2013-guia QUIMICA - Facultad de Ciencias Naturales
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U.N.P.S.J.B.FACULTAD DE CIENCIAS NATURALESGUI A PARA EL I NGRESANTECONCEPTOS BÁSICOS DEQUÍMICAREPASO Y NIVELACIÓNPARA LOS ALUMNOS DELSECUNDARIO
Bienvenido a una nueva etapa.HOLA!!!!Es nuest r a int ención acompañar t e y dar t e las her r amient as necesar ias, par a que,j unt o con t u compromiso y responsabilidad, inicies el camino <strong>de</strong> la vidauniversitaria <strong>de</strong> la mejor manera posible.Hemos pr epar ado est a guía, par a que dur ant e las vacaciones y hast a que comiencenlas clases, r epases algunos concept os <strong>de</strong> f ísica y química que apr endist e en laescuela secundar ia, que t e ser án <strong>de</strong> mucha ut ilidad, ser án como un punt o <strong>de</strong>partida…Nuest r o compr omiso es acompañar t e, ayudar t e, aclar ar t us dudas, or ient ar t e en labúsqueda <strong>de</strong> inf or mación en los libr os que sea necesar io, y colabor ar en t u pr oceso<strong>de</strong> r esolución <strong>de</strong> los ej er cicios pr opuest os, dándot e t oda la inf or mación necesar iapara que aquellos conocimient os que r ecuer <strong>de</strong>s menos o que aun no hayas adquir ido,puedas incorporarlos antes <strong>de</strong> comenzar con el ritmo universitario.Este compr omiso es par a con vos mismo…t e r ecomendamos, leer la guía, r ealizarlos ej er cicios, asist ir a las clases <strong>de</strong> consult a, expr esar todas t us dudas, (r ecuer da que es un espacio <strong>de</strong> apr endizaj e…por lo t ant o no hay espacio par a elmiedo, el or gullo o la ver güenza), est o t e per mit ir á involucrarte al 100% con lanueva act ividad que comenzast e…t odo est á en t us manos.¡La <strong>de</strong>cisión essolo tuya! ¡Ya est as ej erciendo un <strong>de</strong>recho f undament al paratu vida! El <strong>de</strong> elegir que vas a hacer para construir tu futuro!Recuer da que en cada moment o cuent as con muest r o apoyo y compañía…nuevamente te <strong>de</strong>cimos ¡Bienvenido!La guía está formada por:* Una mínima introducción teórica <strong>de</strong> cada tema <strong>de</strong> interés.* Mo<strong>de</strong>los <strong>de</strong> ejercicios resueltos, para orientarte.* Ejercicios para que resuelvas vos.* Al final <strong>de</strong> la guía están las respuestas a los ejercicios para que puedas compararcon lo que obtuviste resolviéndolos vos.
* Bibliografía utilizada, que es un listado <strong>de</strong> los libros que hemos usado pararealizar la guía, y que te son útiles para consultar mientras resuelvas losejercicios, y serán tus compañeros durante toda tu vida universitaria.UN ESTUDI ANTE UNIVERSITARIO Y FUTURO PROFESIONAL TIENE UNMEJOR AMIGO QUE EL “EL LIBRO”, Y LA MEJOR DE LAS VIRTUDES, “LAPERSEVERANCIA”“Es bueno tener un <strong>de</strong>stino y viajar hacia él, pero en realidad lo mas importante esel viaje” Ursula Leguin
Pautas para transformar la información enconocimientoMantener el ambiente <strong>de</strong> trabajo limpio y or<strong>de</strong>nado.Mantener un buen estado <strong>de</strong> salud, con unaalimentación a<strong>de</strong>cuada.Adquirir hábitos <strong>de</strong> estudio para aprovechar al máximola actividad <strong>de</strong> las neuronas en el momento <strong>de</strong> larecepción <strong>de</strong> información (fijar horarios, rutinas <strong>de</strong>trabajo, técnicas <strong>de</strong> estudio, entre otras).Fijar la atención en el momento <strong>de</strong> estudio, y <strong>de</strong>stinarun tiempo a<strong>de</strong>cuado a la recreación.Saber cuál es el objetivo por el cual estas estudiando,tener en claro “qué querés lograr”, “cuál es tuobjetivo”.Leer a conciencia cada actividad, y aprovechar todaslas herramientas para resolver las consignas(conocimientos previos, libros, clases consultas).Siempre que sea necesario, pedirle ayuda a losdocentes, que siempre están dispuestos a minimizartus dudas, para favorecer tu aprendizaje.Ante una <strong>de</strong>rrota (tema difícil, examen <strong>de</strong>saprobadoentre otros), perseverar, apren<strong>de</strong>r <strong>de</strong> los errores, yseguir en carrera.
MEDICIONESPara la física y la química, en su calidad <strong>de</strong> ciencias experimentales, la medida constituye unaoperación fundamental. Sus <strong>de</strong>scripciones <strong>de</strong>l mundo físico se refieren a magnitu<strong>de</strong>s opropieda<strong>de</strong>s medibles.1.1 Magnitud, cantidad y unidadSe <strong>de</strong>nominan magnitu<strong>de</strong>s a ciertas propieda<strong>de</strong>s o aspectos observables <strong>de</strong> unsistema físico que pue<strong>de</strong>n ser expresados en forma numérica. La longitud, la masa, el volumen,la fuerza, la velocidad, la cantidad <strong>de</strong> sustancia son ejemplos <strong>de</strong> magnitu<strong>de</strong>s físicas.En el lenguaje <strong>de</strong> la física la noción <strong>de</strong> cantidad se refiere al valor que toma unamagnitud dada en un cuerpo o sistema concreto; la longitud y masa <strong>de</strong> una mesa, el volumen<strong>de</strong>l libro, son ejemplos <strong>de</strong> cantida<strong>de</strong>s. Una cantidad <strong>de</strong> referencia se <strong>de</strong>nomina unidad y elsistema físico que encarna la cantidad consi<strong>de</strong>rada como una unidad se <strong>de</strong>nomina patrón.1.2 La medida como comparaciónLa medida <strong>de</strong> una magnitud física supone la comparación <strong>de</strong>l objeto con otro <strong>de</strong> lamisma naturaleza que se toma como referencia y que constituye el patrón.1.3 Tipos <strong>de</strong> magnitu<strong>de</strong>sMagnitu<strong>de</strong>s escalares, son aquellas que quedan perfectamente <strong>de</strong>terminadascuando se expresa su cantidad mediante un número seguido <strong>de</strong> la unidad correspondiente. Lalongitud, el volumen, la masa, la temperatura, la energía, son sólo algunos ejemplos.Magnitu<strong>de</strong>s vectoriales, son aquellas que precisan para su total <strong>de</strong>finición que seespecifique, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> los elementos anteriores, una dirección o una recta <strong>de</strong> acción y unsentido. La fuerza, constituye un ejemplo <strong>de</strong> este tipo <strong>de</strong> magnitud, pues sus efectos al actuarsobre un cuerpo <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rán no sólo <strong>de</strong> su cantidad, sino también <strong>de</strong> la línea a lo largo <strong>de</strong> lacual se ejerza su acción.Al igual que los números reales son utilizados para representar cantida<strong>de</strong>s escalares,las cantida<strong>de</strong>s vectoriales requieren el empleo <strong>de</strong> otros elementos matemáticos diferentes <strong>de</strong>los números, con mayor capacidad <strong>de</strong> <strong>de</strong>scripción. Estos elementos matemáticos que pue<strong>de</strong>n
epresentar intensidad, dirección y sentido se <strong>de</strong>nominan vectores. Las magnitu<strong>de</strong>s que semanejan en la vida diaria son, por lo general, escalares.1.4 El Sistema Internacional <strong>de</strong> Unida<strong>de</strong>s (SI)Cada científico o cada país podría operar con su propio sistema <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s, sinembargo, existe una ten<strong>de</strong>ncia generalizada a adoptar un mismo sistema <strong>de</strong> unida<strong>de</strong>s con elfin <strong>de</strong> facilitar la cooperación y comunicación en el terreno científico y técnico. El SistemaInternacional (SI) que distingue y establece, las magnitu<strong>de</strong>s básicas y <strong>de</strong>rivadas.El SI toma como magnitu<strong>de</strong>s fundamentales: la longitud, la masa, el tiempo, laintensidad <strong>de</strong> corriente eléctrica, la temperatura absoluta, la intensidad luminosa y la cantidad<strong>de</strong> sustancia, y fija las correspondientes unida<strong>de</strong>s para cada una <strong>de</strong> ellas.1.4.1 Unida<strong>de</strong>s fundamentalesLas siguientes son las siete unida<strong>de</strong>s fundamentales, y a continuación se realiza unabreve <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong> cada una <strong>de</strong> ellas.Unidad <strong>de</strong> Longitud: El metro (m) es la longitud recorrida por la luz en el vacío durante unperíodo <strong>de</strong> tiempo <strong>de</strong> 1/299.792.458 s.Unidad <strong>de</strong> Masa: El kilogramo (kg) es la masa <strong>de</strong>l prototipo internacional <strong>de</strong> platino iridiadoque se conserva en la Oficina <strong>de</strong> Pesas y Medidas <strong>de</strong> París.Unidad <strong>de</strong> Tiempo: El segundo (s) es la duración <strong>de</strong> 9.192.631.770 períodos <strong>de</strong> la radiacióncorrespondiente a la transición entre dos niveles fundamentales <strong>de</strong>l átomo Cesio 133 ( 133 Cs).Unidad <strong>de</strong> Corriente Eléctrica: El ampere (A) es la intensidad <strong>de</strong> corriente, la cual almantenerse entre dos conductores paralelos, rectilíneos, longitud infinita, sección transversalcircular <strong>de</strong>spreciable y separados en el vacío por una distancia <strong>de</strong> un metro, producirá unafuerza entre estos dos conductores igual a 2 x 10 -7 N por cada metro <strong>de</strong> longitud.Unidad <strong>de</strong> Temperatura Termodinámica: El Kelvin (K) es la fracción 1/273,16 <strong>de</strong> latemperatura termodinámica <strong>de</strong>l punto triple <strong>de</strong>l agua.Unidad <strong>de</strong> Intensidad Luminosa: La can<strong>de</strong>la (cd) es la intensidad luminosa, en una direccióndada, <strong>de</strong> una fuente que emite radiación monocromática <strong>de</strong> frecuencia 540 x 10 12 Hertz y quetiene una intensidad energética en esta dirección <strong>de</strong> 1/683 W por estereorradián (sr).Unidad <strong>de</strong> Cantidad <strong>de</strong> Sustancia: El mol es la cantidad <strong>de</strong> materia contenida en un sistemay que tiene tantas entida<strong>de</strong>s elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos <strong>de</strong> carbono 12( 12 C). Cuando es utilizado el mol, <strong>de</strong>ben ser especificadas las entida<strong>de</strong>s elementales y lasmismas pue<strong>de</strong>n ser átomos, moléculas, iones, electrones, otras partículas o grupos <strong>de</strong> talespartículas.
Magnitud Nombre SímboloLongitud Metro mMasa kilogramo kgTiempo segundo SCorriente eléctrica ampere ATemperatura Kelvin KCantidad <strong>de</strong> sustancia Mol molIntensidad luminosa can<strong>de</strong>la cdLas unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>rivadas han recibido nombres y símbolos especiales. Las mismas pue<strong>de</strong>n serutilizadas en combinación con otras unida<strong>de</strong>s fundamentales o <strong>de</strong>rivadas para expresarunida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> otras cantida<strong>de</strong>s. Algunas <strong>de</strong> ellas se muestran a continuación:Coulomb (C): Cantidad <strong>de</strong> electricidad transportada en un segundo por una corriente <strong>de</strong> unamperio.Joule (J): Trabajo producido por una fuerza <strong>de</strong> un newton cuando su punto <strong>de</strong> aplicación se<strong>de</strong>splaza la distancia <strong>de</strong> un metro en la dirección <strong>de</strong> la fuerza.Newton (N): Es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa <strong>de</strong> 1 kilogramo, lecomunica una aceleración <strong>de</strong> 1 metro por segundo, cada segundo.Pascal (Pa): Unidad <strong>de</strong> presión. Es la presión uniforme que, actuando sobre una superficieplana <strong>de</strong> 1 metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total <strong>de</strong> 1newton.Volt (V): Unidad <strong>de</strong> tensión eléctrica, potencial eléctrico, fuerza electromotriz. Es la diferencia<strong>de</strong> potencial eléctrico que existe entre dos puntos <strong>de</strong> un hilo conductor que transporta unacorriente <strong>de</strong> intensidad constante <strong>de</strong> 1 ampere cuando la potencia disipada entre esos puntoses igual a 1 watt.Watt (W): Potencia que da lugar a una producción <strong>de</strong> energía igual a 1 joule por segundo.Ohm ( ): Unidad <strong>de</strong> resistencia eléctrica. Es la resistencia eléctrica que existe entre dospuntos <strong>de</strong> un conductor cuando una diferencia <strong>de</strong> potencial constante <strong>de</strong> 1 volt aplicada entreestos dos puntos produce, en dicho conductor, una corriente <strong>de</strong> intensidad 1 ampere, cuandono haya fuerza electromotriz en el conductor.Las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l SI cambian en forma <strong>de</strong>cimal por medio <strong>de</strong> una serie <strong>de</strong> prefijos, que actúancomo múltiplos y submúltiplos <strong>de</strong>cimales. Estos prefijos se colocan <strong>de</strong>lante <strong>de</strong>l símbolo <strong>de</strong> launidad correspondiente sin espacio intermedio. El conjunto <strong>de</strong>l símbolo más el prefijo equivale
a una nueva unidad que pue<strong>de</strong> combinarse con otras unida<strong>de</strong>s y elevarse a cualquierexponente (positivo o negativo).Múltiplos <strong>de</strong>cimalesSubmúltiplos <strong>de</strong>cimalesPrefijo Símbolo Factor Prefijo Símbolo FactorDeca Da 10 1 Deci d 10 -1Hecto H 10 2 Centi c 10 -2Kilo K 10 3 Mili m 10 -3Mega M 10 6 Micro µ 10 -6Giga G 10 9 Nano n 10 -9Tera T 10 12 Pico p 10 -12Peta P 10 15 Femto f 10 -15Exa E 10 18 Atto a 10 -18Zetta Z 10 21 Zepto z 10 -21Yotta Y 10 24 Docto y 10 -24Los símbolos que correspon<strong>de</strong>n a unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>rivadas <strong>de</strong> nombres propios se escribencon la letra inicial mayúscula (ejemplos: A, V, etc.). Siempre con letras a excepción <strong>de</strong>l ohm.Los <strong>de</strong>más símbolos se escriben con letras minúsculas.Los símbolos <strong>de</strong> las unida<strong>de</strong>s no cambian <strong>de</strong> forma para el plural (no incorporanninguna “s”) y no van seguidos <strong>de</strong> punto.Las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>rivadas se <strong>de</strong>finen como productos o cocientes <strong>de</strong> las unida<strong>de</strong>sbásicas o suplementarias aunque también pue<strong>de</strong>n utilizarse unida<strong>de</strong>s suplementarias connombre propio. Para expresar las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>rivadas pue<strong>de</strong>n utilizarse los siguientes métodos:*Ubicar las diferentes unida<strong>de</strong>s una a continuación <strong>de</strong> otra sin separación; porejemplo: As, Nm. En este caso se <strong>de</strong>ben evitar las combinaciones en que una unidadque tiene el mismo símbolo que un prefijo se coloque <strong>de</strong>lante ya que pue<strong>de</strong>n dar lugara confusión. Por ejemplo no <strong>de</strong>be utilizarse mN (que significa milinewton) en lugar <strong>de</strong>Nm (newton por metro).*Poner las diferentes unida<strong>de</strong>s separadas por un punto alto; por ejemplo: A•s,N•m. Esta disposición es preferible a la anterior. En este caso también conviene evitarlas combinaciones que puedan dar lugar a confusión si el punto es poco visible (así hayque evitar, por ejemplo, m•N).*En el caso <strong>de</strong> cocientes pue<strong>de</strong> utilizarse:* Un cociente normal* La barra inclinada (m/s, m/s2) evitando el uso <strong>de</strong> productos en el
<strong>de</strong>nominador; por ejemplo po<strong>de</strong>mos escribir: kg/A/s2 en lugar <strong>de</strong> kg/(A•s 2 ).* Potencias negativas; por ejemplo: kg•A -1 •s -2 .1.5 Manejo <strong>de</strong> los númerosAnalicemos las técnicas para el manejo <strong>de</strong> los números asociados a las mediciones: lanotación científica. Es muy frecuente en esta área trabajar con números muy gran<strong>de</strong>s o muypequeños:Por ejemplo en 16 g <strong>de</strong> Oxígeno (1 mol <strong>de</strong> átomos) hay 602200000000000000000000 átomos<strong>de</strong> oxígeno y cada átomo tiene una masa <strong>de</strong> 0.0000000000000000000000267 gComo verás, el manejo <strong>de</strong> estos números es engorroso y es muy fácil que se cometan erroresal realizar diferentes cálculos. Pue<strong>de</strong> suce<strong>de</strong>r que te olvi<strong>de</strong>s <strong>de</strong> un cero o que coloques uno omás <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong>cimal. Por esta razón, para manejar dichos números, se utiliza lallamada Notación Científica. Sin importar su magnitud, todos los números se pue<strong>de</strong>n expresar<strong>de</strong> la siguiente forma:Nx10 nDon<strong>de</strong> N es un número comprendido entre 1 y 9, y n es un exponente, que <strong>de</strong>be ser unnúmero entero positivo o negativo.En los dos ejemplos antes mencionados, dichos números expresados en notación científicason: 6,022 x 10 23 átomos <strong>de</strong> oxígeno y 2,67 x 10 -24 g.Pero CUIDADO, en la expresión “x10”, no significa que <strong>de</strong>bes multiplicar el número x10 yluego elevarlo al exponente escrito, ya que <strong>de</strong> esa manera estarías agregando un cero más alnúmero. Esto en la calculadora se trabaja con la tecla que dice EXP, que generalmente seencuentra al lado <strong>de</strong>l signo igual.Ejemplo: 1 x 10 5 el exponente es 5 e indica el número <strong>de</strong> posiciones que hay que<strong>de</strong>splazar la coma para obtener el número, si el exponente es:positivo la coma se corre a la <strong>de</strong>recha, 1 x 10 5 = 100000si es negativo la coma se corre a la izquierda. 1x 10 -5 = 0,00001A continuación te mostramos un ejemplo <strong>de</strong> cómo utilizar la notación científica, con lasunida<strong>de</strong>s:Convierta 100 kg a gComo vimos en la para el símbolo “k” el factor es 10 3 . Entonces reemplazando nos queda100 x 10 3 g y el resultado <strong>de</strong>bemos expresarlo en notación científica, 1 x 10 5 g.
1.5.1 Cifras significativasEl valor numérico <strong>de</strong> cualquier medida es una aproximación. Ninguna medida física,como masa, longitud o tiempo es absolutamente correcta. La exactitud <strong>de</strong> toda medición estálimitada por el instrumente utilizado para realizarla. Por ejemplo si realizamos la medición <strong>de</strong> unobjeto y obtenemos un valor <strong>de</strong> 13,7 cm, por convenio, esto significa que la longitud se hamedido hasta la décima <strong>de</strong>l centímetro más próxima y su valor exacto se encuentracomprendido entre 13,65 y 13,75 cm.Excepto cuando se trabaja con números enteros (ejemplo número <strong>de</strong> pasajeros en uncolectivo), es imposible obtener el valor exacto <strong>de</strong> la cantidad buscada. Por esta razón, esimportante indicar el margen <strong>de</strong> error en las mediciones señalando claramente el número <strong>de</strong>cifras significativas, que son los dígitos significativos en una cantidad medida o calculada.Cuando se utilizan cifras significativas el último dígito es incierto. En el ejemplo elnúmero posee tres cifras significativas (1, 3 y 7), si el valor hubiese sido 13,70 cm, el mismoposee cuatro cifras significativas (1, 3, 7 y 0).Tener presente el número <strong>de</strong> cifras significativas en una medición, asegura que loscálculos realizados con los datos reflejen la precisión <strong>de</strong> esa medición.Ejemplos:1) Una bureta <strong>de</strong> 50 mL está graduada con divisiones separadas 1/10 mL, estimándoselas centésimas <strong>de</strong> mililitro. Un volumen registrado <strong>de</strong> 14,83 mL representa cuatro cifrassignificativas. La última cifra (3), pue<strong>de</strong> tener un error <strong>de</strong> dos dígitos, es <strong>de</strong>cir 14,84 o 14,82.Expresado matemáticamente el volumen registrado sería 14,83 0,01 mL2) El peso <strong>de</strong> un objeto <strong>de</strong>terminado en una balanza analítica, fue <strong>de</strong> 3,4062 g, estevalor posee 5 cifras significativas.1.5.2 Guía práctica para utilizar las cifras significativasCualquier dígito diferente <strong>de</strong> cero es significativo. Así, 4856 cm tiene cuatro cifrassignificativas; 1,23 kg posee tres cifras significativas.Los ceros ubicados entre dígitos distintos <strong>de</strong> cero son significativos. Así, 205 mcontiene tres cifras significativas; 50102 s contiene cinco cifras significativas.
Los ceros a la izquierda <strong>de</strong>l primer dígito distinto <strong>de</strong> cero no son significativos. Losmismos se utilizan para indicar el lugar <strong>de</strong>l punto <strong>de</strong>cimal. Por ejemplo 0,029 g (2,9´10-2 g)contiene dos cifras significativas; 0,000000089 g (8,9´10-8 g) contiene dos cifras significativas.Si un número es mayor que 1, todos los ceros escritos a la <strong>de</strong>recha <strong>de</strong>l punto<strong>de</strong>cimal son significativos. Así 2,0 mL tiene dos cifras significativas; 40825 mg tiene cincocifras significativas y 30200 s tiene 5 cifras significativas.Si un número es menor 1, solo son significativos los ceros que están al final <strong>de</strong>lnúmero o entre dígitos. Así, 0,302 g tiene tres cifras significativas; 0,0040 kg tiene dos cifrassignificativas.Para números sin punto <strong>de</strong>cimal, los ceros ubicados <strong>de</strong>spués <strong>de</strong>l último dígito pue<strong>de</strong>n ono ser cifras significativas. Así en 200 mL pue<strong>de</strong> tener una (2), dos (20) o tres (200) cifrassignificativas. No es posible <strong>de</strong>terminar la cantidad correcta, sino se posee más información.Por esta razón es <strong>de</strong> mucha utilidad la notación científica, para evitar está ambigüedad. Ennuestro caso po<strong>de</strong>mos expresar 2 x 10 2 mL, para una cifra; 2,0 x 10 2 , para dos cifras o 2,00 x10 2 para tres cifras significativas.1.6 Exactitud y precisiónLa precisión nos indica en cuanto concuerdan dos o más mediciones <strong>de</strong> una mismacantidad.La exactitud indica cuán cercana está una medición <strong>de</strong>l valor real <strong>de</strong> la cantidadmedida.Ejemplo: A un alumno se le solicita que pese en balanza analítica una muestra <strong>de</strong> sedimento,cuyo peso real es 2,0000 g. El alumno realiza tres mediciones obteniendo: 2,0001 g, 1,9998 g y2,0001 g. Po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>cir que el alumno fue preciso, ya que obtuvo en las tres medicionesvalores que concuerdan entre si y también trabajo con exactitud, ya que los valores obtenidosestán muy próximos al valor real.Cabe aclarar que precisión y exactitud <strong>de</strong>ben ir <strong>de</strong> la mano, para que nuestrosresultados sean confiables, pero no siempre es así, uno pue<strong>de</strong> ser muy preciso y no exacto. Sepue<strong>de</strong> comparar con tiro al blanco, al realizar los tiros se pue<strong>de</strong> dar siempre en el mismo lugar(precisión), pero estar muy lejos <strong>de</strong>l centro. Se es muy preciso, pero no exacto.Ahora te invitamos a que resuelvas los siguientes ejercicios.
Para resolver1) Comparar y or<strong>de</strong>nar en forma creciente las siguientes cantida<strong>de</strong>sa) 10 -3 L b) 70 dm 3c) 120 cm 3 d) 1570 mL2) Expresar las siguientes cantida<strong>de</strong>s en notación científica o en forma <strong>de</strong>cimal, segúncorresponda.a) 0,0000000027 b) 3560 c) 47700d) 0,096 e) 1,56 10 -3 f) 7,78 10 -5g) 2,59 10 2 h) 9,00 10 5 i) 0,000007093) ¿Cuál es el número <strong>de</strong> cifras significativas en cada una <strong>de</strong> las siguientes cantida<strong>de</strong>smedidas?a) 4867 g b) 29 mL c) 60104Tn d) 0,00000303 cm e) 0,0220 Kg4) La luz, o radiación visible, tiene longitu<strong>de</strong>s <strong>de</strong> onda entre 4000 y 7500 Å (1 Å =10 -10 m). Porejemplo, la luz amarilla tiene una longitud <strong>de</strong> onda <strong>de</strong> 5800 Å. Exprese esta longitud <strong>de</strong> ondaen metros.5) Indique y justifique si las siguientes medidas son iguales.a) 5800Å b) 580 nm c) 5,8x10 6 d) 5,8x10 -5 cm1.7 Velocidad y presión
Velocidad: cambio en la distancia en función <strong>de</strong>l tiempo transcurrido. Se expresa en m/sAceleración: cambio <strong>de</strong> velocidad en función <strong>de</strong>l tiempo. Se mi<strong>de</strong> en m/s 2Fuerza: masa por aceleración, se expresa en Newton 1N= 1kg m /s 2Presión: fuerza aplicada por unidad <strong>de</strong> área, se expresa en Pascal, que se <strong>de</strong>fine como unnewton por metro cuadrado (1Pa= N/m 2 ).Unida<strong>de</strong>s frecuentes utilizadas en la medición <strong>de</strong> lapresión. Torricelli (torr), milímetro <strong>de</strong> mercurio (mmHg), atmósfera (atm).760 torr = 760 mmHg = 1 atm = 101,325 kPaPara resolver1) Un automóvil se <strong>de</strong>splaza a 80 km/h. Exprese esta velocidad en m/h, y en m/seg.2) En un recipiente <strong>de</strong> 10 dm3 hay 0,50 moles <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong> O2 a una presión <strong>de</strong> 3739,2mmHg. La temperatura es <strong>de</strong> 1200K. Calcular en atm y en hPa la presión a la que estasometido el gas.3) En un sistema cerrado con tapa móvil hay un gas a una presión <strong>de</strong> 628,1 hPa. Expresar lapresión en mmHg y atm.1.8 Escalas <strong>de</strong> temperaturaActualmente se utilizan tres escalas <strong>de</strong> temperaturas. Sus unida<strong>de</strong>s son ºC (grados Celsius), ºF(grados Fahrenheit) y K (Kelvin). En la escala Celsius se divi<strong>de</strong> en 100 grados el intervalocomprendido entre el punto <strong>de</strong> congelación (0ºC) y el punto <strong>de</strong> ebullición <strong>de</strong>l agua (100ºC),mientras que en la escala Fahrenheit, que es la escala utilizada en Estados Unidos fuera <strong>de</strong>llaboratorio, se <strong>de</strong>finen los puntos <strong>de</strong> congelación y ebullición normales <strong>de</strong>l agua a 32 ºF y 212ºF.El Sistema Internacional <strong>de</strong>fine al Kelvin como la unidad fundamental <strong>de</strong> la temperatura; es<strong>de</strong>cir, es la escala <strong>de</strong> temperatura absoluta. El término <strong>de</strong> temperatura absoluta significa que elcero en escala Kelvin, <strong>de</strong>notado por 0 K, es la temperatura teórica más baja que pue<strong>de</strong>obtenerse.A continuación te mostramos las ecuaciones que se utilizan para realizar la conversión <strong>de</strong>temperaturas <strong>de</strong> una escala a otra:
ºF ºC ºC ºF ºC ° K?ºC=(ºF-32ºF) x (5ºC/9ºF) ?ºF = (9ºF/5ºC) x (ºC) +32ºF K = (ºC + 273,15ºC)K/ 1°CDon<strong>de</strong> ?, es el valor numérico que obtendrán luego <strong>de</strong> aplicar la ecuación correspondiente.Las tres escalas termométricas y la relación entre ellas.Para resolver1) a) Calcular en K la temperatura <strong>de</strong> un cuerpo que esta a – 8 ºCb) Calcular en ºC la temperatura <strong>de</strong> un cuerpo que está a 120 Kc) Determinar y justificar si es correcto afirmar que una variación cualquiera <strong>de</strong> temperaturaexpresada en ºC es numéricamente igual si se la expresa en K.2) Completar la siguiente tabla.
°C °F °KP. fusión Pb 327.5P ebullición Etanol 172.9P. Ebullición N 2 77P. ebullición Hg 3571.9 Densidad y peso específicoLa <strong>de</strong>nsidad absoluta, se <strong>de</strong>fine como la masa por unidad <strong>de</strong> Volumen <strong>de</strong> un sistema.Matemáticamente es el cociente entre la masa y el Volumen <strong>de</strong>l sistema, esto es:MasamDensidad = _______________ o en símbolos d = ___________VolumenVComo la <strong>de</strong>nsidad es una propiedad intensiva no <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> masapresente, para un material dado la relación <strong>de</strong> masa a Volumen es siempre la misma; en otraspalabras V aumenta conforme aumenta la masa m.Las unidad <strong>de</strong>rivada <strong>de</strong>l Sistema Internacional para la <strong>de</strong>nsidad es el kilogramo pormetro cúbico (kg / m 3 ). Esta unidad es <strong>de</strong>masiado gran<strong>de</strong> para la mayoría <strong>de</strong> las aplicacionesen química; por lo que la unidad gramo por centímetro cúbico (g / cm 3 ) y su equivalente g / mL,se utilizan con más frecuencia para expresar las <strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l sólidos y líquidos. Como las<strong>de</strong>nsida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> los gases son muy bajas, para ellos se emplea la unidad <strong>de</strong> gramos por litro (g /L).1 g / cm 3 = 1 g / mL = 1000 kg / m 31 g / L = 0,001 g / mL = 1 x 10 - 3 g / mLDensidad <strong>de</strong>l agua Densidad <strong>de</strong>l Plomo Densidad <strong>de</strong>l Corcho1.9.1 Densidad relativaLa <strong>de</strong>nsidad relativa, es la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> un cuerpo respecto a la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> otrotomado como referencia. Para sólidos y líquidos la sustancia <strong>de</strong> referencia es el agua <strong>de</strong>stilada
que a Presión <strong>de</strong> 1 atmósfera y 4 ºC <strong>de</strong> temperatura tiene una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> 1000 g / mL.Como se trata <strong>de</strong> un cociente <strong>de</strong> dos unida<strong>de</strong>s el resultado es un número adimensional, esto esun número sin unida<strong>de</strong>s.relativasustancia= __________(H2O)Para los gases se toma como referencia la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l aire a 1 atmósfera <strong>de</strong> presión y0 ºC (Condiciones Normales <strong>de</strong> Presión y Temperatura), a la que correspon<strong>de</strong> una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>1,293 g / L.1.9.2 Peso específicoPeso específico absoluto: se <strong>de</strong>fine como el peso por unidad <strong>de</strong> volumen <strong>de</strong> unsistema. Matemáticamente se calcula como el cociente entre el peso y el volumen <strong>de</strong> unsistema.PPe = ______________VPeso específico relativo: es el peso específico <strong>de</strong> una sustancia con respecto a otratomada como referencia.Para sólidos y líquidos:PePe r = ____________________Pe (agua)PePara gases= Pe r = _________Pe (aire)Para resolverDensidad y peso específico
1) La <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l mercurio (Hg) a 273,15 K es 13,60 g/cm3. ¿Cuál es el volumen queocuparán 35 g <strong>de</strong> mercurio?2) Calcule la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l cobre (peso específico 8,96 g/cm 3 ) en kg/m 3 .3) Calcule la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> un cilindro <strong>de</strong> aluminio <strong>de</strong> masa 75,21 g, diámetro 1,5 m y una altura<strong>de</strong> 15,75 cm.4) Una cantidad <strong>de</strong> arena pesa 33,8 g en el aire. Se transfiere a una probeta graduada <strong>de</strong> 100mL que contiene 40 mL <strong>de</strong> agua. La lectura final <strong>de</strong>l volumen es <strong>de</strong> 53,0 mL. Determine elpeso específico <strong>de</strong> la arena.5) Calcule el peso <strong>de</strong> HNO 3 puro por litro <strong>de</strong>l ácido concentrado con 50,0 % en peso <strong>de</strong> HNO 3 ypeso específico relativo 1,20.6) En un recipiente graduado se vierte agua líquida, H 2 O (l), hasta que la marca leída es 220cm 3 . Se coloca en su interior un bloque <strong>de</strong> grafito. (El grafito es una <strong>de</strong> las formas en las quese encuentra en la naturaleza el elemento carbono; la otra forma es el diamante). La masa <strong>de</strong>lbloque es 13,5 g y el nivel <strong>de</strong>l agua sube hasta llegar a 270 cm 3 . Calcule la <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>lgrafito.7) Se tienen dos cubos <strong>de</strong> hierro, uno <strong>de</strong> 10 cm y el otro <strong>de</strong> 20 cm <strong>de</strong> arista. Respon<strong>de</strong>r si esverda<strong>de</strong>ro o falso. Justificar.a) El cubo más gran<strong>de</strong> tiene mayor <strong>de</strong>nsidad.b) Los dos tienen igual masa.
LA MATERIA2.1 MateriaLa materia se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>finir como todo aquello que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.Dicho <strong>de</strong> otra manera la materia es todo lo que nos ro<strong>de</strong>a.“La química es la ciencia que estudia a la materia, sus propieda<strong>de</strong>s, los cambios queexperimenta y las variaciones <strong>de</strong> energía que acompañan a dichos procesos.”Durante mucho tiempo los conceptos materia y masa se tomaron como sinónimos,pero a principios <strong>de</strong>l siglo XX el físico Albert Einstein (1879-1955), <strong>de</strong>mostró que la masa y laenergía en realidad son dos componentes <strong>de</strong> la materia, teniendo la capacidad <strong>de</strong>interconvertirse. De esta manera po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>finir como masa, a la existencia <strong>de</strong> materia enforma <strong>de</strong> partículas o también como la cantidad <strong>de</strong> sustancia <strong>de</strong> un cuerpo susceptible<strong>de</strong> ser acelerada. La masa se mi<strong>de</strong> mediante balanzas y su unidad es kilogramo o susmúltiplos y submúltiplos. Mientras que la energía es una propiedad <strong>de</strong> un sistema, quemanifiesta su capacidad para realizar trabajo, las unida<strong>de</strong>s más utilizadas son es el Joule, laCaloría o el Ergio. La materia pue<strong>de</strong> tomar distintas formas a las que se las <strong>de</strong>nomina cuerpo.Entonces: un CUERPO es una porción limitada <strong>de</strong> materia i<strong>de</strong>ntificable por su forma.2.2 Propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> la MateriaPara po<strong>de</strong>r estudiar y enten<strong>de</strong>r que es la materia y como se comporta es necesarioestudiar sus propieda<strong>de</strong>s. Las cuales se clasifican como: generales ó extensivas y específicasó intensivas.Propieda<strong>de</strong>s generales o extensivasSon aquellas propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> un cuerpo cuyo valor medible <strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la cantidad<strong>de</strong> materia, estas son: volumen, peso, inercia, entre otros.Propieda<strong>de</strong>s intensivas o específicasEstas propieda<strong>de</strong>s no <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>n <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> materia, sino <strong>de</strong> su naturaleza,son importantes porque permiten distinguir a un cuerpo <strong>de</strong> otro. Pue<strong>de</strong>n ser físicas como: la<strong>de</strong>nsidad, la conductividad eléctrica y calorífica, la elasticidad, maleabilidad, cambios <strong>de</strong> estadoo químicas como: la fuerza oxidante, la aci<strong>de</strong>z o basicidad, combustibilidad, capacidad <strong>de</strong>combinación (estado <strong>de</strong> oxidación), electronegatividad, entre otras.
2.3 Leyes <strong>de</strong> la conservación <strong>de</strong> la materiaEstas leyes son los pilares que permiten estudiar y enten<strong>de</strong>r los cambios químicos <strong>de</strong>las sustancias. La ley <strong>de</strong> la conservación <strong>de</strong> la masa la cual señala que: "La masa <strong>de</strong> lassustancias antes y <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> un cambio químico es constante”, también pue<strong>de</strong> expresarsecomo "La masa no se crea ni se <strong>de</strong>struye, sólo se transforma.". La Ley <strong>de</strong> la Conservación <strong>de</strong>la energía que expresa que: “La energía <strong>de</strong>l universo constante” esta ley también se <strong>de</strong>finecomo:"La energía no se crea ni se <strong>de</strong>struye, sólo se transforma." Estas dos leyes estánrelacionadas por la ecuación <strong>de</strong> Einsten:E = m C 2Don<strong>de</strong>: E es energía m es masa C 2 es la velocidad <strong>de</strong> la luz al cuadradoPo<strong>de</strong>mos interpretarla como "La materia no se crea ni se <strong>de</strong>struye, sólo setransforma". La masa y energía son componentes <strong>de</strong> la materia y sólo se convierten una en laotra.Ahora te hacemos una pregunta ¿Masa y peso es lo mismo, son sinónimos? Larespuesta es NO, la masa <strong>de</strong> un cuerpo es una medida <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> materia que lo forma,mientras que el PESO es la fuerza resultante <strong>de</strong> la atracción gravitatoria <strong>de</strong> la tierra sobre cadapunto <strong>de</strong>l mismo. Dado que, ordinariamente, hacemos todos nuestros experimentos en elplaneta Tierra, ten<strong>de</strong>mos a usar masa y peso intercambiablemente. Dicho uso es permisible,siempre que mantengamos en mente la diferencia entre masa y peso.Por ejemplo, cada uno <strong>de</strong> nosotros tiene una <strong>de</strong>terminada masa, pero nuestro peso vaa <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>r <strong>de</strong>l lugar en don<strong>de</strong> realicemos dicha medición, por ejemplo en la tierra pesamos 50kg pero si nos pesamos en la luna nuestro peso será diferente, don<strong>de</strong> la atracción gravitacionales aproximadamente un sexto <strong>de</strong> la terrestre. El cuerpo no ha perdido masa, sólo está sujeto auna atracción gravitacional menor. ¿Qué pensás? ¿Pesaremos más o menos en la luna?2.4 Clasificación <strong>de</strong> la materiaEn la naturaleza encontramos:SUSTANCIAS PURAS. Dentro <strong>de</strong> esta presentación tenemos a los elementos y loscompuestos.Un elemento es aquella sustancia que no pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>scomponerse por métodosquímicos en otra más sencilla. Son más <strong>de</strong> 112 elementos, algunos son muycomunes y necesarios, como el carbono, el oxígeno o el hidrógeno. La or<strong>de</strong>nación <strong>de</strong>estos elementos en función <strong>de</strong> sus propieda<strong>de</strong>s físicas y químicas, da lugar a lallamada "Tabla Periódica". Fue i<strong>de</strong>ada por un químico ruso, Men<strong>de</strong>leiev el año 1869.
Des<strong>de</strong> aquella primera tabla que contenía tan sólo 63 elementos hasta la actual quetiene más <strong>de</strong> 112.Los compuestos resultan <strong>de</strong> la combinación <strong>de</strong> los elementos en una proporción<strong>de</strong>finida, los elementos unidos pier<strong>de</strong>n sus propieda<strong>de</strong>s individuales.MEZCLAS. Son sistemas que se forman por la combinación física <strong>de</strong> elementos o compuestosen diferente proporción, los cuales conservan sus propieda<strong>de</strong>s y se pue<strong>de</strong>n separar pormétodos físicos, a<strong>de</strong>más a las mezclas po<strong>de</strong>mos clasificarlas si presentan una sola fase comohomogéneas (soluciones y aleaciones) o si tienen varias como heterogéneas (suspensionesetc.)2.5 Sistemas MaterialesSistema Material: es un cuerpo aislado, conjunto <strong>de</strong> cuerpos, partes <strong>de</strong> un cuerpo o parte<strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong> cuerpos que se aíslan convenientemente para ser estudiados.Sistemas Homogéneos: son aquellos que tienen propieda<strong>de</strong>s intensivas constantesen toda su extensión. Son monofásico (una sola fase). Estos a su vez se clasifican ensustancias y soluciones.Sistemas heterogéneos: son aquellos que tienen propieda<strong>de</strong>s intensivas que no sonconstantes, existiendo superficies <strong>de</strong> discontinuidad, entre las distintas partes. Sonpolifásicos ( una o mas fases).Existen otros sistemas en don<strong>de</strong> las propieda<strong>de</strong>s intensivas varían punto a punto (variaciónen forma gradual), pero no existen superficies <strong>de</strong> separación y se los <strong>de</strong>nomina sistemasinhomogéneos. Un ejemplo clásico <strong>de</strong> es la atmósfera terrestre.FASE: es cada uno <strong>de</strong> los sistemas homogéneos que componen un sistema heterogéneo;las fases están separadas una <strong>de</strong> otras por superficies <strong>de</strong> discontinuidad, llamadainterfase.Cabe aclarar que en todo sistema, ya sea este homogéneo o heterogéneo, se <strong>de</strong>bendistinguir los componentes <strong>de</strong>l mismo. Es <strong>de</strong>cir las sustancias que la forman.Te mostramos a continuación un esquema que resume los conceptos básicos referidos altema.
Sistema HomogéneoEs aquel sistema que entodos los puntos <strong>de</strong> su masaposee las mismaspropieda<strong>de</strong>s intensivas.SustanciasSistema homogéneo conpropieda<strong>de</strong>s intensivasconstantes que resistenlos procedimientosmecánicos y físicos <strong>de</strong>lanálisis.SoluciónSistema homogéneoconstituido por dos o mássustancias puras oespecies químicas.Simple: no se pue<strong>de</strong><strong>de</strong>scomponer en otras. Estaformada por átomos <strong>de</strong> unmismo elemento.Compuesta: se pue<strong>de</strong><strong>de</strong>scomponer en otras. Estaformada por átomos <strong>de</strong>diferentes elementos.SolutoSustancia en menorabundancia <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> lasolución.SistemaMaterialSolventeSustancia cuyo estado físicoes el mismo que el quepresenta la solución.Dispersión GroseraSistemas heterogéneos visibles a simple vista.Sistema HeterogéneoEs aquel sistema que endiferentes puntos <strong>de</strong>l mismotiene distintas propieda<strong>de</strong>sintensivas.Dispersión FinaSistema heterogéneo visibleal microscopioDispersión ColoidalSistema heterogéneo novisible al microscopio, visibleal ultramicroscopio.SuspensionesDispersiones finas con lafase dispersante liquiday la dispersa sólida.EmulsionesDispersiones finas conambas fases liquidas.
2.5.1 Métodos <strong>de</strong> separaciónMétodos principales <strong>de</strong> separación <strong>de</strong> mezclas.Decantación: Este método es utilizado para separar un sólido insoluble <strong>de</strong> un líquido. Permiteseparar componentes contenidos en distintas fases. La separación se efectúa vertiendo la fasesuperior (menos <strong>de</strong>nsa) o la inferior (más <strong>de</strong>nsa).Centrifugación. Método utilizado para separar un sólido insoluble <strong>de</strong> grano muy fino y <strong>de</strong> difícilsedimentación <strong>de</strong> un líquido. La operación se lleva a cabo en un aparato llamado centrífuga.Destilación. Este método permite separar mezclas <strong>de</strong> líquidos miscibles, aprovechando susdiferentes puntos <strong>de</strong> ebullición. Este procedimiento incluye una evaporación y con<strong>de</strong>nsaciónsucesivas. Existen varios tipos <strong>de</strong> <strong>de</strong>stilaciones, las cuales entre las que se encuentran lasimple, la fraccionada y por arrastre <strong>de</strong> vapor.Filtración. Permite separar un sólido <strong>de</strong> grano insoluble (<strong>de</strong> grano relativamente fino) <strong>de</strong> unlíquido. Para tal operación se emplea un medio poroso <strong>de</strong> filtración o membrana que <strong>de</strong>ja pasarel líquido y retiene el sólido. Los filtros más comunes son el papel filtro y la fibra <strong>de</strong> vidrio.Evaporación. Este método permite separar un sólido disuelto en un líquido por incremento <strong>de</strong>temperatura hasta que el líquido hierve y pasa al estado <strong>de</strong> vapor, quedando el sólido comoresiduo en forma <strong>de</strong> polvo seco.Sublimación. Es un método utilizado en la separación <strong>de</strong> sólidos, aprovechando que algunos<strong>de</strong> ellos es sublimable (pasa <strong>de</strong>l estado sólido al gaseoso, sin pasar por el estado líquido).Mediante este método se obtiene el café <strong>de</strong> grano.Cromatografía. La palabra Cromatografía significa "escribir en colores", ya que cuando fue<strong>de</strong>sarrollada los componentes separados eran colorantes. Las técnicas cromatográficas sebasan en la aplicación <strong>de</strong> la mezcla (fase móvil) en un punto (punto <strong>de</strong> inyección o aplicación)<strong>de</strong> un soporte (fase estacionaria) seguido <strong>de</strong> la influencia <strong>de</strong> la fase móvil. Existen varios tipos<strong>de</strong> cromatografía, en columna, en papel, en capa fina, HPLC, <strong>de</strong> gases, entre otras.Diferencia <strong>de</strong> solubilidad. Este método permite separar sólidos <strong>de</strong> líquidos o líquidos <strong>de</strong>sólidos al contacto con un solvente que selecciona uno <strong>de</strong> los componentes <strong>de</strong> la mezcla. Estecomponente es soluble en el solvente a<strong>de</strong>cuado y es arrastrado para su separación, ya sea por<strong>de</strong>cantación, filtración, vaporización, <strong>de</strong>stilación, etc. Este método es muy útil para lapreparación y análisis <strong>de</strong> productos farmacéuticos.Imantación. Este método aprovecha la propiedad <strong>de</strong> algún material para ser atraído por uncampo magnético. Los materiales ferrosos pue<strong>de</strong>n ser separados <strong>de</strong> la basura por medio <strong>de</strong> unelectroimán.
2.6 Estados <strong>de</strong> agregaciónLa materia se presenta básicamente en tres estados, los cuales son: sólido, líquido y gaseoso.Estado sólido. Es un estado <strong>de</strong> la materia en el cual las partículas ocupan posiciones fijasdándole a la sustancia una forma <strong>de</strong>finida. Presentan enlaces muy fuertes por esa razón tienenpoca libertad <strong>de</strong> movimiento. Se presentan en dos formas principales: cristalinos y amorfos.Estado líquido. Estado <strong>de</strong> agregación <strong>de</strong> la materia en el cuál las partículas <strong>de</strong> una sustanciaestán unidas débilmente y por ello se pue<strong>de</strong>n mover y por consiguiente cambiar su forma<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un volumen fijo. Esta propiedad <strong>de</strong> sus partículas permite que un líquido tenga flui<strong>de</strong>zy eso por ello tome la forma <strong>de</strong>l recipiente que lo contiene.Estado gaseoso. Es un estado <strong>de</strong> agregación <strong>de</strong> la materia en el cual las fuerzas <strong>de</strong> atracciónentre las partículas <strong>de</strong> una sustancia son muy débiles permitiendo el movimiento a enormesvelocida<strong>de</strong>s. Los gases se caracterizan por no tener volumen <strong>de</strong>finido. En este estado <strong>de</strong>agregación las partículas se encuentran en movimiento continuo y por ello las partículaschocan entre sí y con las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l recipiente que los contiene. Un gas empujaconstantemente en todas direcciones por esa razón los gases llenan por completo losrecipientes que ocupan, las colisiones en las pare<strong>de</strong>s originan la presión <strong>de</strong>l gas.2.6.1 Cambios <strong>de</strong> estadoCuando una sustancia cambia <strong>de</strong> estado implica suministro o liberación <strong>de</strong> energía <strong>de</strong>lsistema hacia el medio, por esta razón se <strong>de</strong>finen los cambios <strong>de</strong> estado en dos tipos.Endotérmicos. Son cambios <strong>de</strong> estado que se originan cuando al sistema absorbe energía.Exotérmicos. Cambios <strong>de</strong> estado que se originan cuando el sistema <strong>de</strong>spren<strong>de</strong> energía.Cambios <strong>de</strong> Estado EndotérmicosSublimación. Es un cambio <strong>de</strong> estado directo <strong>de</strong> sólido a gas por ejemplo la sublimación <strong>de</strong>lYodo etc.
Fusión. Es un cambio <strong>de</strong> estado que permite que una sustancia en estado sólido pase alestado líquido como el hielo <strong>de</strong> la escarcha <strong>de</strong>rritiéndose, la manteca en una sartén, unchocolate <strong>de</strong>rretido en la palma <strong>de</strong> la mano etc.Solidificación. Es un cambio <strong>de</strong> estado que ocurre cuando un líquido pasa al estado sólido.Ejemplos: La nieve, la obtención <strong>de</strong> figuras <strong>de</strong> plástico.Evaporización. Es cambio <strong>de</strong> estado endotérmico que permite que una sustancia en estadolíquido pase al estado gaseoso. Ejemplos: Agua hirviendo, la formación <strong>de</strong> las nubes por medio<strong>de</strong> la evaporización <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong> los ríos y mares.Cambios <strong>de</strong> Estado ExotérmicosCon<strong>de</strong>nsación. Es la conversión <strong>de</strong>l estado <strong>de</strong> vapor al estado líquido. Este proceso es elinverso <strong>de</strong> la evaporización, ejemplo: empañamiento <strong>de</strong> una ventana.Licuefacción. Es el paso <strong>de</strong>l estado gaseoso al estado líquido, ejemplos: la obtención <strong>de</strong> airelíquido o <strong>de</strong> alguno <strong>de</strong> sus componentes.Cristalización. Proceso por el cual se forman los cristales, esto ocurre cuando una sustanciase enfría. Este proceso se observa cuando se tiene un sólido disuelto en una disoluciónsaturada.2.7 Fenómenos físicos y químicosFenómeno Físico: Son cambios que no involucran la obtención <strong>de</strong> nuevas sustanciasquímicas por ejemplo: cambios <strong>de</strong> estado, disolución, cristalización, filtración,fragmentación, reflexión y refracción <strong>de</strong> la luz, dilatación <strong>de</strong> un metal, movimiento <strong>de</strong>los cuerpos, transmisión <strong>de</strong>l calor etc.Fenómeno Químico: Son cambios que implican la transformación <strong>de</strong> una sustanciaen otras, por ejemplo: combustión, oxidación, reducción, polimerización, neutralizaciónentre ácidos y bases, precipitación, formación <strong>de</strong> complejos, explosiones, digestión <strong>de</strong>los alimentos, corrosión <strong>de</strong> los metales, fotosíntesis, fermentación etc.A continuación te mostramos algunos ejemplos
ProcesoTipo <strong>de</strong>fenómenoObservacionesOxidación <strong>de</strong>lHierroQuímicoEl metal brillante y lustroso se transforma en óxidocafé rojizoEbullición <strong>de</strong>l agua Físico El líquido se transforma en vaporIgnición <strong>de</strong> azufreen aireQuímicoEl azufre sólido y amarillo se transforma en dióxido<strong>de</strong> azufre, gas sofocantePasar un huevopor agua hirviendoQuímicoLa yema y la clara líquidas se transforman ensólidas, <strong>de</strong>snaturalización <strong>de</strong> proteínasCombustión <strong>de</strong> lagasolinaQuímicoEl combustible líquido se quema y se transforma enmonóxido <strong>de</strong> carbono, dióxido <strong>de</strong> carbono y agua,todos en estado gaseosoDigestión <strong>de</strong> losalimentosQuímicoLos alimentos se transforman en nutrientes líquidos y<strong>de</strong>sechos sólidosAserrado <strong>de</strong> lama<strong>de</strong>raFísicoSe producen trozos más pequeños <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>ra yaserrín, a partir <strong>de</strong> una pieza mayor <strong>de</strong> ma<strong>de</strong>raQuemado <strong>de</strong> lama<strong>de</strong>raQuímicoLa ma<strong>de</strong>ra ar<strong>de</strong> y se transforma en cenizas, dióxido <strong>de</strong>carbono gaseoso y aguaCalentamiento<strong>de</strong>lvidrioFísicoEl vidrio sólido se transforma en pasta <strong>de</strong>formable, y así sepue<strong>de</strong> cambiar su forma2.8 EnergíaEn principio se pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar que sólo hay dos tipos <strong>de</strong> energía, la potencial y la cinética.Con la transformación <strong>de</strong> éstas ocurren las <strong>de</strong>más manifestaciones.Energía potencial: Es la energía almacenada en una partícula <strong>de</strong>bido a su posición <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong>un campo <strong>de</strong> fuerzas eléctricas magnéticas o gravitacionales, como el agua <strong>de</strong> una presa, unapila o batería etc.Energía cinética: Es la energía que poseen los cuerpos en movimiento.
Para resolverSistemas materialesSeñale cual <strong>de</strong> los siguientes procesos son cambios físicos y cuales cambios químicosa) vaporización <strong>de</strong>l aguab) agrietamiento <strong>de</strong> la lechec) formación <strong>de</strong> agua al hacer saltar una chispa eléctrica en una mezcla <strong>de</strong> oxigeno ehidrógenod) oxidación <strong>de</strong>l hierroe) fermentación <strong>de</strong>l vino2) Completar el siguiente cuadro.3) Indique cual <strong>de</strong> los siguientes procedimientos es el mas a<strong>de</strong>cuado para separar una mezcla<strong>de</strong> sal, azufre y nafta:a) Calentar para que la nafta se evapore y separar <strong>de</strong>spués la sal y el azufre añadiendo agua.Al filtrar, quedara el azufre en el papel, y se separara la sal <strong>de</strong>l agua por evaporación.b) Filtrar para separar la nafta <strong>de</strong> los dos sólidos. Añadir agua sobre el mismo filtro para que sedisuelva la sal y separarla <strong>de</strong>l azufre por filtración. Recuperarla <strong>de</strong>jando evaporar el agua.c) Filtrar para separar la nafta <strong>de</strong> los dos sólidos. Añadir sulfuro <strong>de</strong> carbono sobre el papel <strong>de</strong>lfiltro para disolver el azufre y recuperarlo por evaporación <strong>de</strong>l sulfuro <strong>de</strong> carbono.
d) Calentar para que primero se evapore la nafta y <strong>de</strong>spués funda el azufre, que se separara<strong>de</strong> la sal por filtración.4) El siguiente gráfico es el Diagrama <strong>de</strong> Fases <strong>de</strong>l Agua (H 2 O).Respon<strong>de</strong>r observando el gráfico:a) ¿En qué estado <strong>de</strong> agregación se encuentra el agua a una presión <strong>de</strong> 1 atm y 50 ºC?b) ¿En qué estado <strong>de</strong> agregación se encuentra el agua a una presión <strong>de</strong> 715 mm Hg y 300 K?c) Manteniendo constante la Presión a 1 atm, ¿Cuál es el rango <strong>de</strong> temperatura,aproximadamente, en la cuál el agua está en estado líquido?5 Las siguientes propieda<strong>de</strong>s fueron <strong>de</strong>terminadas para un trozo <strong>de</strong> hierro (Fe). Indicar cuáles<strong>de</strong> ellas son intensivas y cuáles extensivas. Justifique.a) Masa = 40 gb) Densidad = 7,8 g cm -3c) Color: grisáceo brillanted) Punto <strong>de</strong> fusión = 15350Ce) Volumen = 5,13 cm 3f) Insoluble en agua6) Las siguientes proposiciones se refieren a un sistema formado por 3 trozos <strong>de</strong> hielo (H2O(s))flotando en una solución acuosa <strong>de</strong> cloruro <strong>de</strong> potasio (KCl). Marcar las correctas y Justifiquesu elección.
a) Es un sistema homogéneo.b) El sistema tiene 2 interfases.c) El sistema tiene 3 fases sólidas y una líquida.d) El sistema tiene 2 componentes.e) El sistema tiene 3 componentes.f) Los componentes se pue<strong>de</strong>n separar por filtración.7) Indique cuáles <strong>de</strong> los siguientes sistemas son soluciones y cuáles son sustancias:a) agua saladab) agua y etanol (H 2 O y CH 3 CH 2 OH)c) mercurio (Hg)d) óxido <strong>de</strong> plata (Ag 2 O)e) bromo líquido (Br 2 (l))8) Indique y justifique cuáles <strong>de</strong> los siguientes sistemas son sustancias simples y cuálescompuestas:a) oxígeno (O 2 )b) agua (H 2 O)c) azufre (S)d) óxido <strong>de</strong> zinc (ZnO)9) Indique cuáles <strong>de</strong> estas afirmaciones son correctas y cuáles no.a) Un sistema con un sólo componente <strong>de</strong>be ser homogéneo.b) Un sistema con dos componentes líquidos <strong>de</strong>be ser homogéneo.c) Un sistema con 2 componentes gaseosos <strong>de</strong>be ser homogéneo.d) Un sistema con varios componentes distintos <strong>de</strong>be ser heterogéneo.e) El agua está formada por la sustancia oxígeno (O 2 ) y la sustancia hidrógeno (H 2 ).f) Por <strong>de</strong>scomposición <strong>de</strong>l agua se obtiene el elemento oxígeno y el elemento hidrógeno.g) El óxido <strong>de</strong> calcio (CaO) está formado por el elemento calcio y el elemento oxígeno.
h) Cuando el elemento hierro se combina con el elemento oxígeno se obtiene un óxido <strong>de</strong>hierro (pue<strong>de</strong> ser óxido férrico (Fe 2 O 3 ) que, junto con otras sustancias, forma la herrumbre).i) Si se calienta una <strong>de</strong>terminada cantidad <strong>de</strong> un líquido, aumenta su volumen y enconsecuencia también aumenta su masa.EL INTERIOR DE LA MATERIA3.1 Teoría AtómicaTodas las sustancias están compuestas por partículas muy pequeñas llamadasátomos, que constituyen la porción mínima <strong>de</strong> materia que combinada químicamente conformatodo lo que nos ro<strong>de</strong>a. La teoría atómica fue formulada por Dalton (1766-1844) quien elaborosu teoría acerca <strong>de</strong> los átomos por un interés principalmente físico, el suponer que la materiaestá compuesta por partículas infinitamente pequeñas que se atraen o repelen entre sí condistinta intensidad, según la temperatura y su naturaleza, se presentaba como la mejorexplicación <strong>de</strong> las propieda<strong>de</strong>s <strong>de</strong> los distintos estados <strong>de</strong> agregación (gases, líquidos ysólidos).Esta i<strong>de</strong>a no era original, la propuesta novedosa <strong>de</strong> Dalton consistió en suponer queexiste una masa atómica característica para cada elemento y que los átomos <strong>de</strong> un mismoelemento tienen todos exactamente la misma masa, siendo esta distinta <strong>de</strong> la <strong>de</strong> los átomos<strong>de</strong> cualquier otro. También, en suponer que los átomos <strong>de</strong> lo que el llamo sustanciascompuestas (hoy <strong>de</strong>cimos moléculas) se pudieran concebir como un grupo <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong>distintos elementos. De la teoría <strong>de</strong> Dalton se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong> que los átomos <strong>de</strong> cada elementoposeen dos propieda<strong>de</strong>s importantes: la masa, que lo caracteriza, y el estado <strong>de</strong> oxidación, queindica la manera y extensión con la que se combinara con otros átomos.3.2 Mo<strong>de</strong>lo AtómicoEn el mo<strong>de</strong>lo atómico los átomos están formados por un núcleo (don<strong>de</strong> están losprotones + neutrones) pequeño <strong>de</strong> gran masa, y un exterior casi vacío ( don<strong>de</strong> están loselectrones). Las partículas subatómicas constitutivas son:
Los electrones, cargados eléctricamente (negativos, por convención) y con una masa<strong>de</strong> aproximadamente 9,109 10 -28 g.Los protones, cargados eléctricamente (con carga <strong>de</strong> igual magnitud que loselectrones, pero <strong>de</strong> polaridad opuesta, positivos por convención) y con una masa <strong>de</strong> casi 1uma.Los neutrones, eléctricamente neutros y <strong>de</strong> masa prácticamente igual a la suma <strong>de</strong> la<strong>de</strong> un protón y un electrón, aproximadamente 1,675 10 -24 g.Número atómico: es la cantidad <strong>de</strong> protones que hay en el núcleo <strong>de</strong> un átomo. Todos losátomos <strong>de</strong> un mismo elemento tienen el mismo número atómico, y por lo tanto, también lamisma cantidad <strong>de</strong> electrones, <strong>de</strong> otro modo estaríamos en presencia <strong>de</strong> iones, no <strong>de</strong>átomos. En cambio, la cantidad <strong>de</strong> neutrones pue<strong>de</strong> variar entre átomos <strong>de</strong> un mismoelemento, dando lugar a la existencia <strong>de</strong> isótopos.Número másico: es la suma <strong>de</strong> las cantida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> protones y neutrones en el núcleo <strong>de</strong> cadaátomo.Una forma usual <strong>de</strong> expresar estas propieda<strong>de</strong>s es:AZXDon<strong>de</strong> A es el número másico <strong>de</strong>l átomo en consi<strong>de</strong>ración (X) y Z el número atómico.Los isotopos poseen igual A y distinto Z, ¿Por qué?3.3 Estado <strong>de</strong> oxidaciónOtra propiedad surgida <strong>de</strong> esta teoría es el estado <strong>de</strong> oxidación que indica lacapacidad <strong>de</strong> un elemento <strong>de</strong> combinarse. Los átomos tienen tantos electrones como protones,los electrones <strong>de</strong> todos los átomos <strong>de</strong> cada elemento están distribuidos <strong>de</strong> un mismo modo.Esta manera <strong>de</strong> distribuirse genera una periodicidad similar a la encontrada por Men<strong>de</strong>leiev(1834-1907) en las propieda<strong>de</strong>s químicas <strong>de</strong> los elementos.De forma general y a efectos <strong>de</strong> formulación, a cada elemento <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> un compuesto se leasigna un número positivo o negativo <strong>de</strong>nominado índice, número o grado <strong>de</strong> oxidación(<strong>de</strong>nominado anteriormente como valencia). Dicho índice, que pue<strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rarse como elnúmero <strong>de</strong> electrones perdidos o ganados en el ión correspondiente (en el supuesto <strong>de</strong>
que todos los compuestos fueran iónicos) tiene, no obstante, un carácter fundamentalmenteoperativo, pues sirve para <strong>de</strong>ducir con facilidad las fórmulas <strong>de</strong> las diferentes combinacionesposibles.Cuando se analiza con <strong>de</strong>tenimiento se advierte la existencia <strong>de</strong> ciertas relacionesentre el índice <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong> un elemento y su posición en el sistema periódico <strong>de</strong> modo quees posible <strong>de</strong>ducir las siguientes reglas básicas:En los elementos libres, no combinados, cada átomo tiene un número <strong>de</strong>oxidación <strong>de</strong> cero. Así, por ejemplo cada átomo <strong>de</strong> potasio (K), Sodio (Na), Berilio(Be) tienen número <strong>de</strong> oxidación: cero.Para iones monoatómicos, el número <strong>de</strong> oxidación es igual a la carga <strong>de</strong>l ión. Así,por ejemplo, Na + tiene número <strong>de</strong> oxidación +1; el ión Fe +2 , +2; el ión F - , -1. Todos losmetales alcalinos tienen número <strong>de</strong> oxidación +1, y todos los alcalinos térreos tienennúmero <strong>de</strong> oxidación +2 en sus compuestos.El número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l oxígeno en la mayoría <strong>de</strong> los compuestos es -2, exceptoen los peróxidos, en el que el ión peróxido (O -2 2 ) es -1El número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l Hidrógeno es +1, excepto cuando está enlazado conmetales en compuestos binarios (hidruros metálicos), cuyo número <strong>de</strong> oxidación es -1.En una molécula neutra, la suma <strong>de</strong> los números <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong> todos losátomos <strong>de</strong>be ser cero. En un ión poliatómico, la suma <strong>de</strong> los números <strong>de</strong> oxidación<strong>de</strong> todos los elementos <strong>de</strong>be ser igual a la carga <strong>de</strong>l iónLos números <strong>de</strong> oxidación no tienen que ser números enteros. Por ejemplo el oxígenoen los superóxidos (O - 2 ) es -1/2.Para resolverNúmeros <strong>de</strong> oxidación1) Calcule el número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l arsénico en el compuesto As 2 O 5 .2) Calcule el número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l manganeso en KMnO 4 .3) ¿Cuál es el número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong> cada elemento <strong>de</strong>l FeO; H 2 S; Sb 2 S 3 ; Ca(NO 3 ) 2 ;Li 2 O 2 ; NH 3.4) ¿Cuál es el número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l nitrógeno en (NO 3 ) -1 y (NO 2 ) -1 ?
¿COMO SE ESCRIBE?Antes <strong>de</strong> iniciar el estudio <strong>de</strong> la formación <strong>de</strong> compuestos <strong>de</strong>berás tener a mano la TABLAPERIODICA y conocer como se escriben los elementos, es <strong>de</strong>cir que símbolos se utilizan. Porejemplo el Sodio se simboliza Na la primera letra se escribe con mayúscula y la segunda conminúscula. Te invitamos a que ubiques en la tabla periódica a los metales, no metales, gasesnobles y que presentes atención a como se or<strong>de</strong>nan.Antes <strong>de</strong> iniciar con el estudio <strong>de</strong> la formulación <strong>de</strong> los compuestos químicos vamos a estudiartres conceptos que son necesarios para po<strong>de</strong>r efectuar dicho procedimiento:* Reacción y ecuación química* Fórmula química* Nomenclatura4.1 Reacciones químicasUna reacción química es un proceso en el cual una sustancia (o sustancias) cambiapara formar una o más sustancias. Las mismas <strong>de</strong>ben escribirse en lenguaje químico y paraello se utilizan las fórmulas químicas, que expresan la composición <strong>de</strong> las moléculas y loscompuestos iónicos, por medio <strong>de</strong> los símbolos químicos y las ecuaciones químicas en lasque se utilizan los símbolos químicos (o fórmulas químicas) para mostrar que suce<strong>de</strong> duranteuna reacción química. Antes <strong>de</strong> avanzar en el tema, <strong>de</strong>bemos enunciar las leyes <strong>de</strong> lascombinaciones, que establecen las relaciones que existen entre las masas con que secombinan los elementos para formar compuestos.Ley <strong>de</strong> las proporciones <strong>de</strong>finidas <strong>de</strong> Proust: establece que “muestras diferentes <strong>de</strong> unmismo compuesto siempre contienen los mismos elementos y en la misma proporción enmasa”.Ley <strong>de</strong> las proporciones múltiples <strong>de</strong> Dalton: expresa que “dos elementos pue<strong>de</strong>ncombinarse para formar más <strong>de</strong> un compuesto, las masas <strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los elementos que secombinan con una masa fija <strong>de</strong>l otro, mantienen una relación <strong>de</strong> números enteros pequeños”La ley <strong>de</strong> Richter o <strong>de</strong> las proporciones recíprocas: Las masas <strong>de</strong> dos elementos diferentesque se combinan con una misma cantidad <strong>de</strong> un tercer elemento, guardan la misma relaciónque las masas <strong>de</strong> aquellos elementos cuando se combinan entre sí.Ley <strong>de</strong> la conservación <strong>de</strong> la masa: establece que la materia no se crea ni se <strong>de</strong>struye.La forma genérica <strong>de</strong> escribir una reacción química es a través <strong>de</strong> una ecuación química,como la que se muestra a continuación:
a A + b Bc C +d DLa sustancia A reacciona con la sustancia B, generando las sustancias C y DLas sustancias, A y B, se <strong>de</strong>nominan reactivosLas nuevas sustancias, C y D, se <strong>de</strong>nominan productosEl signo “+” significa “reacciona con”La flecha significa “produce”Las transformaciones que ocurren en una reacción química se rigen por la Ley <strong>de</strong>la conservación <strong>de</strong> la masa: “Los átomos no se crean ni se <strong>de</strong>struyen durante unareacción química”. Por lo tanto una ecuación química ha <strong>de</strong> tener el mismonúmero <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> cada elemento a ambos lados <strong>de</strong> la flecha, y eso serepresenta con a, b, c y d, que son los coeficientes estequiometricos, una vezrealizado esto, se dice entonces que la ecuación está balanceada.Cuando escribimos “H2O” en vez <strong>de</strong> “agua” lo hacemos no sólo por comodidad, sino tambiénpara recordar que la sustancia “agua” está formada por moléculas, que a su vez estánformadas por la unión <strong>de</strong> dos átomos <strong>de</strong> hidrógeno y uno <strong>de</strong> oxígeno, al escribir, por ejemplo2 H 2 + O 2 2 H 2 OSe está representando un fenómeno químico, una transformación <strong>de</strong> un sistemaformado por cuatro átomos <strong>de</strong> hidrógeno y dos átomos <strong>de</strong> oxígeno que, en su estadooriginal o <strong>de</strong> reactivos, están en la forma <strong>de</strong> dos moléculas <strong>de</strong> hidrógeno y una <strong>de</strong> oxígeno,y en el estado final, o <strong>de</strong> productos, como dos moléculas <strong>de</strong> agua. La flecha separa la<strong>de</strong>scripción <strong>de</strong>l estado inicial <strong>de</strong> la <strong>de</strong>l estado final, una vez completada la transformación.Observe la importancia <strong>de</strong> equilibrar o balancear las ecuaciones químicas: durante unatransformación química no pue<strong>de</strong>n aparecer ni <strong>de</strong>saparecer átomos, solamente pue<strong>de</strong>nmodificar sus uniones químicas.Algunas ecuaciones químicas sencillas pue<strong>de</strong>n igualarse por tanteo, por ejemplo:Na + O 2 Na 2 OEstá mal escrita porque en el estado inicial hay dos átomos <strong>de</strong> oxígeno, y en estado final,uno solo. Si corregimos el coeficiente estequiométrico <strong>de</strong>l Na 2 ONa + O 2 2 Na 2 ODe esta manera efectuamos el balance en masa para el oxígeno, pero no para el sodio, razónpor la que <strong>de</strong>bo equilibrarlo. Una vez realizada esta operación la ecuación correctamenteescrita (balanceada) resulta:4 Na + O 2 2 Na 2 OCabe aclarar que estos coeficientes estequiometricos, pue<strong>de</strong>n ser números enteros o números
fraccionarios.Algunas ecuaciones parecen más difíciles que otras. Para estos casos, es recomendableutilizar el “método algebraico”, que se plantea como un sistema <strong>de</strong> ecuaciones lineales, que<strong>de</strong>be ser resuelto con números enteros.En el ejemplo anteriorNa + O 2 Na 2 ODefinimos tres variables a, b y c que correspon<strong>de</strong>n a los coeficientes estequiométricos <strong>de</strong>lsodio, oxígeno y óxido <strong>de</strong> sodio, respectivamente.a Na + b O 2 c Na 2 ODe estos coeficientes sabemos que:a = 2 c2 b = cPorque:En c moléculas (unida<strong>de</strong>s) <strong>de</strong> Na 2 O hay el doble <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> sodio que en a.En b moléculas <strong>de</strong> oxígeno hay el doble <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> oxígeno que en c moléculas <strong>de</strong>Na 2 OSe establece <strong>de</strong> manera arbitraria el valor <strong>de</strong> uno <strong>de</strong> los coeficientes, dicho valorgeneralmente es 1. En nuestro caso asumimos que b = 1, entonces reemplazando enlas ecuaciones obtenemos: a = 4 y c = 2.Observe que no hay problema en tomar otra elección, si por ejemplo <strong>de</strong>cidimos c = 1, entoncesa = 2 y b = 1/2, pero como los coeficientes estequiométricos <strong>de</strong>ben elegirse como los númerosenteros más pequeños que permitan balancear la ecuación, <strong>de</strong>beremos multiplicarlos a todospor dos.4.2 Tipos <strong>de</strong> reaccionesEl tipo <strong>de</strong> reacción que sufrirán los reactivos <strong>de</strong>pen<strong>de</strong>rá <strong>de</strong> la naturaleza <strong>de</strong> losmismos y <strong>de</strong> las condiciones en las que se realice la reacción.A continuación veremos algunas <strong>de</strong> las distintas reacciones químicas, que pue<strong>de</strong>nproducirse entre las sustancias.4.2.1 Reacciones <strong>de</strong> neutralizaciónEs una reacción entre un ácido y una base. Generalmente, en las reacciones acuosas
ácido-base se origina una sal y agua.Esquema general <strong>de</strong> reacción:Acido + base sal + aguaPor ejemplo:HCl + Na(OH) NaCl + H 2 OAcidoclorhídrico+ Hdroxido<strong>de</strong> sodiasal + aguaEn esta reacción tres <strong>de</strong> los cuatro compuestos involucrados en el fenómeno, son iónicos.Puesto que en solución acuosa no hay NaCl sino Na + y Cl - , po<strong>de</strong>mos escribir la ecuacióniónica:H + + Cl -1 + Na +1 + OH -1 Na +1 + Cl -1 + H 2 OprotónIonIonIonIonIonaguaclorurosodiohidroxilosodiocloruroDon<strong>de</strong> queda más claro que los iones Cl - y Na + son podría <strong>de</strong>cirse “espectadores” <strong>de</strong> lareacción iónica netaH + + OH -H 2 OEsta es la única reacción que nos interesa en los fenómenos <strong>de</strong> neutralización entre ácidos ybases. Po<strong>de</strong>mos <strong>de</strong>cir que la “incautación” o “secuestro” <strong>de</strong> iones sueltos para formar uncompuesto covalente, es la razón por la cual las reacciones <strong>de</strong> neutralización partiendo <strong>de</strong> unestado inicial con ácidos y bases llegan a uno final con sales.4.2.2 Reacciones <strong>de</strong> precipitaciónEn las mismas a partir <strong>de</strong> reactivos en solución, se forma un compuesto insoluble.
AgNO 3 (ac) + NaCl (ac) AgCl + NaNO 3 (ac)Nitrato <strong>de</strong>Cloruro <strong>de</strong>Cloruro <strong>de</strong>Niotrato <strong>de</strong>platasodioplatasodio4.2.3 Reacciones redoxEn las mismas los elementos que forman las sustancias involucradas, cambian suestado <strong>de</strong> oxidación. En una reacción <strong>de</strong> este tipo una especie se reduce a expensas <strong>de</strong> otraque se oxida (proceso simultáneo). La especie que se reduce se <strong>de</strong>nomina oxidante ydisminuye su número <strong>de</strong> oxidación y por lo tanto el elemento consi<strong>de</strong>rado gana electrones. Lasustancia que se oxida se <strong>de</strong>nomina reductora y aumenta su estado <strong>de</strong> oxidación, y por lo tantoel elemento consi<strong>de</strong>rado pier<strong>de</strong> electrones. Existen cuatro tipo más comunes <strong>de</strong> reaccionesredox: <strong>de</strong> combinación, <strong>de</strong> <strong>de</strong>scomposición, <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento y <strong>de</strong> dismutación. Lasreacciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento tienen una gran aplicación en la industria.Reacciones <strong>de</strong> combinación: son aquellas en las que dos o más sustancias se combinanpara formar un solo producto.Se pue<strong>de</strong> representar como:A + BCSi cualquiera <strong>de</strong> los reactivos es un elemento, la reacción es <strong>de</strong> tipo redox por naturaleza.Reacciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>scomposición: es la ruptura <strong>de</strong> un compuesto en dos o más componentes,representan lo opuesto a las reacciones <strong>de</strong> combinación.CA + BSi alguno <strong>de</strong> los productos es un elemento, la reacción es redox por naturaleza.Reacciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento: un ión o átomo <strong>de</strong> un compuesto se reemplaza por un ión oátomo <strong>de</strong> otro elemento.A + BCAC + BLa mayoría <strong>de</strong> las reacciones <strong>de</strong> <strong>de</strong>splazamiento se agrupan en tres subcategorías:<strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong> hidrógeno, <strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong> metal o <strong>de</strong>splazamiento <strong>de</strong> halógeno.Reacción <strong>de</strong> dismutación: es un tipo especial <strong>de</strong> reacción redox, en la que un mismoelemento en un estado <strong>de</strong> oxidación se oxida y reduce simultáneamente. En este tipo <strong>de</strong>
eacciones, un reactivo siempre contiene un elemento que pue<strong>de</strong> tener por lo menos tresestados <strong>de</strong> oxidación. El reactivo está en un estado <strong>de</strong> oxidación intermedio.4.3 Nomenclatura y formulación <strong>de</strong> compuestos inorgánicosLa enorme cantidad <strong>de</strong> compuestos que maneja la química hace imprescindible laexistencia <strong>de</strong> un conjunto <strong>de</strong> reglas que permitan nombrar <strong>de</strong> igual manera en todo el mundocientífico un mismo compuesto. La escritura en esa especie <strong>de</strong> clave <strong>de</strong> cualquier sustanciaconstituye su fórmula y da lugar a un modo <strong>de</strong> expresión peculiar <strong>de</strong> la química que, confrecuencia, se le <strong>de</strong>nomina lenguaje químico.La formulación <strong>de</strong> un compuesto, al igual que su nomenclatura (esto es, latranscripción <strong>de</strong> su fórmula en términos <strong>de</strong>l lenguaje ordinario), se rige por unas <strong>de</strong>terminadasnormas. Un organismo internacional, la I.U.P.A.C. (International Union of Pure and AppliedChemistry), encargado <strong>de</strong> tales menesteres, ha dictado unas reglas para la formulación ynomenclatura <strong>de</strong> las sustancias químicas.Se siguen las reglas establecidas por la IUPAC:La porción más positiva <strong>de</strong>l compuesto se escribe en primer término en las fórmulaspero se nombra último y generalmente está constituida por un metal (en óxidos,hidróxidos y sales), el hidrógeno (en los ácidos) o un no metal combinado con otro nometal más electronegativo, como el oxigeno (en los óxidos ácidos), el azufre o loshalógenos.Nomenclatura tradicionalUtiliza sufijos <strong>de</strong> acuerdo al número <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l elemento electropositivoHipo…….osoOsoIcoPer…..icoEl menor <strong>de</strong> todos los estados se oxidaciónEl menor estado <strong>de</strong> oxidación ( si existen solo dos)El mayor estado <strong>de</strong> oxidación (si existen solo dos)El mayor <strong>de</strong> todos los estados <strong>de</strong> oxidaciónNomenclatura según atomicidadConsiste en indicar, mediante el uso <strong>de</strong> prefijos griegos el número <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> cada elementoincluido en la fórmula.
Mono 1 Penta 5 Nona 9Di 2 Hexa 6 Deca 10Tri 3 Hepta 7tetra 4 Octa 8Nomenclatura según numeral <strong>de</strong> “Stock”:Utiliza números romanos para indicar el estado <strong>de</strong> oxidación.4.3.1 Óxidos básicos y ácidosLos compuestos binarios <strong>de</strong>l oxígeno reciben el nombre <strong>de</strong> óxidos, y <strong>de</strong>pendiendocon que elemento se combine pue<strong>de</strong> originar óxidos ácidos (si se combina con un metal) uóxidos básicos (si se combina con un metal).El oxígeno en los óxidos posee estado <strong>de</strong> oxidación -2.El esquema general <strong>de</strong> formulación <strong>de</strong> los óxidos básicos y ácidos es el siguiente:METAL + O 2 OXIDO BASICONO METAL + O 2 OXIDO ACIDOEjemplo:Potasio + oxigeno oxido <strong>de</strong> potasio2 K + O 2 K 2 OAl escribir la ecuación química <strong>de</strong>bes recordar realizar el balance en masa. Paraescribirlos en términos <strong>de</strong> fórmula química <strong>de</strong>bes escribir siempre a la izquierda el elementomás electropositivo, procediendo luego a intercambiar los estados <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l oxígeno(-2) con el estado <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l otro elemento.En el ejemplo el Potasio pertenece a los metales alcalinos, y tiene un estado <strong>de</strong> oxidación +1.+1 -2K O K 2 O
Como podrás ver si uno <strong>de</strong> los elementos tiene estado <strong>de</strong> oxidación +1 no se coloca, y alrealizar el intercambio <strong>de</strong> estados <strong>de</strong> oxidación se toma el valor absoluto <strong>de</strong>l mismo, sinconsi<strong>de</strong>rar el signo.NomenclaturaPara nombrarlos se antepone la palabra ÓXIDO al nombre <strong>de</strong>l elemento.Ejemplos: Al 2 O 3 óxido <strong>de</strong> aluminio Na 2 O óxido <strong>de</strong> sodioEn los ejemplos, los elementos que acompañan en cada caso al oxígeno poseen unsolo estado <strong>de</strong> oxidación. El estado <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l Al es III y el Na es I. Por dicha razóncuando se habla <strong>de</strong>l óxido <strong>de</strong> aluminio no hay duda sobre que óxido se nombra. Pero si elelemento que forma el óxido tuviera dos o más estados <strong>de</strong> oxidación la nomenclatura <strong>de</strong>beríapermitir <strong>de</strong>jar en claro con que estado <strong>de</strong> oxidación está actuando dicho elemento, al formarcada óxido. Y así ocurre.¿Cómo se nombran los óxidos cuando el elemento que acompaña al oxígeno posee 2estados <strong>de</strong> oxidación?Para nombrarlos se antepone la palabra ÓXIDO, seguido por: raíz <strong>de</strong>l nombre <strong>de</strong>lelemento + terminación OSO o ICO. Debe advertirse que algunas <strong>de</strong> estas raíces tienen uncambio bastante significativo con respecto al nombre que leemos en la Tabla Periódica. Paracompren<strong>de</strong>r dicho cambio se agrega la siguiente tabla:Nombre <strong>de</strong>l elementoRaíz <strong>de</strong>l nombre <strong>de</strong>l elementoAzufreSulfurCobreCuprEstañoEstánHierroFerrOroAurPlomoPlumbFeO óxido ferrosoCuO óxido cúpricoSO 2 óxido sulfuroso
Terminación OSO: indica que el elemento está usando el menor estado <strong>de</strong> oxidación.Terminación ICO: indica que el elemento está usando el mayor estado <strong>de</strong> oxidación.¿Cómo se nombran los óxidos cuando el elemento que acompaña al oxígeno posee 4 estados<strong>de</strong> oxidación?Fórmula Estado <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l CLORO Nombre <strong>de</strong>l óxidoCl 2 O I óxido hipoclorosoCl 2 O 3 III óxido clorosoCl 2 O 5 IV óxido clóricoCl 2 O 7 VII óxido perclórico4.3.3 OxiácidosSon compuestos capaces <strong>de</strong> ce<strong>de</strong>r protones que contienen oxígeno en la molécula.Presentan la fórmula general:H a X b O cEn don<strong>de</strong> X es normalmente un no metal, aunque a veces pue<strong>de</strong> ser también un metal <strong>de</strong>transición con un estado <strong>de</strong> oxidación elevado.Se reemplaza la palabra ÓXIDO por la palabra ÁCIDO.Fórmula Estado <strong>de</strong> oxidación <strong>de</strong>l cloro Nombre <strong>de</strong>l óxidoHClO I ácido hipoclorosoHClO 2 III ácido clorosoHClO 3 IV ácido clóricoHClO 4 VII ácido perclórico
4.3.4 Hidruros metálicosLas combinaciones <strong>de</strong>l hidrógeno con estado <strong>de</strong> oxidación –1, con metales se<strong>de</strong>nominan hidruros, Para nombrarlos se utiliza la palabra hidruro. Se usa la nomenclatura <strong>de</strong>Stock y la tradicional, algunos ejemplos son:Se antepone la frase "HIDRURO DE" al nombre <strong>de</strong>l METAL.Ejemplo:Fórmula Nombre tradicional Nombre <strong>de</strong> stockCuH 2 Hidruro cúprico Hidruro <strong>de</strong> cobre(II)MgH 2 Hidruro <strong>de</strong> magnesio Hidruro <strong>de</strong> magnesioNiH 3 Hidruro niquélico Hidruro <strong>de</strong> niquel (III)AlH 3 Hidruro <strong>de</strong> aluminio Hidruro <strong>de</strong> aluminio4.3.5 Hidruros no metálicosLas combinaciones <strong>de</strong>l hidrógeno con no metales F, Cl, Br, I, S, con estado <strong>de</strong>oxidación +1, se <strong>de</strong>nominan hidruros no metálicos o hidrácidos <strong>de</strong>bido a que tales compuestos,al disolverse en agua, dan disoluciones ácidas.Se agrega la terminación "URO" al nombre <strong>de</strong>l NO METAL, seguido por la frase "DEHIDRÓGENO"De los hidruros no metálicos los más importantes son:HFHIfluoruro <strong>de</strong> hidrogenoioduro <strong>de</strong> hidrogenoHBr bromuro <strong>de</strong> hidrogenoHCl cloruro <strong>de</strong> hidrogenoH 2 S sulfuro <strong>de</strong> hidrogeno
4.3.5.1 HidrácidosLos hidruros antes mencionados al disolverse en agua, dan disoluciones ácidas.Se antepone la palabra "ÁCIDO" seguida por la "raíz <strong>de</strong>l nombre elemento" conterminación "HÍDRICO"Son HIDRUROS NO METÁLICOS en solución acuosa, por lo que se usa la mismafórmula:HFHIácido fluorhídricoácido yodhídricoHBr ácido bromhídricoHCl ácido clorhídricoH 2 S ácido sulfhídrico4.3.5.2 Otros hidruros no metálicosLas combinaciones binarias <strong>de</strong>l hidrógeno con oxígeno, nitrógeno, fósforo, arsénico,antimonio, carbono y silicio tienen nombres comunesNH 3 Amoníaco SiH 4 SilanoPH 3 Fosfina AsH 3 ArsinaSbH 3 Estibina CH 4 Metano4.3.6 SalesSe constituyen con aniones provenientes <strong>de</strong> ácidos (oxiácidos o hidrácidos) y cationesprovenientes <strong>de</strong> hidróxidos, se nombran primero con el nombre <strong>de</strong>l anión seguido <strong>de</strong>l nombre<strong>de</strong>l catión.El esquema general <strong>de</strong> formación <strong>de</strong> las sales es el siguiente:ACIDO + HIDROXIDO o BASESAL + AGUA
El “ácido” pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong> dos clases:HidrácidosEl anión proce<strong>de</strong> <strong>de</strong> un hidrácido y genera hidrosales. Para formularlas se escribe a laizquierda el símbolo <strong>de</strong>l metal, por ser el elemento más electropositivo. Para nombrarlas se leaña<strong>de</strong> al nombre <strong>de</strong>l no metal el sufijo –uro. Algunos ejemplos son:Formula Nombre tradicional Numeral se stockCaF 2 Fluoruro <strong>de</strong> calcio Fluoruro <strong>de</strong> calcioFCl 3 Cloruro férrico Cloruro <strong>de</strong> hierro (III)OxiácidosSon sales que se originan cuando el anión proce<strong>de</strong> <strong>de</strong> un oxiácido y generan oxisales.Debemos recordar que, los aniones llevan el sufijo –ito o –ato según <strong>de</strong>l ácido <strong>de</strong>l queprocedan. Para nombrar las sales se <strong>de</strong>be tomar el nombre <strong>de</strong>l anión ( que proviene <strong>de</strong>l acido)y añadirle <strong>de</strong>trás el nombre <strong>de</strong>l catión ( que proviene <strong>de</strong>l hidróxido), tal como pue<strong>de</strong> verse enlos siguientes ejemplos:Sal Nombre tradicional Nombre <strong>de</strong> Stock Nombre según atomicidadNaClO Hipoclorito <strong>de</strong> sodio Clorato(I) <strong>de</strong> sodio Monoxoclorato <strong>de</strong> sodioNaClO 2 Clorito <strong>de</strong> sodio Clorato(III) <strong>de</strong> sodio Dioxoclorato <strong>de</strong> sodioNaClO 3 Clorato <strong>de</strong> sodio Clorato(V) <strong>de</strong> sodio Trioxoclorato <strong>de</strong> sodioNaClO 4 Perclorato <strong>de</strong> sodio Clorato(VII) <strong>de</strong> sodio Tetroxoclorato <strong>de</strong> sodioFeSO 3 Sulfito ferroso Sulfato(IV) <strong>de</strong> hierro(II) Trioxosulfato <strong>de</strong> monohierroK 2 SO 4 Sulfato <strong>de</strong> potasio Sulfato(VI) <strong>de</strong> potasio Tetroxosulfato <strong>de</strong> dipotasio4.3.6.1 Sales neutrasEste tipo <strong>de</strong> sales se obtiene cuando todos los hidrógenos <strong>de</strong>l ácido son reemplazadospor el metal proveniente <strong>de</strong> la base. Esto suce<strong>de</strong> en los casos antes mencionados.4.3.6.2 Sales ácidas
Se forman cuando reaccionan una base con un ácido y se neutralizan parcialmente loshidrógenos sustituibles <strong>de</strong>l ácido. Los ácidos involucrados <strong>de</strong>ben tener dos o más hidrógenossustituibles en sus moléculas, quedando uno o más <strong>de</strong> ellos en la estructura <strong>de</strong> la sal.FórmulaNaHSO 4K 2 HPO 4KH 2 PO 4NaHCO 3Ca(HCO 3 ) 2Nombre tradicionalSulfato ácido <strong>de</strong> sodioFosfato ácido <strong>de</strong> potasioFosfato diácido <strong>de</strong> potasioCarbonato ácido <strong>de</strong> sodioCarbonato ácido <strong>de</strong> calcio4.3.6.3 Sales básicasSe originan cuando se reemplazan los aniones hidróxilos <strong>de</strong> una base por aniones <strong>de</strong>un ácido. Las bases podrán formar este tipo <strong>de</strong> sales si poseen dos o más hidróxilos.FórmulaZnClOH(Cu(OH)) 2 SO 4Nombre tradicionalCloruro básico <strong>de</strong> cincSulfato básico cúpricoA continuación te mostramos un esquema <strong>de</strong> general <strong>de</strong> formación <strong>de</strong> compuestos químicosC/ O 2 OXIDO BASICO MAS AGUA HIDROXIDOMETALSAL + AGUAC/ H 2 HIDRURO METALICONO METALC/ O 2 OXACIDO MAS AGUA OXIACIDOC/ H 2 HIDRURO MAS AGUA HIDRACIDONO METALICO
Óxidos1) Dar el nombre tradicional y el nombre <strong>de</strong> la IUPAC (o sistema <strong>de</strong> Stock) para:a) MgO d) Sb 2 O 3b) MnO 2 e) Au 2 Oc) Al 2 O 32) Escriba la fórmula <strong>de</strong>:a) óxido <strong>de</strong> mercurio (I) b) óxido <strong>de</strong> oro (III) c) óxido cúpricod) óxido <strong>de</strong> plomo (IV) e) dióxido <strong>de</strong> carbono f) óxido platínicog) trióxido <strong>de</strong> azufre h) trióxido <strong>de</strong> difósforoBases3 Escriba el nombre tradicional y mo<strong>de</strong>rno <strong>de</strong> las siguientes bases:a) Cu(OH) 2 b) Fe(OH) 2 c) Fe(OH) 3 d) Hg(OH) 2e) Ba(OH) 2 f) Au(OH) 3 g) Pb(OH) 4 h) Cr(OH)2i) Sn(OH) 4 j) Sn(OH) 2Para resolver
4) De el nombre y la fórmula <strong>de</strong>l producto <strong>de</strong> la reacción <strong>de</strong> los siguientes óxidos <strong>de</strong> metalescon el agua:a) K 2 O + …………………. …………………….b) Na 2 O + …………………. …………………….5) De el nombre y la fórmula <strong>de</strong>l producto <strong>de</strong> la reacción <strong>de</strong> los siguientes óxidos <strong>de</strong> metalescon el agua:a) BaO b) CaO c) Al 2 O 3 d) Na 2 O e) FeO f) CrOÁcidos y sales6) Escriba las fórmulas <strong>de</strong> los siguientes ácidos:a) ácido bórico b) ácido sulfúrico c) ácido nitroso d) ácido fosforosoe) ácido clórico f) ácido hipocloroso g) ácido clorhídrico h) ácido sulfhídrico7) Dé el nombre mo<strong>de</strong>rno <strong>de</strong> las siguientes sales:a) NaClO 3 b) Fe(ClO 4 ) 2 c) NH 4 BrO 3 d) Mg(IO 3 ) 2e) Hg(BrO 3 ) 2 f) ZnSO 4 g) Ba(NO 3 ) 2 h) MnI 28) Escriba la fórmula <strong>de</strong> cada sala) sulfato <strong>de</strong> amônio b) nitrato (V) <strong>de</strong> cromo (III) c) clorato <strong>de</strong> lítiod) sulfato (IV) <strong>de</strong> cobalto (II)LA MATERIA SE TRANSFORMADes<strong>de</strong> la época <strong>de</strong> Dalton los químicos utilizaron escalas relativas <strong>de</strong> masas atómicas ymoleculares ya que era imposible <strong>de</strong>terminar la masa <strong>de</strong> un átomo o la <strong>de</strong> una molécula, es<strong>de</strong>cir la masa atómica o molecular absoluta. Es posible hallar las masas relativas <strong>de</strong> los
distintos átomos midiendo la masa <strong>de</strong> un elemento que se combina con la masa conocida <strong>de</strong>otro, con tal que se conozca también la relación entre los números <strong>de</strong> átomos en el compuesto.5.1.2 Masa atómica absoluta* Es la masa real <strong>de</strong> un átomo.* El valor oscila entre 10 -22 y 10 -24 gramos.Como se compren<strong>de</strong>rá, no existe en la actualidad balanza que permita apreciar dichamasa y a<strong>de</strong>más carece <strong>de</strong> sentido práctico trabajar con átomos aislados y con sus masasatómicas absolutas. Para solucionar esto, es que en la práctica se utilizan las comparaciones<strong>de</strong> las masas <strong>de</strong> los átomos con una masa patrón.El primer elemento patrón fue el hidrógeno, luego a mediados <strong>de</strong>l siglo XIX se cambiópor el oxígeno y finalmente en 1962 se tomó como patrón clásico al isótopo 12 <strong>de</strong>l carbono, alque se le asignó un valor exacto hasta la quinta cifra <strong>de</strong>cimal <strong>de</strong> 12,00000 uma, es <strong>de</strong>cir, 12unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> masa atómica.Por lo tanto, la masa llamada unidad <strong>de</strong> masa atómica se la <strong>de</strong>fine como: la doceavaparte <strong>de</strong> la masa fijada para el isótopo 12 <strong>de</strong>l Carbono.en gramos 1 uma equivale a1 uma = 1,66 x 10 -24 gA partir <strong>de</strong> esta escala arbitraria se formó la tabla <strong>de</strong> las masas atómicas, la cual esactualizada por la IUPAC según las técnicas más refinadas. La masa <strong>de</strong> todos los átomos <strong>de</strong>los diferentes elementos queda expresada en relación a dicha unidad. Así, la masa <strong>de</strong> unátomo <strong>de</strong> hidrógeno (1H) es <strong>de</strong> 1,0080 uma, y la masa <strong>de</strong> un átomo <strong>de</strong> oxígeno (16O) es <strong>de</strong>15,995 uma.5.1.3 Masa Atómica RelativaEs un número adimensional que expresa la relación existente entre la masa <strong>de</strong> unelemento dado y la unidad <strong>de</strong> masa atómica. Es un número relativo que indica cuánta másmasa tiene el átomo <strong>de</strong> ese elemento a la uma o a la doceava parte <strong>de</strong>l carbono 12. Estoresulta <strong>de</strong> consi<strong>de</strong>rar las masas <strong>de</strong> los isótopos naturales <strong>de</strong>l elemento, ya que la mayoría <strong>de</strong>los elementos se presentan en la naturaleza como una mezcla <strong>de</strong> isótopos. Entonces se podría<strong>de</strong>cir también que la masa atómica relativa <strong>de</strong> un elemento se <strong>de</strong>fine como: La masapon<strong>de</strong>rada <strong>de</strong> las masas <strong>de</strong> sus isótopos constituyentes.
En otras palabras, po<strong>de</strong>mos calcular la masa atómica promedio <strong>de</strong> un elemento, sisabemos la masa y también la abundancia relativa <strong>de</strong> cada isótopo y se podrá calcularmediante la siguiente ecuación:Masa atómica (promedio)= (a x m) / 100Don<strong>de</strong> a es el porcentaje <strong>de</strong> abundancia en la naturaleza <strong>de</strong>l isótopo <strong>de</strong> masa m yes la sumatoria que compren<strong>de</strong> a todos los isótopos estables <strong>de</strong>l elemento consi<strong>de</strong>rado.Estas masas atómicas, correspondientes a las mezclas naturales <strong>de</strong> isótopos,son las que figuran en la Tabla Periódica <strong>de</strong> los elementos.Ejemplo 1:Calcular la masa atómica <strong>de</strong>l cloro (Cl), si se encontró que hay dos isótopos naturales <strong>de</strong>lmismo, cuyas masas atómicas son: 34,962 y 36,966, y su abundancia natural es <strong>de</strong> 75,4 % y24,6 % respectivamente.Utilizando la fórmula antes <strong>de</strong>scripta:Masa atómica <strong>de</strong>l Cl = (34,962 uma 75,4) + (36,966 uma 24,6)Masa atómica <strong>de</strong>l Cl = 35,45 uma1005.1.4 Masa Molecular RelativaEl razonamiento que hemos efectuado con respecto a los átomos pue<strong>de</strong> ser aplicado alas moléculas. La masa molecular <strong>de</strong> una sustancia es un número abstracto que expresacuántas veces es mayor la masa <strong>de</strong> una molécula <strong>de</strong> la misma que la unidad <strong>de</strong> masa atómica(uma), y es la suma <strong>de</strong> las masas atómicas (en uma) <strong>de</strong> una molécula. Así que conociendo lafórmula molecular <strong>de</strong> una sustancia, la masa molecular <strong>de</strong> la misma, es la suma <strong>de</strong> las masasatómicas <strong>de</strong> todos los átomos que constituyen la molécula.Ejemplo 2:
Calcular la masa molecular <strong>de</strong>l benceno cuya fórmula molecular es C 6 H 6 .1. Debemos buscar en la Tabla Periódica las masas atómicas relativas <strong>de</strong>lCarbono (C) y <strong>de</strong>l Hidrógeno (H)2. Realizar el cálculo.Masa atómica <strong>de</strong>l Carbono = 12,011 umaMasa atómica <strong>de</strong>l Hidrógeno = 1,00797 umaMasa molecular <strong>de</strong>l Benceno = (6 12,011 uma) + (6 1,00797 uma)5.1.5 El molMasa molecular <strong>de</strong>l Benceno = 78,11472 umaSe ha visto que las unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> masa atómica constituyen una escala relativa <strong>de</strong> lasmasas <strong>de</strong> los elementos. Pero dado que los átomos tienen masas tan pequeñas, no es posiblediseñar una balanza práctica alguna para pesarlos usando unida<strong>de</strong>s calibradas <strong>de</strong> masaatómica. En cualquier situación (por ejemplo en el laboratorio) se manejan muestras <strong>de</strong>sustancias que contienen una enorme cantidad <strong>de</strong> átomos. La i<strong>de</strong>a <strong>de</strong> una unidad para<strong>de</strong>scribir un número particular <strong>de</strong> objetos no es nueva. Por ejemplo, el par (2 cosas), la docena(12 cosas), son todas unida<strong>de</strong>s familiares.La unidad <strong>de</strong>finida por los químicos es el mol, que es la cantidad <strong>de</strong> sustancia que contienetantas entida<strong>de</strong>s elementales (átomos, moléculas u otras partículas) como átomos hayexactamente en 12 gramos <strong>de</strong> carbono 12. Según esta <strong>de</strong>finición, la unidad <strong>de</strong> mol se refiere aun número fijo <strong>de</strong> “entida<strong>de</strong>s” cuya i<strong>de</strong>ntidad se <strong>de</strong>be especificar. De la misma forma que sedice una docena <strong>de</strong> huevos o <strong>de</strong> automóviles, se <strong>de</strong>be indicar si se trata <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> átomos,<strong>de</strong> moléculas, <strong>de</strong> iones, <strong>de</strong> electrones, <strong>de</strong> monedas u otra partícula.El valor <strong>de</strong>l mol aceptado en la actualidad es:1 mol = 6,022045 x 10 23 partículas es <strong>de</strong>cir: 602.204.500.000.000.000.000.000 partículasEste número se llama número <strong>de</strong> Avogadro (N), en honor <strong>de</strong>l científico y Matemático italianoAma<strong>de</strong>o Avogadro.Resumiendo:Es una unidad <strong>de</strong>finida por el Sistema Internacional que se <strong>de</strong>fine como la cantidad <strong>de</strong>materia que tiene tantos objetos como el número <strong>de</strong> átomos que hay en exactamente12 gramos <strong>de</strong> 12C. Se ha <strong>de</strong>mostrado que este número es: 6,0221367 x 10 23 . Seabrevia como 6,02 x 10 23 , y se conoce como número <strong>de</strong> Avogadro
Un mol <strong>de</strong> X (átomos, moléculas, iones, electrones, entre otros) siempre contiene elNúmero <strong>de</strong> Avogadro, es <strong>de</strong>cir: 6,022 x 10 23 X.Cuando pienses en la palabra mol, <strong>de</strong>bes pensar e, 6,02x10 23 unida<strong>de</strong>sEjemplo:1 mol <strong>de</strong> O 2 contiene 6,022x10 23 moléculas <strong>de</strong> oxígeno.2 moles <strong>de</strong> O 2 contiene 2 veces el número <strong>de</strong> Avogadro, es <strong>de</strong>cir: 2 x (6,022x10 23 ) = 1,204x10 24moléculas <strong>de</strong> oxígeno.Masa <strong>de</strong> un mol átomosLa masa <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> átomos es la masa atómica relativa <strong>de</strong> un elemento expresadaen gramos y correspon<strong>de</strong> a la masa <strong>de</strong> 6,02 x 10 23 átomos <strong>de</strong>l elemento consi<strong>de</strong>rado. Un mol<strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> un elemento contiene el mismo número <strong>de</strong> átomos que el mol <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong>cualquier otro elemento.La masa <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> un átomo <strong>de</strong> cualquier elemento es igual a su masa atómica expresadaen gramos.Dado que cada átomo <strong>de</strong> carbono 12 tiene una masa <strong>de</strong> 12 uma, su masa molar (en gramos)es numéricamente igual su masa atómica expresada en uma, en nuestro caso 12 gramosEn el ejemplo 1, la masa <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> Cloro es igual a la masa atómica, es <strong>de</strong>cir35,454 gMasa <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> moléculasLa masa <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> moléculas es la masa molecular <strong>de</strong> una sustancia expresada engramos y correspon<strong>de</strong> a la masa <strong>de</strong> 6,022 x 10 23 moléculas <strong>de</strong> la sustancia consi<strong>de</strong>rada.En el Ejemplo 2, la masa <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong> benceno es igual a la masa molecular, es<strong>de</strong>cir 78,411472 g5.1.6 Volumen molarEl número <strong>de</strong> moléculas existentes en un mol <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong> cualquier sustancia essiempre el mismo. Teniendo presente que la masa en gramos <strong>de</strong> un mol <strong>de</strong> moléculas (masamolar) <strong>de</strong> una sustancia es numéricamente igual a su masa molecular se pue<strong>de</strong> indicar que:
Masa molar O 2 (g) = 32 g, N 2 (g) = 28 g, CO 2 (g) = 44,02 g. La masa molar <strong>de</strong> estos tresgases; 32 g <strong>de</strong> oxígeno; 28 g <strong>de</strong> nitrógeno y 44,02 g <strong>de</strong> dióxido <strong>de</strong> carbono, tienen el mismonúmero <strong>de</strong> moléculas y <strong>de</strong> acuerdo con la hipótesis <strong>de</strong> Avogadro ocupan en igualescondiciones <strong>de</strong> temperatura y presión un mismo volumen (siempre refiriéndose a gases). Estevolumen se <strong>de</strong>nomina volumen molar por ser el volumen ocupado por la masa molar <strong>de</strong>cualquier gas y pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>terminado experimentalmente.Las llamadas Condiciones Normales <strong>de</strong> Presión y Temperatura (CNPT), se refiere a la presióna 1 atmósfera (760 mmHg o 760 torr) y a 0 °C (273 K).Entonces:Un mol <strong>de</strong> cualquier gas en CNPT (Condiciones Normales <strong>de</strong> Presión yTemperatura) ocupa un volumen <strong>de</strong> 22,4 L.5.2 Reactivo limitanteAl realizar una reacción química, no siempre los reactivos se encuentran encantida<strong>de</strong>s estequiométricas exactas, es <strong>de</strong>cir, las proporciones que indica la ecuación químicabalanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen, mientras que parte <strong>de</strong> otros serecupera al finalizar la reacción. El reactivo que se consume primero en una reacciónrecibe el nombre <strong>de</strong> reactivo limitante ya que la máxima cantidad <strong>de</strong> producto que se forma<strong>de</strong>pen<strong>de</strong> <strong>de</strong> la cantidad <strong>de</strong> este reactivo que había originalmente. Cuando este reactivo seconsume no se pue<strong>de</strong> formar más producto. El reactivo en exceso es el reactivo presente enmayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad <strong>de</strong>l reactivo limitante.Resumiendo:El reactivo limitante es aquel:Que se consume por completo en una reacción química y <strong>de</strong>termina o limita la cantidad<strong>de</strong> producto formado.Que se encuentra en <strong>de</strong>fecto basado en la ecuación química balanceada.En cálculos estequiométricos lo primero que se <strong>de</strong>be realizar es <strong>de</strong>terminar cuál <strong>de</strong> losreactivos es el limitante. Una vez i<strong>de</strong>ntificado, se <strong>de</strong>be trabajar con el mismo para resolver elproblema.5.3 PurezaLa mayor parte <strong>de</strong> las sustancias empleadas en el laboratorio no tiene pureza <strong>de</strong>l 100%generalmente se hallan mezcladas con impurezas, es por ello que a la hora <strong>de</strong> hacer cálculosse <strong>de</strong>be tener en cuenta que solo reacciona la parte <strong>de</strong>l total que es pura. Ej.: Si en el rotulo <strong>de</strong>
un reactivo indica que la pureza <strong>de</strong>l mismo es <strong>de</strong> 80 % p/p, esto indica que cada 100 g <strong>de</strong>reactivo solo 80 g son puros.5.4 RendimientoSe cree equivocadamente que las reacciones progresan hasta que se consumentotalmente los reactivos, o al menos el reactivo limitante.La cantidad real obtenida <strong>de</strong>l producto, dividida por la cantidad teórica máxima que pue<strong>de</strong>obtenerse (100%) se llama rendimiento.Rendimiento teóricoLa cantidad <strong>de</strong> producto que <strong>de</strong>biera formarse si todo el reactivo limitante seconsumiera en la reacción, se conoce con el nombre <strong>de</strong> rendimiento teórico.A la cantidad <strong>de</strong> producto realmente formado se le llama simplemente rendimiento orendimiento <strong>de</strong> la reacción. Es claro que siempre se cumplirá la siguiente <strong>de</strong>sigualdadRendimiento <strong>de</strong> la reacción rendimiento teóricoRazones <strong>de</strong> este hecho:Es posible que no todos los productos reaccionenEs posible que haya reacciones laterales que no lleven al producto <strong>de</strong>seadoLa recuperación <strong>de</strong>l 100% <strong>de</strong> la muestra es prácticamente imposibleUna cantidad que relaciona el rendimiento <strong>de</strong> la reacción con el rendimiento teórico sele llama rendimiento porcentual o % <strong>de</strong> rendimiento y se <strong>de</strong>fine así:Rendimiento real% <strong>de</strong> Rendimiento = 100Rendimiento teóricoAhora estamos en condiciones <strong>de</strong> resolver el problema inicial, que dice:El ácido bromhídrico y el ácido sulfúrico reaccionan según la ecuación:H 2 SO 4 + HBrSO 2 + Br 2 + H 2 OSi reaccionan 3 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 , calcular:a) Masa <strong>de</strong> HBr que reacciona.b) Volumen <strong>de</strong> SO 2 que se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong> simultáneamente (medidos en CNPT)
<strong>de</strong>l 90 %.c) Número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> Br 2 formados, suponiendo que la reacción tiene un rendimientoHBr?d) ¿Cuántos gramos <strong>de</strong> Br 2 se forman si reaccionan 4 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 y 5 moles <strong>de</strong>Primero <strong>de</strong>bemos escribir la reacción, y <strong>de</strong>terminar si la misma se encuentra balanceadaH 2 SO 4 + 2 HBr SO 2 + Br 2 + 2 H 2 O1 mol 2 mol 1 mol 1 mol 2 mol(2 1,01+32,06+ 4 16) (1,01+79,91)x2 (32,06+2 16) (2 79,91) (2 1,01+16)x298,08 g (80,92 g)x2 64,06 g 159,82 g (18,02 g)x2Estas son las relaciones estequiométricas para esta ecuación químicaAhora si po<strong>de</strong>mos empezar a resolver el ejercicioa) Cual será la masa <strong>de</strong> HBr que reacciona con 3 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 :3 mol <strong>de</strong> H 2 SO 4 161,8 g HBr = 485,4 g HBr1 mol H 2 SO 4El cálculo efectuado quiere <strong>de</strong>cir que 3 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 reaccionan con 485,4 g HBr.b) El volumen <strong>de</strong> dióxido <strong>de</strong> azufre (SO 2 ) obtenido en C.N.P.T es:Primero <strong>de</strong>bemos recordar que para 1 mol<strong>de</strong> cualquier gas en CNPT ocupa un volumen <strong>de</strong>22.4 L3 mol <strong>de</strong> H 2 SO 4 22,4 L SO 2 1 mol SO2 = 67,2 L SO 21 mol SO 2 1 mol H 2 SO 4c) El número <strong>de</strong> mol <strong>de</strong> Br 2 obtenidos, si el rendimiento <strong>de</strong> la reacción es <strong>de</strong>l 100 %(rendimiento teórico)3 mol <strong>de</strong>H 2 SO 4 1 mol Br 2 = 3 mol Br 2Utilizando la ecuación <strong>de</strong> rendimiento1 mol H 2 SO 4Rendimiento real% <strong>de</strong> Rendimiento = 100Rendimiento teórico
Rendimiento real90 % = 1003 mol Br 2Despejando obtenemos que si el rendimiento <strong>de</strong> la reacción es <strong>de</strong>l 90 %, obtenemos 2,7 mol<strong>de</strong> Br 2d) Para calcular cuántos gramos <strong>de</strong> Br 2 se forman si reacciona 4 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 y 5moles <strong>de</strong> HBr, <strong>de</strong>bemos escribir la ecuación química balanceada, <strong>de</strong>scribiendo las relacionesestequiométricas en moles y en masa que plantea la misma.Según la ecuación 1 mol <strong>de</strong> H 2 SO 4 reacciona <strong>de</strong> manera estequimétrica con 2 moles <strong>de</strong> HBrSe plantea:Cuántos moles <strong>de</strong> HBr reaccionan <strong>de</strong> manera estequiométrica con los 4 moles <strong>de</strong>H 2 SO 4 :4 mol H 2 SO 4 2 mol HBr = 8 mol HBr (1)1 mol H 2 SO 4Cuántos moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 reaccionan <strong>de</strong> manera estequiométrica con los 5 moles <strong>de</strong> HBr:5 mol HBr 1 mol H 2 SO 4 = 2,5 mol H 2 SO 4 (2)2 mol HBrSegún estos cálculos po<strong>de</strong>mos establecer:Para se consuman completamente los 4 mol <strong>de</strong> H 2 SO 4 se necesitan 8 moles <strong>de</strong>HBr, pero tengo 5 moles <strong>de</strong>l mismo.Para se consuman completamente los 5 mol <strong>de</strong> HBr se necesitan 2,5 moles <strong>de</strong>H 2 SO 4 , pero tengo 4 moles <strong>de</strong>l mismo.De esto se <strong>de</strong>spren<strong>de</strong> que el reactivo limitante es el HBr, ya que para que los 5 moles <strong>de</strong>H 2 SO 4 reaccionen completamente necesito más cantidad <strong>de</strong> lo que “tengo” (dice el problema),y para que el mismo se consuma completamente necesito 2,5 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 , y “tengo” 4moles.El REACTIVO LIMITANTE es el HBr.Una vez establecido el reactivo limitante, proce<strong>de</strong>mos a calcular cuántos gramos <strong>de</strong> Br 2se producen al reaccionar 4 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 y 5 moles <strong>de</strong> HBr
Según la ecuación, la reacción <strong>de</strong> 1 mol H 2 SO 4 con 2 moles <strong>de</strong> HBr producen 159,82 g <strong>de</strong> Br 2 ,así:5 mol HBr 159,82 g Br 2 = 399,55 g Br 22 mol HBrAl reaccionar 4 moles <strong>de</strong> H 2 SO 4 con 5 moles <strong>de</strong> HBr, el reactivo limitante es el HBr, yse producen 399,55 g <strong>de</strong> Br 2 .5.5 Composición porcentualSi se conoce la fórmula molecular <strong>de</strong> un compuesto, está indica su composiciónquímica. Su composición también se pue<strong>de</strong> expresar como porcentaje en masa <strong>de</strong> cadaelemento presente en compuesto, esto se llama composición porcentual en masa. Se obtienediviendo la masa <strong>de</strong> cada elemento contenido en un mol <strong>de</strong>l compuesto por la masa molar <strong>de</strong>lcompuesto y multiplicando por 100 %. Matemáticamente, la composición porcentual se expresacomo:n masa molar <strong>de</strong>l elementoComposición porcentual <strong>de</strong> un elemento = 100 %Masa molar <strong>de</strong>l compuestoDon<strong>de</strong> n es el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong>l elemento en un mol <strong>de</strong>l compuesto.Por ejemplo:En un mol <strong>de</strong> benceno (C 6 H 6 ) hay 6 moles <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> carbono y 6 moles <strong>de</strong> átomos<strong>de</strong> hidrógeno.Masa molar <strong>de</strong>l carbono = 12,01 gMasa molar <strong>de</strong>l hidrógeno = 1,01 gMasa molar <strong>de</strong>l benceno = (6 12,01 + 6 1,01) g = 78,12 gEn consecuencia, la composición porcentual <strong>de</strong>l C 6 H 6 se calcula como sigue:6 12,01 g 6 1,01 g% C = 100 % = 92,24 % y % H = 100 % = 7,76 %78,12 g 78,12 gEl procedimiento anteriormente explicado pue<strong>de</strong> ser utilizado <strong>de</strong> manera inversa, es<strong>de</strong>cir conociendo la composición porcentual, es posible <strong>de</strong>terminar su fórmula empírica. Debido
a que se tienen los porcentajes <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los elementos constituyentes <strong>de</strong>l compuesto yla suma <strong>de</strong> todos ellos es 100 %.Por ejemplo:Se <strong>de</strong>terminó experimentalmente la composición porcentual <strong>de</strong> un compuesto queposee Azufre (S), Oxígeno (O) e Hidrógeno (H), obteniéndose 32,6 % S, 65,3 % O y 2,1 % H.Determine su fórmula empírica.1) Corroborar que la suma <strong>de</strong> los porcentajes sea <strong>de</strong>l 100 %32,6 % + 65,3 % + 2,1% = 100 %2) Expresamos el porcentaje en masa, <strong>de</strong> la siguiente manera:32, 6 g S cada 100 g <strong>de</strong>l compuesto65,3 g O cada 100 g <strong>de</strong>l compuesto2,1 g H cada 100 g <strong>de</strong>l compuesto.3) Calcular el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los elementos en el compuesto1 mol Sn S = 32,6 g= 1,017 mol <strong>de</strong> S32,06 g1 mol On O = 65,3 g= 4,081 mol <strong>de</strong> O16 g1 mol Hn H = 2,1 g= 2,079 mol <strong>de</strong> H1,01 gDe esta manera la relación <strong>de</strong> los átomos presentes, sin embargo, <strong>de</strong>bido a que lasfórmulas químicas se escriben con números enteros, <strong>de</strong>bemos transformar le número <strong>de</strong> molesobtenidos en números enteros.4) Se <strong>de</strong>be dividir por el número más pequeño obtenido, en nuestro ejemplo es 1,017
1,017 mol 4,081 mol 2,079 moln S = = 1 n O = = 4 n H = = 21,017 mol 1,017 mol 1,017 mol5) La fórmula empírica resulta ser: H 2 SO 4Nota: Si al realizar el paso 4, no se obtienen números enteros, <strong>de</strong>bemos realizar un cálculoextra, que es multiplicar a todos los números por un entero, comenzando por el 2, hastaobtener todos números enteros.Si se <strong>de</strong>sea conocer la fórmula molecular, <strong>de</strong>bemos conocer:La fórmula molecularLa masa molar <strong>de</strong>l compuesto.En la explicación <strong>de</strong>l ejercicio, mencionamos dos conceptos nuevos, fórmula empírica yfórmula molecular, a continuación <strong>de</strong>finimos ambos.5.5.1 Fórmula empíricaIndica cuales elementos están presentes y la relación mínima, en números enteros,entre sus átomos, pero no indica necesariamente el número real <strong>de</strong> átomos en una molécula<strong>de</strong>terminada. Son fórmulas químicas más sencillas; se escriben <strong>de</strong> manera que los subíndices<strong>de</strong> las fórmulas moleculares se reducen a los números enteros más pequeños posibles. Lasfórmulas moleculares son las fórmulas verda<strong>de</strong>ras <strong>de</strong> las moléculas.El hecho <strong>de</strong> que sea posible <strong>de</strong>terminar la fórmula empírica <strong>de</strong> un compuesto sí seconoce su composición porcentual permite i<strong>de</strong>ntificar experimentalmente los compuestos. Elprocedimiento se <strong>de</strong>talla a continuación: El análisis químico indica el número <strong>de</strong> gramos <strong>de</strong>cada elemento presente en una <strong>de</strong>terminada cantidad <strong>de</strong> un compuesto, luego las cantida<strong>de</strong>sen gramos se convierten en número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> cada elemento y utilizando cálculosmatemáticos se <strong>de</strong>termina la fórmula empírica.Ejemplo:Una muestra <strong>de</strong> 1,074 g <strong>de</strong> un compuesto orgánico que sólo contiene C, H y O fuequemada al aire y produjo 2,060 g <strong>de</strong> CO 2 y 1,264 g <strong>de</strong> H 2 O. ¿Cuál es la fórmula empírica <strong>de</strong>lcompuesto?1) Primero escribimos la reacción <strong>de</strong> combustiónEn caso <strong>de</strong> compuestos orgánicos, los productos <strong>de</strong> la combustión son dióxido <strong>de</strong> carbono(CO 2 ) y agua (H 2 O). La reacción <strong>de</strong> combustión se realiza en presencia <strong>de</strong> oxígeno.
C x H y O z + O 2 CO 2 + H 2 OSe supone que todo el C presente en el CO 2 proviene <strong>de</strong> la combustión <strong>de</strong>l compuestoC x H y O z y que todo el H presente en el H 2 O proviene <strong>de</strong>l compuesto C x H y O z . No se pue<strong>de</strong> suponerlo mismo para el oxígeno, ya que la muestra se quemó en presencia <strong>de</strong>l mismo, razón por lacual se calcula por diferencia, una vez obtenida la masa <strong>de</strong> C e H.Masa CO 2 = 12,01 g + 2 16 g = 44,02 gMasa H 2 O = 21,01 g + 16 g = 18,02 g1 mol CO 2 1 mol C 12,01 g CMasa <strong>de</strong> Carbono = 2,060 g CO 2= 0,562 g C44,02 g CO 2 1 mol CO 2 1mol C1 mol H 2 O 2 mol H 1,01 g HMasa <strong>de</strong> Hidrógeno = 1,264 g H 2 O= 0,142 g H18,02 g H 2 O 1 mol H 2 O 1mol HMasa <strong>de</strong>l compuesto = masa C + masa H + masa O1,074 g – 0,562 g – 0,142 g = 0,37 g OSe proce<strong>de</strong> a calcular el número <strong>de</strong> moles <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los elementos:1 mol Cn c = 0,562 g= 0,047 mol <strong>de</strong> C12,01 g1 moln H = 0,142 g= 0,14 mol <strong>de</strong> H1,01 g1 moln O = 0,37 g= 0,023 mol <strong>de</strong> O16 gA continuación se divi<strong>de</strong> por el número más pequeño para obtener números enteros.
0,047 mol 0,14 mol 0,023 moln C = = 2 n H = = 6 n O = = 10,023 mol 0,023 mol 0,023 molFórmula empírica = C 2 H 6 O5.5.2 Fórmula molecularIndica la cantidad exacta <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> cada elemento que está presente en la unidadmás pequeña <strong>de</strong> sustancia. La fórmula calculada a partir <strong>de</strong> la composición porcentual en masaes siempre la fórmula empírica <strong>de</strong>bido a que los subíndices en la fórmula se reducen siempre alos números enteros más pequeños. Para calcular la fórmula molecular, o real, se requiereconocer la masa molar aproximada <strong>de</strong>l compuesto, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> su fórmula empírica.Ejemplo:La masa molar <strong>de</strong> un compuesto es 34,02 g ¿Cuál es la fórmula molecular, si sufórmula empírica es HO?Conociendo que la masa molar <strong>de</strong> un compuesto <strong>de</strong>be ser múltiplo entero <strong>de</strong> la masa molar <strong>de</strong>su fórmula empírica, la fórmula molecular se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar <strong>de</strong> la siguiente manera:Masa molar <strong>de</strong> la fórmula empírica (OH) = 16 g + 1,01 g = 17,01 gMasa molar4,02 g= = 2Masa molar <strong>de</strong> la fórmula empírica 17,01 gPor lo tanto la masa molar <strong>de</strong>l compuesto es dos veces la masa molar <strong>de</strong> la fórmulaempírica. En consecuencia, hay dos unida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> OH en cada molécula <strong>de</strong>l compuesto, y lafórmula molecular es (OH) 2 o H 2 O 2 .
Para resolverPesos atómicos1) El silicio natural está formado por tres isótopos, cuyos porcentajes son 92,28% <strong>de</strong> 28 Si,4,67% <strong>de</strong> 29 Si y 3,05% <strong>de</strong> 30 Si. Las masas <strong>de</strong> estos isótopos son 27,9776; 28,9733 y 29,9735,respectivamente. Calcule el peso atómico <strong>de</strong>l silicio a partir <strong>de</strong> estos datos2) El cobre natural está formado por los isótopos 63 Cu y 65 Cu. Las masas <strong>de</strong> las dos especiesson 62,929 y 64,928, respectivamente. ¿Cuál es el porcentaje <strong>de</strong> los dos isótopos en unamuestra <strong>de</strong> cobre cuyo peso atómico es 63,54?3) La distribución isotópica <strong>de</strong>l cobre es 69,4% <strong>de</strong> 63 Cu y 30,6% <strong>de</strong> 65 Cu. ¿Cuántos átomos <strong>de</strong>63 Cu hay en 5 moles <strong>de</strong> cobre natural?4) Las masas <strong>de</strong>l 14N y 15N son 14,0031 y 15,0001, respectivamente. ¿Cuál tendrá que ser larelación <strong>de</strong> 15N a 14N en el nitrógeno natural para un peso atómico <strong>de</strong> 14,0067?Masa molar y mol5) ¿Cuál es la masa molar <strong>de</strong> cada uno <strong>de</strong> los siguientes compuestos? (a) N 2 O; (b) NO; (c)NO 2 . ¿Cuántos moles hay en 453,6 g <strong>de</strong>: (a) N 2 O; (b) NO; (c) NO 2 .6) ¿Cuál es el peso <strong>de</strong> 6,02x10 21 átomos <strong>de</strong> mercurio?7) ¿Cuál es el peso <strong>de</strong> dos átomos <strong>de</strong> azufre?8) Si se supone que una gota <strong>de</strong> agua tiene una masa <strong>de</strong> 0,050 g. ¿Cuántas moléculas tendráuna gota?9) Calcule el número <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong> etano (C 2 H 6 ) en 45 g <strong>de</strong> C 2 H 6 .10) Calcule el número <strong>de</strong> moléculas <strong>de</strong> C 2 H 6 presentes en 0,10 moles <strong>de</strong> C 2 H 6 .11) Calcule el peso <strong>de</strong> 5,0 moles <strong>de</strong> K 2 Co(SO 4 ) 2 •6H 2 O.12) El cobre metálico tiene una <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong> 8,96 g/cm 3 . ¿Qué volumen ocuparán 4,0 moles <strong>de</strong>Cu?13) Calcule los pesos moleculares <strong>de</strong> (a) Al(OH) 3 ; (b) CaC 2 O 4 ; (c) FeSO 4 •7H 2 O; (d) Hg 2 Cl 2 .
14) Calcule el peso molecular (peso fórmula) <strong>de</strong>l (a) clorato <strong>de</strong> potasio, KCIO 3 ; (b) ácidofosfórico, H 3 PO 4 ; (c) hidróxido <strong>de</strong> calcio, Ca(OH) 2 ; (d) cloruro férrico, FeCl 3 ; (e) sulfato <strong>de</strong> bario,BaSO 4 ; (f) cloruro <strong>de</strong> cromo, CrCl 3 .15) Se tienen 0,75 moles <strong>de</strong> P 4 . (a) ¿Cuántas moléculas <strong>de</strong> P 4 hay? (b) ¿Cuántos átomos <strong>de</strong> Phay? (c) ¿Cuántos moles <strong>de</strong> P hay en 0,75 moles <strong>de</strong> P 4 ?16) ¿Cuántos moles hay en (a) 4,631 g <strong>de</strong> Fe 3 O 4 ; (b) 0,256 g <strong>de</strong> O 2 ?17) ¿Cuántos moles <strong>de</strong> AgCl hay en 7,1801 g?18) Para una muestra <strong>de</strong> 50 g <strong>de</strong> metanol (CH 3 OH), calcular:a) los moles <strong>de</strong> moléculasb) números <strong>de</strong> moléculasc) moles <strong>de</strong> átomod) números <strong>de</strong> átomose) moles <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> oxígenof) números <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> oxigeno19) Calcule el número <strong>de</strong> gramos en 0,5 moles <strong>de</strong> las siguientes sustancias:(a) yeso, CaSO 4 •2H 2 O; (b) plomo blanco, Pb(OH) 2 . 2PbCO 3 ; (c) galena, PbS.20) Determine los pesos moleculares <strong>de</strong> (a) Cr 2 (SO 4 ) 3 ; (b) FeSO 4 •7H 2 O; (c) K 3 Fe(CN) 6 ; (d)Mg(ClO 4 ) 2 ; (e) Na 2 B 4 O 7 •10H 2 O (bórax).21) ¿Cuántos átomos <strong>de</strong> oxígeno hay en 0,50 moles <strong>de</strong> Ba(NO 3 ) 2 ? (b) ¿Cuántos átomos <strong>de</strong>nitrógeno en la misma cantidad?22) Cuando se calienta el hierro en el aire, reacciona con el oxígeno <strong>de</strong>l aire, en proporción <strong>de</strong>tres átomos <strong>de</strong> oxígeno por cada dos átomos <strong>de</strong> hierro. Si se calientan 6,0 g <strong>de</strong> hierro (a)¿cuál es el peso total <strong>de</strong>l producto? (b) ¿cuántos moles <strong>de</strong> O han reaccionado?23) La <strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l mercurio es <strong>de</strong> 13,60 g/cm 3 . Si se asume que los átomos <strong>de</strong> mercurio sonesféricos, ¿cuál es el volumen <strong>de</strong> un átomo <strong>de</strong> mercurio?24) Para una muestra <strong>de</strong> 180,0 cm 3 <strong>de</strong> benceno líquido puro (<strong>de</strong>nsidad <strong>de</strong>l C 6 H 6 0,88 g/cm3),calcule: (a) peso <strong>de</strong>l C 6 H 6 ; (b) peso molecular <strong>de</strong>l C 6 H 6 ; (c) número <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> C en lamuestra.25) ¿Cuál <strong>de</strong> las siguientes muestras contiene el número más gran<strong>de</strong> <strong>de</strong> átomos? (a) 2,0 g <strong>de</strong>oro, Au; (b) 2,0 g <strong>de</strong> agua, H 2 O; (c) 2,0 g <strong>de</strong> helio, He; (d) 2,0 g <strong>de</strong> octano, C 8 H 18 .
26) ¿Cuál es el peso <strong>de</strong> tres milimoles <strong>de</strong> (NH 4 ) 2 HPO 4 ?27) ¿Cuántos átomos hay presentes en 530 mg <strong>de</strong> KAuCl 4 ?28) ¿Cuántos moles <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> azufre hay presentes en 15 moles <strong>de</strong> Au 2 (SO 4 ) 3 ?Composición29) Determine el porcentaje <strong>de</strong> hierro en el compuesto Fe 3 O 4 .30) ¿Cuál es el porcentaje <strong>de</strong> azufre en el sulfato <strong>de</strong> magnesio cristalizado (sal <strong>de</strong> Epsom) si sufórmula es MgSO 4·7H 2 O?31) ¿Cuál es el porcentaje <strong>de</strong> cobre en el mineral cuprita, CuO 2 ?32) Determine la composición en porcentaje (a) Na 2 S 2 O 3 (b) Na 2 S 2 O 3·5H 2 O (c) KClO 3 .33) ¿Cuántos gramos <strong>de</strong> cuprita, CuO 2 , se necesitan para obtener 100 g <strong>de</strong> cobre?34) Calcule los porcentajes <strong>de</strong> K, Fe, C, N y H 2 O en el compuesto K 4 Fe(CN) 6·3H 2 O.35) ¿Cuántos gramos <strong>de</strong> sal <strong>de</strong> Glauber, Na 2 SO 4·10H 2 O, se pue<strong>de</strong>n obtener con 500 g <strong>de</strong>ácido sulfúrico?36) ¿Cuánto H 2 SO 4 pue<strong>de</strong> producirse con 100 kg <strong>de</strong> azufre?37) Determine la fórmula molecular <strong>de</strong> un óxido <strong>de</strong> antimonio, <strong>de</strong> peso molecular 323,50 y quecontiene 24,73% <strong>de</strong> oxígeno.38) Una muestra <strong>de</strong> 8,00 g <strong>de</strong> un óxido <strong>de</strong> hierro se calentó en una corriente <strong>de</strong> hidrógenogaseoso hasta que fue totalmente reducido a 5,60 g <strong>de</strong> hierro metálico. ¿Cuál es la fórmulamolecular <strong>de</strong>l óxido <strong>de</strong> hierro si su peso molecular es 159,69.Cálculo <strong>de</strong> fórmulas39) El benceno tiene la fórmula empírica C 6 H 6 . Si su peso molecular es 78, ¿cuál es su fórmulamolecular?39) Deducir la fórmula empírica <strong>de</strong> un compuesto cuyo análisis dió la siguiente composición enporcentaje: Fe = 77,7%, O = 22,3%.49) Se ha observado que 14 g <strong>de</strong> hierro se combinan químicamente con 8 g <strong>de</strong> azufre. Calculela fórmula empírica <strong>de</strong>l compuesto formado.41) Cinco gramos <strong>de</strong> un compuesto gaseoso <strong>de</strong> carbono e hidrógeno da por combustión 16,50g <strong>de</strong> CO 2 y 4,495 g <strong>de</strong> H 2 O. Determine la fórmula empírica <strong>de</strong>l compuesto.42) En una reacción química se combinan 6,75 g <strong>de</strong> azufre con 7,14 g <strong>de</strong> vanadio. Deducir lafórmula empírica <strong>de</strong>l producto.43) Una muestra <strong>de</strong> 26,26 g <strong>de</strong> magnesio se calentó en el aire y se combinó con 17,29 g <strong>de</strong>oxígeno. El óxido resultante pesaba 43,55 g. Determine la fórmula empírica <strong>de</strong>l óxido.
44) Deduzca la fórmula empírica <strong>de</strong> un compuesto que contiene 90,6% <strong>de</strong> plomo y 9,4% <strong>de</strong>oxígeno.45) Para la reacción <strong>de</strong> formación <strong>de</strong>l tetraóxido <strong>de</strong> dinitrógeno (N 2 O 4 ) a partir <strong>de</strong>l dióxido <strong>de</strong>dinitrógeno (NO 2 ).a) Escribe la reacción que representa esta ecuación y balancéala. Las únicas especiespresentes son N 2 O 4 y NO 2 .El siguiente esquema representa una pequeña porción <strong>de</strong>l reactivo inicial.b) ¿Cuál <strong>de</strong> los siguientes dibujos representan un posible sistema final para A?¿Por qué los otros no?
BIBLIOGRAFIABibliografía utilizada en la confección <strong>de</strong> la guía:• Hein y Arena, FUNDAMENTOS DE <strong>QUIMICA</strong> 10º ed., 2001, editorial Thomson-Learning.• Hill y Jolb, <strong>QUIMICA</strong> PARA UN NUEVO MILENIO 8º ed.1999, editorial Pearson• Chang, <strong>QUIMICA</strong> 6º ed.,1999, editorial Mc. Graw Hill• Solis y Sellés, HISTORIA DE LA CIENCIA, 2004, editorial Espasa• Ingenieros, LAS FUERZAS MORALES, 1991, ediciones Siglo veinte• Avalis, C y otros. Algo <strong>de</strong> química para ingresantes a la universidad. 1999, Centro <strong>de</strong>publicaciones, Secretaria <strong>de</strong> extensión, Universidad Nacional <strong>de</strong>l Litoral. Argentina• Whitten, K y otros. Química General. Tercera edición, 1996, Mc. Graw Hill• Angelini, M y otros. TEMAS DE QUÍMICA GENERAL, 1994, EUDEBA S.E.M• Ocampo, E y otros. Química General, 2009. Universidad Nacional <strong>de</strong>l LitoralBibliografía recomendada para el repaso <strong>de</strong> los temas y resolución <strong>de</strong> los problemas:• J.M. Mautino, “Fisicoquímica III - Aula Taller”, 1991, Editorial Stella, Buenos Aires.• A. Rolando y R. Pascualli, “Fisicoquímica”, 1990, Editorial A-Z, Buenos Aires.• A. Rolando y M.R. Jellinek, “Química 4”, 1995. Editorial A-Z, Buenos Aires.• F. Serventi, “Química <strong>de</strong>l carbono”, 1995, El Ateneo, Buenos Aires.• J.M. Mautino, “Química 5 - Aula Taller”, 1993, Editorial Stella, Buenos Aires.• M.P. Alegría, A.S. Bosak, A.M. Deprati, M.A. Dal-favero, R. Franco, M.B. Jaul y E.Morales, “Química II”, 1999, Ediciones Santillana S.A., Buenos Aires.
RESULTADOSNotación exponencial y cifras significativas.1. a
Sistemas materiales1. cambios físicos: a,e ; cambios químicos: b,c, d,2. a) fusión b) solidificación c) sublimación inversa d) sublimación e) licuación y/ocon<strong>de</strong>nsación f) evaporación y/o ebullición g) Disminución <strong>de</strong> temperatura, Aumento <strong>de</strong>presión3. b4. a) Liquido b) Liquido c) 0,01°C – 100 °C.5. intensivas: b, c, d ,f ; extensivas a y e6. correctas c y d7. soluciones a, b, ; sustancias: c, d, e8. sustancias simples: a, d, ; compuestas: b, , e9. correcta d, f, g, hNúmeros <strong>de</strong> oxidación1. +5.2. +7.3. (Fe: +2, O: -2).( H: +1, S: -2). (Sb: +3, S: -2). (Ca: +2, N: +5, O: -2)4. N +5 y +3Óxidos1. a) óxido <strong>de</strong> magnesio, óxido <strong>de</strong> magnesio (II) b) dióxido <strong>de</strong> manganeso, óxido <strong>de</strong>manganeso (IV) c) óxido <strong>de</strong> aluminio, óxido <strong>de</strong> aluminio (III) d) óxido <strong>de</strong> antimonio,óxido <strong>de</strong> antimonio (III) e) óxido auroso, óxido <strong>de</strong> oro (I).2. a) Hg 2 O b) Au 2 O 3 c) CuO d) PbO 2 e) CO 2 f) PtO 2 g)SO 3 h) P 2 O 3Bases1. a) Hidróxido cúprico, hidróxido <strong>de</strong> cobre (II); b) hidróxido ferroso, hidróxido <strong>de</strong> hierro(II); c) hidróxido férrico, hidróxido <strong>de</strong> hierro (III); d) hidróxido mercúrico, hidróxido <strong>de</strong>mercurio (II); e) hidróxido <strong>de</strong> bario, hidróxido <strong>de</strong> bario (II); f) hidróxido áurico, hidróxido<strong>de</strong> oro (III); g) hidróxido plúmbico, hidróxido <strong>de</strong> plomo (IV); h) hidróxido cromoso,hidróxido <strong>de</strong> cromo (II); i) hidróxido estánico, hidróxido <strong>de</strong> estaño (IV); j) hidróxidoestannoso, hidróxido <strong>de</strong> estaño (II)2. a) hidróxido <strong>de</strong> potasio, KOH; b) hidróxido <strong>de</strong> sodio, NaOH3. a) hidróxido <strong>de</strong> bario, Ba(OH) 2 ; b) hidróxido <strong>de</strong> calcio, Ca(OH) 2 ; c) hidróxido <strong>de</strong>aluminio, Al(OH) 3 ; d) hidróxido <strong>de</strong> sodio, NaOH; e) hidróxido <strong>de</strong> hierro (II), Fe(OH) 2 ; f)hidróxido <strong>de</strong> cromo (II), Cr(OH) 2Ácidos y sales4. a) H 3 BO 3 b) H 2 SO 4 c) HNO 2 d) H 3 PO 3 e) HClO 3 f) HClO; g) HCl h) H 2 S5. a) clorato <strong>de</strong> sodio; b) clorato (V) <strong>de</strong> hierro (II); c) bromato <strong>de</strong> amonio; d) yodato <strong>de</strong>magnésio; e) bromato (V) <strong>de</strong> mercurio (II); f) sulfato <strong>de</strong> zinc; g) nitrato <strong>de</strong> bario; h)
yoduro <strong>de</strong> manganeso (II).6. a) (NH 4 ) 2 SO 4 ; b) Cr(NO 3 ) 3 , c) LiClO 3 ; d) CoSO 3Pesos atómicos1. 28,092. 69,4% y 30,6%3. 2,09 × 10 244. 0,0036Masa molar y mol5. a) 44g; b) 30g; c) 46g. y a) 10,3; b) 15,1; c) 9,88.6. 2 g7. 1,066 × 10 -22 g8. 1,67 × 10 24 moléculas <strong>de</strong> H 2 O/gota9. 9,0 × 10 2310. 6,022 × 10 2211. 2185 g12. 0,0284 L13. a) 78,00; b) 128,10; c) 278,02; d) 472,0814. a) 122,55; b) 97,99; c) 74,10; d) 162,5; e) 233,40; f) 158,3815. a) 4,5 × 10 23 moléculas <strong>de</strong> P 4 ; b) 1,8 × 10 24 átomos <strong>de</strong> P; c) 3,0 moles <strong>de</strong> átomos P16. a) 0,02 moles; b) 0,008 moles17. 0,05 moles18. a) 1,56 moles <strong>de</strong> moléculas; b) 9,41 × 10 23 moléculas; c) 9,37 moles <strong>de</strong> átomo; d) 5,64× 10 24 átomos; e) 1,56 moles <strong>de</strong> átomos <strong>de</strong> oxigeno; f) 9,41 × 10 23 átomos <strong>de</strong> oxigeno19. a) 86,1 g, b) 387,85 g, c) 119,5 g.20. a) 392,0 g; b) 278,02 g; c) 329,26 g; d) 223,22 g; e) 381,38 g.21. a) 1,80 × 10 24 átomos; b) 6,022 × 10 23 átomos22. a) 8,60; b) 0,16 moles23. 2,45 × 10 -23 cm 324. 158,4 g; b) 78,114 g/mol; c) 7,32 × 10 24 átomos <strong>de</strong> C25. 2,0 g <strong>de</strong> He26. 0,396 g27. 5,06 × 10 2128. 45Composición29. 72,37%.30.13,0% <strong>de</strong> S31.66,50% <strong>de</strong> Cu32. a) Na = 29,0%, S = 40,4%, O = 30,6%; b) Na = 18,5%, S = 25,7%, H = 4,0%, O =51,8%. c) 31,8% K, 29,0% Cl, 39,2% O.33. 150,35 g <strong>de</strong> CuO 2
34. K = 37,0%, Fe = 13,2%, C = 17,1%, N = 19,9%, H 2 O = 12,8%.35. 1,642 g <strong>de</strong> Na 2 SO 4·10H 2 O36. 306 kg <strong>de</strong> H 2 SO 4 .37. Sb 2 O 5 .38. Fe 2 O 3 .Cálculo <strong>de</strong> fórmulas39. C 6 H 6 .40. FeO41. FeS42. C 3 H 443. V 2 S 3 .44. MgO45. Pb 3 O 4 .46. a) 2 NO 2 (g) N 2 O 4 (g).- b. III
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