No. Especie
qumica
Pares de
electrones
compartidos
Pares de
electrones
solitarios
Distribucin Geometra ngulo
de
enlace
Ideal
Grfico
1. BeCl2
2. BF3
3. SO2
4. CH4
5. NH3
6. H2O
7. PCl5
8. SF4
9. ClF3
10. SF6
11. BrF5
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CAPTULO 3
LQUIDOS
CAPACIDAD CALORFICA
La capacidad calorfica de un cuerpo es el cociente entre la cantidad de energa
calorfica transferida a un cuerpo o sistema en un proceso cualquiera y el cambio de
temperatura que experimenta. Para medir la capacidad calorfica bajo unas
determinadas condiciones es necesario comparar el calor absorbido por una sustancia
(o un sistema) con el incremento de temperatura resultante. La capacidad calorfica
viene dada por:
Donde:
C es la capacidad calorfica, que en general ser funcin de las variables de
estado.
Q es el calor absorbido por el sistema.
DT es la variacin de temperatura.
Se mide unidades del SI julios/K ( tambin en cal/C).
La capacidad calorfica (C ) de un sistema fsico depende de la cantidad de sustancia
o masa de dicho sistema. Para un sistema formado por una sola sustancia
homognea se define adems el calor especfico o capacidad calorfica especfica c a
partir de la relacin:
Donde:
c es el calor especfico o capacidad calorfica especfica.
m la masa de sustancia considerada.
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CALOR LATENTE
El calor necesario para que se produzca el cambio de estado de una sustancia sellama calor latente (L). Segn el cambio de estado que sufra la sustancia puede ser,
calor latente de fusin (Lf), calor latente de vaporizacin (Lv) o calor latente de
sublimacin (Ls).
El calor latente depende de algunos datos:
La masa (m) de dicha sustancia.
Cantidad de Calor Q.
La frmula es:
Q = m * L
CALOR DE VAPORIZACIN Y PUNTO DE EBULLICIN (LA ECUACINM DE
CALUSIUS CLAPEYRON)
Para pasar de la fase lquida a la fase de vapor necesita una absorcin de energa por
parte de las molculas lquidas, ya que la energa total de estas es menor que la de las
molculas gaseosas. En el caso contrario, en la condensacin, se produce un
desprendimiento energtico, en forma de calor. El calor absorbido por un lquido para
pasar a vapor sin variar su temperatura se denomina calor de vaporizacin. Se suele
denominar calor latente de vaporizacin cuando nos referimos a un mol. El proceso
de vaporizacin en equilibrio para una sustancia X se puede esquematizar como:
X (l) ____ X (g)
Donde (l) y (g) representan el estado lquido y gaseoso respectivamente. El
intercambio calrico que entra en el juego se invierte en vencer la fuerza de atraccin
del lquido y se suele denominar calor latente interno de vaporizacin molar. La
relacin cuantitativa entre la presin de vapor P de un lquido y la temperatura
absoluta T est dada por la ecuacin Clausius-Clapeyron:
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Donde C es una constante, ln es el logaritmo natural y R es la constante de los gases.
Ahora bien si consideramos dos presiones de vapor P1 y P2 del mismo lquido a dos
temperaturas T1 y T2 distintas, la ecuacin se puede rescribir en la forma:
Cuando la presin de vapor del lquido es igual a la presin externa que ejerce el gas
en contacto con el lquido, se observa la formacin de burbujas en el seno del lquido y
se dice que este entra en ebullicin. As pues, el punto de ebullicin de un lquido se
define como:
La temperatura a la cual su presin de vapor es igual a la presin externa.
Si se produce una disminucin de la presin externa, el punto de ebullicin disminuye,
mientras que un aumento de la presin externa provocar un aumento del punto de
ebullicin.
DIAGRAMA DE FASES
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Se denomina diagrama de fase a la representacin grfica de las fronteras entre
diferentes estados de la materia de un sistema, en funcin de variables elegidas para
facilitar el estudio del mismo. Cuando en una de estas representaciones todas las
fases corresponden a estados de agregacin diferentes se suele denominar diagrama
de cambio de estado.
Los diagramas de fase ms sencillos son los de presin temperatura de una
sustancia pura, como puede ser el del agua. En el eje de ordenadas se coloca la
presin y en el de abscisas la temperatura. Generalmente, para una presin ytemperatura dadas, el cuerpo presenta una nica fase excepto en las siguientes
zonas:
Punto triple: en este punto del diagrama coexisten los estados slido, lquido y
gaseoso. Estos puntos tienen cierto inters, ya que representan un invariante y
por lo tanto se pueden utilizar para calibrar termmetros.
Los pares (presin, temperatura) que corresponden a una transicin de fase
entre:
a) Dos fases slidas: Cambio alotrpico;
b) Entre una fase slida y una fase lquida: fusin solidificacin;
c) Entre una fase slida y una fase vapor (gas): sublimacin
deposicin (o sublimacin inversa);
d) Entre una fase lquida y una fase de vapor: vaporizacin
condensacin (o licuefaccin).
Es importante sealar que la curva que separa las fases vapor-lquido se detiene en
un punto llamado punto crtico. Ms all de este punto, la materia se presenta como
un fluido supercrtico que tiene propiedades tanto de los lquidos como de los gases.
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CALOR DE VAPORIZACIN Y PUNTO DE EBULLICIN
El calor molar de vaporizacin (DHvap) es una medida de la intensidad de las
formas intermoleculares que se ejercen en un lquido. Esta propiedad se define como
la energa (por lo general, en Kilojoules) necesaria para evaporar un mol de un lquido.
El calor molar de vaporizacin est relacionado directamente con la magnitud de las
fuerzas intermoleculares que hay en el lquido. Si la atraccin intermolecular es fuerte,se necesita mucha energa para liberar las molculas de la fase lquida. Por
consecuencia, el lquido tiene una presin de vapor relativamente baja y un elevado
calor molar de vaporizacin.
La relacin cuantitativa entre la presin de vapor P de un lquido y la
temperatura absoluta T est dada por la ecuacin de Clausius Clapeyron.
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Ejercicios
1) El ter etlico es un lquido orgnico muy inflamable que se utiliza como
disolvente. La presin de vapor del ter dietlico es 401 mmHg a 18 C .
calcule su presin de vapor a 32 C.
2) La presin de vapor del etanol es de 100 mmHg a 34.9 C. Cul es su
presin de vapor a 63.5 C? (El AH del etanol es 39.3 Kj/mol)
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PUNTO DE EBULLICIN
Es la temperatura a la cual la presin de vapor de un lquido es igual a
la presin externa. El punto de ebullicin normal de un lquido es la
temperatura a la cual hierve cuando la presin externa es 1 atm.
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TEMPERATURA CRTICA (Tc)
Temperatura por arriba de la cual la fase gaseosa no se puede licuar,
independientemente de la magnitud de la presin que se aplique.
PRESIN CRTICA (Pc)
Es la mnima presin que se debe aplicar para llevar a cabo la
licuefaccin a la temperatura crtica.
EQUILIBRIO LQUIDO - SLIDO
La transformacin de un lquido en slido se conoce como congelacin;
el proceso inverso se denomina fusin. El punto de fusin o el punto de
congelacin de un lquido es la temperatura a la cual las fases slida y lquida
coexisten en el equilibrio. El punto de fusin (o congelacin) normal de una
sustancia es la Temperatura a la cual una sustancia se funde (o se congela) a
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1 atm de presin. Por lo general, se omite la palabra normal cuando la
presin es de 1 atm.
Calor molar de fusin
Es la energa necesaria (comnmente en Kilojoules) para fundir 1 mol
de slido.
EQUILIBRIO SLIDO VAPOR
Los slidos tambin experimentan evaporacin y por consiguiente,
poseen una presin de vapor.
El proceso en el cual las molculas pasan directamente de slido a
vapor se conoce como sublimacin. El proceso inverso se denomina
deposicin, esto es, las molculas hacen la transicin directa de vapor a
slido.
Como las molculas estn unidas con ms fuerza en un slido, su
presin de vapor suele ser mucho menor que la del lquido correspondiente.
La energa (por lo general en kilojoules) necesaria para sublimar un mol de
slido recibe el nombre de calor molar de sublimacin, y es igual a la suma de
los calores molares de fusin y vaporizacin.
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Ejercicios
1) Calcule la cantidad de energa (en Kilojoules) necesaria para calentar 346 gde agua lquida desde 0C a 182C. suponga que el calor especfico del
agua es 4.184 J/g C en todo el intervalo lquido y que el calor especfico de
vapor es 1.99 J/g C.
Grfico:
2) Calcule el calor que se libera cuando 68.0 gramos de vapor a 124C. se
convierten en agua a 45C
Grfico:
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Clculos:
TALLER 3
1) Durante muchos aos, el agua potable se ha enfriado en climas clidos
evaporndola de las superficies de bolsas de lona u ollas de barro poroso.
Cuntos gramos de agua se pueden enfriar de 35 C a 22 C por laevaporacin de 50 gramos de agua? (El calor de vaporizacin del agua en este
intervalo de temperatura es de 2,4 KJ/g el calor especfico del agua es de 4,18
J/gK)
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2) El etanol (C2H5OH) dunde a -114C y ebulle a 78C; la entalpa de fusin del
etanol es de 5.02 KJ/mol, y su entalpa de vaporizacin es de 38.56 KJ/mol.
Los calores especficos del etanol slido y lquido son 0.97 J/gK y 2.3 J/gK
respectivamente. Cunto calor se requiere para convertir 75 g de etanol a120C, a la fase de vapor a 78C?
Grfico:
Clculos:
3) Calcule el cambio de entalpa para convertir 3 mol de hielo de -50C en vapor
de agua a 150C bajo una presin constante de 1 atm. Los datos para el
problema se detallan a continuacin:
Grfico:
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Clculos:
4) A continuacin se muestran cinco mediciones de presin de vapor para el
mercurio a distintas temperaturas. Determine mediante un grfico el calor
molar de vaporizacin del Hg.
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T(C) 340 320 300 250 200P (mmHg) 557,9 376,3 246,8 74,4 17,3T (K)1/TK
(lnP(mmHg))
Grfico:
Clculos:
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5) La presin de vapor del etanol es de 100 mmHg a 34.9 C. proceda a
determinar la presin de vapor a 63,5 C. tomar en cuenta que calor molar de
vaporizacin del etanol es de 39,3 Kj/mol (DHvap).
Datos:
Clculos:
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DEBER 3
1) Los puntos de ebullicin y de congelacin del dixido de azufre (SO2) son
-10C y 72.7 C (a 1 atm), respectivamente. El punto triple es 75.5 C y
1.65 x 10-3 atm; su punto crtico est a 157 C y 78 atm. Con esta informacin,
dibuje un esquema no escalan del diagrama de fases SO2.
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CAPTULO 4
SLIDOS
Los slidos se dividen en dos categoras: cristalinos y amorfos. El hielo es un
slido cristalino que posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, sus tomos
molculas o iones ocupan posiciones especficas.
La celda unitaria es la unidad estructural repetida de un slido cristalino.
TIPOS DE CELDAS
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CELDA CBICA SIMPLE
Se la conoce como la unidad bsica que se repite en la distribucin de las
esferas.
CBICA CENTRADA EN EL CUERPO
Se distingue de un cubo simple en que la segunda capa de esferas se
acomoda en los huecos de la primera capa, mientras que la tercera lo hace en los
huecos de la segunda capa.
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Cada esfera de esta estructura tiene un nmero de coordinacin de 8 (cada
una est en contacto con cuatro esferas de la capa superior y cuatro de la capa
inferior).
CBICA CENTRADA EN LAS CARAS
En esta celda hay esferas en el centro de cada una de las seis caras del cubo,
adems de las 8 esferas de los vrtices.
CELDAS UNITARIAS
Se define como celda unitaria, la porcin ms simple de la estructura cristalina
que al repetirse mediante traslacin reproduce todo el cristal. Todos los materiales
cristalinos adoptan una distribucin regular de tomos o (in/iones) en el espacio.
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a interferencia es constructiva cuando la diferencia de fase entre la radiacin emitida por
diferentes tomos es proporcional a 2. Esta condicin se expresa en la ley de Bragg:
Donde
n es un nmero entero,
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es la longitud de onda de los rayos X,
des la distancia entre los planos de la red cristalina y,
es el ngulo entre los rayos incidentes y los planos de dispersin.
SLIDOS CRISTALINOS:
TIPOS DE SLIDOS CRISTALINOS:
Las estructuras y propiedades de los cristales
Inicos:
Se caracterizan porque sus redes cristalinas estn formadas por cationes y
aniones unidos por fuerzas electrostticas (NaCl). Tienen puntos de fusin
elevados, son solubles en agua y conducen la electricidad cuando se
encuentra en una disolucin acuosa.
http://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_Xhttp://commons.wikimedia.org/wiki/File:Loi_de_bragg.png?uselang=eshttp://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondahttp://es.wikipedia.org/wiki/Rayos_X -
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Moleculares:
Las unidas que se repiten en la red cristalina son tomos molculas neutras
(I2). Tienen bajos puntos de fusin, son solubles en disolventes no polares y no
conducen la electricidad.
Metlicos:
Formados por cationes metlicos rodeados de electrones mviles (Fe, Na).
Tienen puntos de fusin elevados, son insolubles en el agua y la mayora de
los disolventes orgnicos y son buenos conductores.
Red Covalente:
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Los tomos que forman la red se unen mediante enlaces covalentes y no
forman molculas discretas (diamante). Tienen sus puntos de fusin muy
elevados, son insolubles en la mayora de los disolventes comunes y no son
conductores.
SLIDOS AMORFOS
Los slidos son ms estables en forma cristalina. Los slidos amorfos como el
vidrio, carecen de una distribucin tridimensional regular de tomos.
TALLER 4
1) Un elemento cristaliza en una celda unitaria cbica centrada en el cuerpo.
La arista de la celda unitaria es 2.86 A y la densidad del cristal es de 7.92
g/cm3. Calcular el peso atmico del elemento.
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2) La celda en un retculo cbico centrado en las caras. Por difraccin de
rayos X se determin que la longitud de una arista de la celda unitaria es
408.6 pm. La densidad de la plata es 10.50g/cm3. Determine la masa deun tomo de plata y el nmero de Avogadro, considerando que el peso
atmico de la plata es 107.87g/cm3.
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3) El Xenn slido forma cristales con una celda unitaria centrada en las caras
cuya arista mide 0.620 nm. Calcule el radio atmico del Xenn.
4) El fluoruro de potasio tiene una estructura cristalina del tipo del cloruro de
sodio (la estructura posee una red con una celda unitaria centrada en las
caras). La densidad de la sal referida a 25C es 2.468g/cm3. Calcule el
valor de la arista.
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5) El acomodo geomtrico de los iones en crsitales de LiF es el mismo que en
NaCl. Una arista de una celda unitaria de LiF mide 4.02 A. calcular la
denisidad del LiF (a 20 C la densidad experimental del fluoruro es
2.94g/cm3).
6) La distancia entre capas de NaCl cristalino es de 282 pm. Los rayos X se
difractan de estas capas en un ngulo de 23. Suponiendo que n=1,
calcule la longitud de onda de los rayos X en pm.
7) La celda unitaria de la plata metlica es cbica centrada en las caras con
aristas igual a 4.086 A. determine:
a) El radio atmico de la plata.
b) El volumen de un tomo de plata en cm3, si el de la esfera es V =
(4/3)r3.
c) El porcentaje del volumen de la celda unitaria ocupado por tomos de
Ag.
d) El porcentaje del espacio vaco.
e) La densidad de la plata metlica.
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CAPTULO 5SOLUCIONES
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Una solucin es una mezcla homognea de dos o ms sustancias. La sustancia
disuelta se denomina soluto y est presente generalmente en pequea cantidad en
comparacin con la sustancia donde se disuelve denominada solventye.
PORCENTAJE MASA-MASA (%M/M):
Se define como la masa de soluto (sustancia que se disuelve) por cada 100
unidades de masa de disolucin:
MOLARIDAD (M):
La Molaridad (M), o concentracin molar, es el nmero de moles de soluto por
cada litro de solucin. Por ejemplo, si se disuelven 0,5 moles de soluto en 100 ml de
disolucin, se tiene una concentracin de ese soluto de 0,5 M (0,5 molar).
Se representa tambin como M=n/V, en donde:
n son los moles de soluto
V es el volumen de la disposicin en litros.
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MOLALIDAD (m):
La molalidad (m) es el nmero de moles de soluto por kilogramo de disolvente(no de disolucin). Para preparar disoluciones de una determinada molalidad, no
se emplea un matraz aforado como en el caso de la molaridad, sino que se puede
hacer en un vaso de precipitados y pesando con una balanza analtica, previo peso del
vaso vaco para poder restar el correspondiente valor.
NORMALIDAD (N):
La Normalidad (N) es el nmero de Equivalente qumico (Eq-q) de soluto por
litro de disolucin.
PROPIEDADES COLIGATIVAS:
Las propiedades coligativas aquellas propiedades de una solucin que
dependen nicamente de la concentracin molal, es decir, de la cantidad de partculas
de soluto por partculas totales, y no de la naturaleza o tipo de soluto. Estn
estrechamente relacionadas con la presin de vapor, que es la presin que ejerce la
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fase de vapor sobre la fase lquida, cuando el lquido se encuentra en un recipiente
cerrado.
DESCENSO DE LA PRESIN DE VAPOR:
Cuando se prepara una solucin con un disolvente puro y un soluto no voltil
(que se transformar en gas) y se mide su presin, al compararla con la presin de
vapor de su solvente puro (medidas a la misma temperatura) se observa que la de la
solucin es menor que la del solvente. Esto es consecuencia de la presencia del
soluto no voltil.
DESCENSO CRIOSCPICO:
El soluto obstaculiza la formacin de cristales slidos, por ejemplo el lquido
refrigerante de los motores de los automviles tiene una base de agua pura a presin
atmosfrica se congelara a 0C dentro de las tuberas y no resultara til en lugares
fros. Para evitarlo se agregan ciertas sustancias qumicas que hacen descender su
punto de congelacin.
m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de
disolvente (mol/Kg.)
DTfes el descenso del punto de congelacin y es igual a T f T donde T
es el punto de congelacin de la solucin y T fes el punto de
congelacin del disolvente puro.
Kf es una constante de congelacin del disolvente. Su valor, cuando el
solvente es agua es 1.86 C Kg/mol
AUMENTO EBULLOSCPICO
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Al agregar molculas o iones a un disolvente puro la temperatura en el que
ste entra en ebullicin es ms alto. Por ejemplo, el agua pura a presin atmosfrica
ebulle a 100C, pero si se disuelve algo en ella el punto de ebullicin sube algunos
grados centgrados.
m es la molalidad. Se expresa en moles de soluto por kilogramo de
disolvente (mol/Kg.)
DTbes el descenso del punto de ebullicin y es igual a T - Tbdonde T es
el punto de ebullicin de la solucin y Tbes del disolvente puro.
Kb es una constante de ebullicin del disolvente. Su valor, cuando el
solvente es agua es 0.52 C Kg/mol
PRESIN OSMTICA
La smosis es la tendencia que tienen los solventes a ir desde zonas de mayor
hacia zonas de menor concentracin de partculas. El efecto puede pensarse como
una tendencia de los solventes a diluir. Es el pasaje espontneo de solvente desde
una solucin ms diluida hacia una solucin ms concentrada, cuando se hallan
separadas por una membrana semipermeable.
N es el nmero de moles de partculas en la solucin.
R es la constante universal de los gases, donde R= 8.314472 J.K -1.mol-1.
T es la temperatura en grados Kelvin.
Teniendo en cuenta n/V representa la molaridad (M) de la solucin obtenemos:
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Al igual que en ley de los gases ideales, la presin osmtica no depende de la
carga de las partculas.
TALLER 5
1. Calcule el porcentaje en masa del Sulfato de Sodio en una disolucin que
contiene 11.7 gramos de Sulfato de Sodio en 443 gramos.
2. Se prepara una disolucin que contiene 7.5 gramos de CH3OH en 245 gramos
de H2O. calcular:
a) La fraccin molar del CH3OH,
b) El porcentaje en masa del CH3OH;
c) La molalidad del CH3OH.
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3. Calcule la molaridad de una disolucin que se prepara disolviendo 10.5 gramos
de Nitrato de Magnesio Mg(NO3)2 en 250 ml de disolucin.
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4. La densidad del acetonitrilo CH3CN es 0.786 g/ml y la densidad del metanol
CH3OH es de 0.791 g/ml. Se prepara una disolucin disolviendo 15 ml de
metanol en 90 ml de acetonitrilo. Calcular:
a) La fraccin molar del metanol en la disolucin;
b) Calcule la molalidad de la disolucin.
5. Determine la Normalidad de una solucin de H3PO4 que tiene un volumen de
850 ml y en que estn presentes 20g de dicho cido.
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6. La glicerina C3H8O3 es un electrolito no voltil con una densidad de 1.26 g/ml
a 25 C. Calcular la presin de vapor a 25C de una disolucin que se prepar
agregando 50 ml de glicerina a 500 ml de agua. La presin de vapor de agua
pura a 25C es de 23.8 torr.
7. Calcule el punto de congelacin y ebullicin de una disolucin que contiene 0.6
Kg de cloroformo CHCl3 y 42 gramos de eucalipto C10H18O; una sustancia
fragante que se encuentra en las hojas de los eucaliptos. Sabiendo que los
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puntos de fusin y ebullicin del cloroformo son -63.5 Cy 61.2 C
respectivamente. Datos: Kb= 3.63 C/m; Kf= 4.68 C/m.
8. El alcanfor C10H16O funde a 179.8 C y tiene una constante del punto de
congelacin excepcionalmente grande, Kf= 40C/m. Si 0.186 gramos de una
sustancia orgnica desconocida se disuelve en 22.01 gramos de alcanfor
lquido; se observa que el punto de congelacin de la mezcla es de 176.7 C.
Calcule la masa molar del soluto.
9. Calcule la presin osmtica de una disolucin que se prepara disolviendo 50
mg de aspirina C9H8O4 en 0.250 L de agua a 25C.
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DEBER 5
1. Calcule, en primer lugar, la presin de vapor de una disolucin preparada aldisolver 218 gramos de glucosa (masa molar= 180.2 g/mol) en 460 ml de
agua a 30C. luego determine la disminucin en la presin de vapor a esa
temperatura en relacin a la presin del agua (solvente puro), esto luego de
la intervencin de la glucosa sobre el agua.
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2. El cido Sulfrico concentrado que se utiliza laboratorio es H2SO4 a 98%en masa. La densidad de esta solucin es de 1.83 g/ml. A continuacin
calcule la molalidad y molaridad de la solucin cida. Presente sus
respuestas con las dimensiones correspondientes.
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3. La presin de vapor de una disolucin de glucosa es de 17.01 mmHg a
20C, mientras que la del agua pura es de 17.25 mmHg a la misma
temperatura. Calcule la molalidad de la disolucin. Datos: nmero de
moles de agua en un kilogramo de agua es de 55.49.
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4. El etilenglicol CH2(OH)CH2(OH), es un anticoagulante comn para los
automviles. Es soluble en agua y bastante no voltil (punto de ebullicin
de 197C). datos: La masa molar del etilenglicol es de 62.01 g; Kf= 1.86
C/m; Kb= 0.51 C/m; los puntos de ebullicin y congelacin del agua son100.00 C y 0.0 C, respectivamente.
5. La presin osmtica promedio del agua de mar, medida a temperatura de
25 C, es alrededor de 30.0 atm. Calcule la concentracin molar de una
disolucin acuosa de urea [(NH2)2CO] que es isotnica del agua de mar.
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6. La solubilidad de MnSO4.H2O en agua a 20C es de 70 g. por 100 ml de
agua. Con los clculos pertinentes proceda a contestar si una disolucin de
1.22 de sulfato de manganeso mono hidratado en agua a 20C esta
saturada, insaturada o sobresaturada?
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7. Se prepara una disolucin disolviendo 35.0 g. de hemoglobina (Hb) ensuficiente agua para obtener un volumen de 1L. si la presin osmtica de
la disolucin es de 10.0 mmHg a 25C, calcule la masa molar de la
hemoglobina. Qu unidades debemos utilizar para y la temperatura?
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CAPTULO 6
CINTICA QUMICA
VELOCIDAD DE REACCIN:
La rapidez o velocidad de reaccin se define como la cantidad de reactivos quese transforma o el producto que se forma por unidad de tiempo. La unidad es
molaridad/segundos (M/s).
En una reaccin qumica pueden intervenir diversos factores que se encargan
de modificar (ya sea aumentando o disminuyendo) la rapidez de la misma. Estos
factores son:
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REACCIN DE ORDEN CERO:
REACCIN DE ORDEN UNO
REACCIN DE ORDEN 2
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CINETICA QUIMICA
El trmino Cintica Qumica se refiere al estudio de las Velocidades de Reaccin y
de los factores que influyen en ellas
Velocidad: V = Espacio recorrido/Unidad de tiempo
Velocidad de reaccin: Vr = Cambio de concentracin de reactivo o producto en
funcin del tiempo que sucede el cambio (M/s)
Para la reaccin: A B
Velocidad que se consumen los reactivos = Velocidad que se forman los productos
VA = - [A]/t VB = [B]/t
Velocidad de reaccin y Estequiometra
Cuando la relacin estequiomtrica es diferente a 1
aA + bB cC + dD (1)
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Velocidad = -[ ]
=
t
A
a
1-
[ ]=
t
B
b
1 [ ]=
t
C
c
1 [ ]
t
D
d
1
Factores que afectan la velocidad de reaccin
Naturaleza de los reactivos
Cambios de concentracin
Cambios de temperatura
Presencia de un catalizador
Efecto de la Naturaleza de los reactivos
Cuando una o todas las sustancias que se combinan se hallan en estado slido, la
velocidad de reaccin depende de la superficie expuesta en la reaccin. Cuando los
slidos estn molidos o en granos, aumenta la superficie de contacto y por
consiguiente, aumenta la posibilidad de choque y la reaccin es ms veloz.
Lo mismo ocurre cuando las sustancias reaccionantes no son miscibles entre s, como
por ejemplo, en la hidrlisis neutra de un aceite, se hace reaccionar ste con agua,
para lograrlo, el agua de la parte inferior (recordemos que el aceite es ms liviano que
el agua) se recircula hacia la parte superior rocindola sobre la superficie del aceite.
Otro ejemplo sera el de un kilo de viruta de madera, que se quema ms rpido que un
tronco de un kilo de masa.
Efecto del Cambio de la Concentracin.
Una forma de estudiar el efecto de la
concentracin en la velocidad de
reaccin consiste en establecer cmo
depende la velocidad al comienzo de la
reaccin (velocidad inicial) de las
concentraciones de partida
http://www.sindone.org/images/icono/fuocogr.jpg -
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La dependencia de la concentracin se expresa: V = [ ]Rk
Para la reaccin (1) V = [ ] [ ]nm BAk (2)
Donde:
- K es la constante de velocidad
- m y n determinan el orden de reaccin (son nmeros enteros pequeos 0, 1,
2.)
Exponentes de la ecuacin de Velocidad
Los exponentes determinan el orden de reaccin con respecto a los reactivos y la
suma de ellos establece el orden general de reaccin.
- Si la concentracin vara y no se ve afectada la velocidad, la reaccin es de
orden 0
- Si la concentracin vara y la velocidad vara en la misma proporcin, lareaccin es de orden 1
- Si la concentracin se duplica y la velocidad vara en una proporcin de 22, la
reaccin es de orden 2
- Si la concentracin se triplica y la velocidad vara en una proporcin de 32 es
de orden es de orden 3
Para V = [ ] [ ]+
2
2
4 NONHk El orden general de reaccin es 2
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La constante de velocidad y sus unidades
De lo expuesto anteriormente (2) se deduce que k depende del orden de reaccin
Si Velocidad se expresa en M/s y Concentracin en M
Para una reaccin de primer orden: s -1
Para una reaccin de segundo orden: M-1s-1
Para una reaccin de tercer orden: M-2s-1
Reacciones de Primer Orden
Es la que depende de la concentracin de uno de sus reactivos elevado a la primera
potencia
Para una reaccin del tipo A Productos Velocidad = -[ ]t
A
= k[ ]A
Si relacionamos la concentracin de A al comienzo de la reaccin [A]0con su
concentracin en cualquier otro tiempo t, [A]t
[ ] [ ] ktAAt
= 0lnln [ ]
[ ]kt
A
At
=
0
ln (3)
La ecuacin 2 tambin se puede ordenar
[ ] [ ]0lnln AktA t +=
Dnde Y = mx + b
Reacciones de Segundo Orden
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Es aquella cuya velocidad depende de la concentracin de un reactivo elevada a la
segunda potencia o de las concentraciones de dos reactivos diferentes, cada una
elevada a la primera potencia.
Velocidad =[ ]
[ ]2Akt
A=
Si relacionamos la concentracin de A al comienzo de la reaccin [A]0con su
concentracin en cualquier otro tiempo t, [A]t
[ ] [ ]0
11
Akt
At
+=
Dnde Y = mx + b
Vida media (t1/2)
Es el tiempo necesario para que la concentracin de un reactivo descienda a la mitad
de su valor original [ ] [ ]0
21
21 AA
t=
La vida media es una forma conveniente para describir la rapidez con la que una
reaccin ocurre
Para una reaccin de Primer Orden t1/2 =kk
693,02
1ln
=
Para una reaccin de Segundo Orden t1/2 =
[ ]0
1
Ak
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Efecto de la Temperatura
La velocidad de casi todas las reacciones cambia por efecto de la temperatura. Se
puede ver este efecto en la descomposicin de los alimentos, cuando los ponemos en
refrigeracin y cuando los dejamos al medio ambiente en una ciudad como Guayaquil.
Cuando dos molculas interaccionan, parte de la energa cintica se convierte en
energa vibracional. Si la energa es muy grande, las molculas comenzarn a vibrar
fuertemente, con lo cual algunos enlaces se rompern. El rompimiento de los enlaces
es el primer paso para que se produzca una reaccin. Pero que pasa si la energa es
pequea? o muy grande?
En realidad eso depende de lasmolculas que deben reaccionar, pero
siempre ser necesaria una cantidad
mnima de energa para que la
reaccin se produzca; a esa energa
llamaremos Energa de activacin
Con este modelo es fcil entender el efecto de la temperatura en la velocidad de reaccin, porque al
aumentar la temperatura aumenta la energa cintica de las molculas y con ello se aumenta la posibilidad de
que se supere la energa de activacin durante la colisin.
El concepto de energa de activacin fue concebido a finales del siglo XIX por el qumico sueco Svante
Arrhenius, quien demostr que la constante de velocidad para una reaccin vara con la temperatura de
acuerdo a la siguiente expresin conocida como la Ecuacin de Arrhenius
RTEa
Aek
=
Donde: Ea es la energa de activacin
R es la constante de los gases
T es la temperatura absoluta
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e es la base de los logaritmos naturales
A es el nmero de choques entre las partculas reaccionantes
Si obtenemos el logaritmo para cada lado de la igualdad, nos queda:
ART
Eak lnln +=
Ecuacin que puede identificarse con la ecuacin de una recta
Curvas de energa para (a) una reaccin exotrmica; (b) una reaccin endotrmica
Efecto de los catalizadores
Un catalizador es una sustancia que
modifica la velocidad de una reaccin,
sin que sufra un cambio qumico
permanente y sin consumirse durante
la misma
Su presencia en muchos casos
disminuye la necesidad de altas
temperaturas y altas presiones en
procesos industriales, razn por lo que
actualmente se hacen grandes
inversiones de dinero en estudios,
buscando ms y mejores catalizadores.
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Existen dos tipos de catlisis: homognea y heterognea.
En la catlisis homognea todas las sustancias (reactivos, productos y catalizadores)
estn en el mismo estado fsico. En la heterognea en cambio el catalizador es una
sustancia slida y las dems sustancias estn en otros estados fsicos.
Ejercicios
TALLER 6
1) La descomposicin del compuesto A sigue una cintica de ordencero con
k=1,0x10-5M/s. Si se parte de una concentracin inicial de A 1,000M, calcula: a)
la concentracin molar de A al cabo de 12 h de descomposicin, b) el tiempo
necesario para que la concentracin sea 0,200M, c) la vida media
2) La descomposicin del compuesto A sigue una cintica de segundoorden
con k=1,0x10-5M-1s-1. Si se parte de una concentracin inicial de A 1,000M,
calcula: a) la concentracin molar de A al cabo de 12 h de descomposicin, b)
el tiempo necesario para que la concentracin sea 0,200M, c) la vida media
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3) La constante de velocidad de primer orden de descomposicin de un
insecticida de jardn(x) en agua a 20C es de 0.725 ao-1. Cierta cantidad del
insecticida x es arrastrada por casualidad el 1 de Agosto de 2007 al lago de la
ESPOL en el Campus Prosperina y alcanza una concentracin de 4.0 x 10-
7g/cm3 de agua. Suponga que la temperatura media del lago es de 20C.
proceda a calcular la concentracin de x para el 1 de Agosto del 2008.
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4) El desastre de Chernbil es el nombre que recibe el accidente nuclear
sucedido en la central nuclear de Chernbil el 26 de abril de 1986. Este
suceso ha sido considerado el accidente nuclear ms grave segn el INES y
uno de los mayores desastres medioambientales de la historia. La central
nuclear de Chernbil (Central elctrica nuclear memorial V.I. Lenin) se
encuentra en Ucrania, a 18 Km al Noroeste de la ciudad de Chernbil, a 16 Km
de la frontera entre Ucrania y Belorusia y a 110 Km al norte de la capital de
Ucrania, Kiev.
Inmediatamente despus del accidente, la mayor preocupacin se centr en el
yodo radioactivo, con un periodo de semidesintegracin de ocho das. Hoy en
da 2011 las preocupaciones se centran en la contaminacin del suelo con
Estroncio -90 y Cesio-37, con periodos de desintegracin de unos 30 aos.
Los niveles ms altos de cesio-137 se encuentran en las capas superficiales
del suelo, donde son absorbidos por plantas, insectos hongos, entrando en la
cadena alimenticia. A) Calcule la vida media del Estroncio-90 en base a los
datos abajo proporcionados (su respuesta en aos): La desintegracin de 1
gramo de estroncio-90 despus de 2 aos deja un residuo de 0.953 gramos.
b)Determine cuanto estroncio-90 quedar despus de 5 aos a partir de la
masa inicial de la muestra dada en la parte A, su respuesta en gramos. C) En
qu continente queda el accidente ocurrido.
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DEBER 7
1) Anlisis del grfico de reaccin NO2 -------- NO + O2
t 0 5 10 15 20
M 0.100 0.017 0.0090 0.0062 0.0047
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2) Anlisis del grfico de reaccin NO2 -------- NO + O2
T s 0 39 80 140 210
M 0.316 0.274 0.238 0.190 0.146
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3) Considere la reaccin acuosa hipottica siguiente A(ac) ------- B(ac). Se carga
un matraz con 0.065 mol de A en un volumen total de 100 ml. Se recopilan los
siguientes datos:
T s 0 5 10 15 20
M 0.100 0.017 0.0090 0.0062 0.0047
Calcule el nmero de moles de B en cada tiempo suponiendo que no hay moles de
B en el tiempo cero. B) Calcule la velocidad media de desaparicin de A a cada
intervalo de 10 min, en unidades M/s. c) entre t=10 min y t= 30 min cul es la
velocidad media de aparicin de B en unidades de M/s. suponga que el volumen de la
disolucin es constante.
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4) A 500 , el gas butadieno se convierte en gas ciclobuteno. Determine grficamente elorden de la reaccin respecto al butadieno y la constante de velocidad, a partir de lossiguientes datos:
T s 195 604 1,246 2,810 4,140 8,135
M 0.100 0.017 0.0090 0.0062 0.0084 0.0057
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5) Se estudi la isomeracin del metilisonitrilo (CH3NC) a acetonitrilo (CH3CN) en fasegaseosa a 215|C y se obtuvieron los siguientes datos:
Tiempo (s) dT Concentracin dM Velocidad M/s
0 0.01650
2000 0.01100
5000 0.00591
8000 0.00314
12000 0.00137
15000 0.00074
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CAPTULO 7
EQUILIBRIO
Es un estado en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo
EQUILIBRIO QUIMICO
Las concentraciones de los reactivos y productos permanecen constantes
El equilibrio se establece cuando
Velocidad de la reaccin Directa = Velocidad de la reaccin Inversa
A B BA
Vd = Vi kd[A]= ki[B] kd = ki
[B] /[A]= Keq (constante de equilibrio)
Para la reaccin
aA + bB cC + dD
Donde
- A y B son reactivos y C y D son productos
a, b, c, d son los coeficientes en la ecuacin qumica balanceada
kd / ki
http://www.corriere.it/Media/Foto/2004/05_Maggio/01/fdg/GINNA.jpg -
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De acuerdo con la ley de accin de masas, la ecuacin que expresa la constante del
equilibrio es:
Keq = [P] /[R]
Keq = [C]c[D]d /[A]a[B]b
Donde
- Keq es la constante de equilibrio a determinada temperature
- La constante se expresa en funcin de las concentraciones (expresada en
Molaridad)
Equilibrio Heterogneo
Participan sustancias que estn en diferentes fases
La concentracin de los slidos y lquidos no se incluye en la expresin de equilibrio
para la reaccin
S se incluye la concentracin de los gases y soluciones
Equilibrio Homogneo
Participan sustancias que estn en la misma fase.
En el caso que todas las sustancias estn en fase gaseosa, se puede formular la
expresin de equilibrio en trmino de presiones parciales.
Kp = (PC)c (PD)
d / (PA)a (PB)
b
Relacionando Kc con Kp
Utilizando la ecuacin del gas ideal para convertir la concentracin (en Molaridad M) a
presin (en atmsferas)
PV = nRT por lo tanto P = (n/V) RT = MRT
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Para una sustancia A: PA = [A]RT
Reemplazando en la expresin correspondiente a Kp, obtenemos la expresin general
que relaciona Kp con Kc
Kp = Kc (RT)n
Donde n es el cambio en el nmero de moles de gas al pasar de reactivos a
productos.
PRINCIPIO DE LE CHATELIER
Si un sistema en equilibrio es perturbado por una tensin (como cambio de Presin,
Temperatura o Concentracin de uno de sus componentes), el sistema desplazar su
posicin de equilibrio de modo que se contrarreste el efecto de la perturbacin
FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO
Cambios de Concentracin.-
Si un sistema qumico est en equilibrio y agregamos una sustancia (reactivo o
producto) la reaccin se desplazar para restablecer el equilibrio consumiendo parte
de la sustancia adicionada. Por el contrario la extraccin de una sustancia da por
resultado que la reaccin se lleve a cabo en el sentido que se forme mayor cantidad
de sustancia
No cambia el valor de la constante de equilibrio
Agrega reactivo Quita reactivos
Agrega producto Quita productos
Cambios de temperatura.-
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Se puede considerar que:
En una reaccin endotrmica el calor sea un reactivo
Reactivos + Calor Productos
Agrega Calor Quita Calor
En una reaccin exotrmica, el Calor sea un Producto
Reactivos = Productos + Calor
Agrega Calor Quita Calor
Como resultado:
En una Reaccin Endotrmica: Un incremento de T hace que K aumente
En una Reaccin Exotrmica: Un incremento de T hace que K disminuya
Cambios de Volumen y Presin
Para que los cambios de presin tengan algn efecto significativo sobre una reaccin
qumica en equilibrio, es preciso que uno o varios de sus componentes sea un gas.
A temperatura constante, la reduccin del volumen de una gaseosa en equilibrio
causa que el sistema se desplace en el sentido que reduce el nmero de moles de
gas. A la inversa, un aumento de volumen causa un desplazamiento en el sentido que
produce ms molculas de gas.
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Reduce Volumen Aumenta
Presin
Se mueve hacia donde reduce el nmero de
moles
Aumenta Volumen Reduce
Presin
Se mueve hacia donde aumenta el nmero de
moles
Estos cambios no alteran el valor de la constante
TALLER 7
1) Cuando 1 mol de monxido de carbono y 1 mol de agua llegan al equilibrio a
1000C en un vaso de 10 L, la mezcla en equilibrio contiene 0,57 mol de CO;
0,57 mol de agua; 0,43 mol de CO2 y 0,43 mol de H2.
a) Escriba la ecuacin qumica para el equilibrio
b) Cul es el valor de la constante de equilibrio.
2) Para aumentar la proporcin del gas de sntesis (mezcla de CO y agua) se
aplica la siguiente reaccin.
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3) La disociacin del dixido de nitrgeno en monxido de nitrgeno y oxgeno se
desarrolla en un matraz cerrado a 327|C, la concentracin molar de los gases
de equilibrio es N2 0.0146M; NO 0.0382 M; O2 0.00191 M. hallar las
constantes Kc y Kp para la disociacin del dixido de nitrgeno a 327C
4) El Bromuro de nitrosilo est en equilibrio con bromo y xido ntrico
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DEBER 7
5) Si el bromuro de nitrosilo, NOBr, est disociado al 34% en Br2, a 24C, y la
presin inicial del bromuro de nitrosilo es 0,25 atm, calcule Kp y Kc a esa
temperatura.
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6) La constante de equilibrio Kp para la reaccin : es de 55,3 a 700C. en un
matraz de 2L que contiene una mezcla en equilibrio de los tres gases, hay
0.056 g. de N2 y 4.36 g. de H2 Cul es la masa de NH3 en el matraz?
7) La descomposicin del N2O5 se lleva de acuerdo a la siguiente ecuacin
N2O5 ----) NO2 + O2 en base a lo proporcionado, determine la velocidad
de aparicin de producto N2.
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CAPTULO 8
CIDOS Y BASES - EQUILIBRIO INICO
CIDOS Y BASES
Los cidos de Bronsted donan protones y las bases de Bronsted
aceptan protones. sta es la definicin a la que normalmente se
refieren los trminos cido y base.
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La acidez de una disolucin acuosa se expresa como su pH, que se
define como el logaritmo negativo de la concentracin de iones
hidrgeno (en mol/L).
A 25C, una disolucin cida tiene un pH7, y una disolucin neutra tiene un pH=7.
Los siguientes cidos se clasifican como cidos fuertes en disolucin
acuosa: HClO4, HI, HBr, HCl, H2SO4 (primera etapa de ionizacin) y
HNO3. Las bases fuertes en disolucin acuosa incluyen los hidrxidos
de los metales alcalinos y alcalinotrreos (excepto el berilio).
La constante de ionizacion Ka aumenta al incrementarse la fuerza del
cido. De forma semejante, la Kb expresa la fuerza de las bases.
El porcentaje de ionizacin es otra forma de medir la fuerza de los
cidos. Cuanto ms diluida es una disolucin de un cido dbil, mayor
ser su porcentaje de ionizacin.
El producto de la constante de ionizacin de un cido y la constante de
ionizacin de su base conjugada es igual a la constante de procto inico
del agua.
Las fuerzas relativas de los cidos se explican cualitativamente en
trminos de su estructura molecular.
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La mayora de las sales son electrolitos fuertes que se disocian por
completo en sus iones cuando se disuelven. La reaccin de estos iones
con el agua, denominada hidrlisis de la sal, puede producir
disoluciones cidas o bsicas. En la hidrlisis de una sal, las bases
conjugadas de los cidos dbiles forman disoluciones bsicas en tanto
que los cidos conjugados de las bases dbiles producen disoluciones
cidas.
Los iones metlicos pequeos con cargas elevadas, como el Al3+ y el
Fe3+
, se hidrolizan para formar disoluciones cidas.
La mayora de los xidos pueden clasificarse como cidos, bsicos o
anfteros. Los hidrxidos metlicos pueden ser bsicos o anfteros.
Los cidos de Lewis cido de Lewis por lo general se utiliza para
sustancias que estn en posibilidad de aceptar pares de electrones
pero que no contienen tomos de hidrgeno ionizables.
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Contante del producto inico del agua
Definicin del pH de una disoluci{on
Definicin del pOH de una disolucin
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Otra forma de la ecuacin
Relacin de constantes de ionizacin
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EQUILIBRIO INICO
El efecto del ion comn tiende a suprimir la ionizacin de un cido dbil o una
base dbil. Este efecto se explica por medio del principio de Le Chtelier.
Una disolucin amortiguadora es una combinacin de un cido dbil y una
base conjugada dbil (aadida en forma de sal) o una base dbil y su cido
conjugado dbil (aadido en forma de sal). La disolucin reacciona con
pequeas cantidades de cido o de base aadidos, de tal forma que el pH de
la disolucin permanece casi constante. Los sistemas amortiguadores tienen
una funcin importante en el mantenimiento del pH de los fluidos corporales.
El pH en el punto de equivalencia de una valoracin cido-base depende de la
hidrlisis de las sal formada en la reaccin de neutralizacin. En las
valoraciones cido fuerte-base fuerte, el pH del punto de equivalencia es 7; en
las valoraciones cido dbil- base fuerte, el pH del punto de equivalencia es
mayor que 7; en las valoraciones cido fuerte base dbil, el pH del punto de
equivalencia es menor que 7.
Los indicadores cido base son cidos o bases orgnicas dbiles que cambian
de color cerca del punto de equivalencia de una reaccin de neutralizacin
entre un cido y una base.
El producto de la solubilidad Kps expresa el equilibrio entre un slido y sus iones
en disolucin. La solubilidad se puede calcular a partir de Kps, y visceverssa.
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La presencia de un ion comn disminuye la solubilidad de una sal ligeramente
soluble.
La solubilidad de las sales ligeramente solubles que contienen aniones bsicos
aumenta con el incremento de la concentracin de iones de hidrgeno. La
solubilidad de sales que tienen aniones derivados de cidos fuertes no se
modifica con el pH.
Los iones complejos se forman en disolucin por la combinacin de un catin
metlico con una base de Lewis. La constante de formacin Kf mide la
tendencia de la formacin de un ion complejo especfico. La formacin de un
in complejo puede aumentar la solubilidad de unas sustancia insoluble.
El anlisis cualitativo es la separacin e identificacin de cationes y aniones en
disolucin.
TALLER 8
PROBLEMAS DE EQUILIBRIO CIDO BASE
1) Calcule el pH de una solucin que contiene 0.10 M de cido nitroso y0.10 M de nitrito de potasio, el valor de Ka = 4.5 *10 -4
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2) Calcule el pH de una disolucin preparada combinada 50.0 ml decido actico 0.15 M con 50.0 ml de acetato de sodio 0.20 M.
3) Complete lo solicitado en las columnas de la tabla, esto en base a losclculos pertinentes para las entradas que faltan.
H OH pH pOH cida? bsica? neutra?6.4 *10-6
11.9
7.07 *10-7
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4) Conteste, tomando en consideracin las soluciones que se preparandurante la prcitca Efecto In Comn y soluciones buffer
Solucin A: 55 ml de agua y 5 ml de una solucin 8M de NH4OH.
Solucin B: tomando la mitad de la solucin A y se le agreg 2 g. deNH4Cl.
Solucin C: tomando la otra mitad de la solucin A y se le agreg 5 mlde ZnCl2.
5) Calcule el pH de las siguientes soluciones de cidos fuertes:
a) cido ntrico 0.0575 M.
b) 0.723 g. de perclorato de k en 2.00 l de disolucin.
c) 5.00 ml de HCl 1.00 M diluidos a 0.75 L.
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DEBER 8
1) Cierta muestra de vinagre tiene un pH de 2.90. suponiendo que elnico cido que el vinagre contiene es cido actico (Ka=1.8*10-5),calcule la concentracin de cido actico en el vinagre.
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2) El cido HC6H7O2 (0.1M), es un cido monoprtico dbil conKa=1.7*10-5. Su sal (sorbato de potasio) se agrega al queso parainhibir la formacin de mohos. Cul es el pH de una solucin quecontiene 4.93 g. de sorbato de potasio en 0.5 L de solucin? (H=1g,O=16g., C=12g; K=39 g/mol).
3) Cuntos gramos de lactato de sodio (NaC3H5O3) se deben agregar a
1 litro de cido lctico HC3H5O3 0.15 M, para formar una solucinamortiguadora de pH 2.95; Suponga que el volumen no cambia alagregar el NaC3H5O3. Ka= 1.4*10-4.
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4) Complete lo solicitado en las columnas de la tabla, esto en base a losclculos pertinentes para las entradas que faltan.
H OH pH pOH cida? bsica?
neutra?
7.5 *10-3
3.6 *10-10
8.25
5.70
BIBLIOGRAFIA
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105/105
C Raymond, Qumica sptima edicin, mcGraw Hill Companis Inc, sptima
edicin.
Apuntes del Estudiante Luis Vaca
Material de trabajo Ing. Jenny Venegas.
Material de trabajo Ing. Diego Muoz
http://www.google.com.ec/imgres?
q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&
bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geo
metria2430.blogspot.com/&docid=2r
http://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2rhttp://www.google.com.ec/imgres?q=geometria+molecular&start=92&um=1&hl=es&sa=N&biw=1092&bih=533&tbm=isch&tbnid=7oQK9obQbdIOcM:&imgrefurl=http://geometria2430.blogspot.com/&docid=2r