LQ Química

Valoraciones redox

2019-03-16T18:40:00.001-03:00

En las reacciones redox se transfieren electrones, mientras que en las reacciones ácido-base se transfieren protones. Del mismo modo en que un ácido se puede valorar con una base, un agente oxidante se puede valorar con un agente reductor, utilizando un procedimiento semejante. Así, por ejemplo, se puede añadir con cuidado una disolución que contenga un agente oxidante a una disolución que contenga un agente reductor. El punto de equivalencia se alcanza cuando el agente reductor es completamente oxidado por el agente oxidante.

Igual que las valoraciones ácido-base, las valoraciones redox por lo general requieren de un indicador que tenga un cambio de color nítido. En presencia de una gran cantidad de agente reductor, el color del indicador es característico de su forma reducida. El indicador adopta el color que tiene en su forma oxidada cuando está en presencia de un medio oxidante. En el punto de equivalencia, o cerca de este, ocurrirá un cambio de color nítido del indicador al pasar de una forma a otra, por lo que el punto de equivalencia puede identificarse fácilmente.

El dicromato de potasio (K₂Cr₂O₂) y el permanganato de potasio (KMnO₄) son dos agentes oxidantes muy comunes. Los colores de los aniones dicromato y permanganato son muy diferentes de los colores que tienen las especies reducidas.

Estos agentes oxidantes se pueden utilizar por sí mismos como indicador interno de una valoración redox, ya que los colores de las formas oxidada y reducida son muy distintos.

Las valoraciones redox requieren del mismo tipo de cálculo (basados en el método del mol) que las neutralizaciones ácido-base. Sin embargo, la diferencia entre estas radica en que las ecuaciones y la estequiometria tienen a ser más complejas en las reacciones redox.

Valoración ácido base

2019-03-09T05:00:00.000-03:00

Los estudios cuantitativos de las reacciones de neutralización ácido-base se llevan a cabo en forma adecuada por medio de una técnica conocida como valoración. En una valoración, una disolución de concentración exactamente conocida, denominada disolución patrón, se agrega en forma gradual a otra disolución de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones se complete. Si se conoce el volumen de la disolución patrón y de la disolución desconocida que se utilizaron en la valoración, además de conocer la concentración de la disolución patrón, se puede calcular la concentración de la disolución desconocida.

El hidróxido de sodio es una de las bases más utilizadas en laboratorios, sin embargo es difícil conseguir hidróxido de sodio solido en forma pura porque tiene a absorber el agua del aire, y sus disoluciones reaccionan con el dióxido de carbono. Por ello, una disolución de hidróxido de hidróxido debe ser valorada antes de utilizarse en el trabajo analítico preciso. Las disoluciones de hidróxido de sodio se pueden valorar al titularlas contra una disolución ácida de concentración exactamente conocida. El ácido que se elige con mayor frecuencia es un ácido monoprótico llamado ftalato ácido de potasio (KHF), cuya fórmula molecular es KHC₈H₄O₄. El HKF es un sólido blanco, soluble que se consigue comercialmente en forma muy pura. La reacción entre KHF y el hidróxido de sodio es:

KHC₈H₄O₄(ac) + NaOH(ac) à KNaC₈H₄O₄(ac) + H2O(l)

Y la ecuación ionica neta es:

HC₈H₄O₄⁺(ac) + OH^-(ac) à C₈H₄O⁺₄(ac) + H₃O^-(l)

Primero se transfiere al matraz Erlenmeyer una cantidad conocida de KHF y se le agrega algo de agua destilada para disolverlo, a continuación se agrega cuidadosamente una disolución de NaOH contenida en una bureta hasta que se alcanza el punto de equivalencia, es decir, el punto al cual el ácido ha reaccionado o neutralizado completamente a la base. El punto de equivalencia se detecta por el cambio brusco de color de un indicador que se ha añadido a la disolución del ácido. En las valoraciones ácido-base, los indicadores son sustancias que tienen colores muy distintos en medios ácidos y básicos. La fenolftaleína es un indicador muy utilizado que en medio ácido o neutro es incoloro, pero adquiere un color rosa intenso en disoluciones básicas. En el punto de equivalencia, todo el KHF presente ha sido neutralizado por el NaOH añadido y la disolución sigue siendo incolora. Sin embargo, con una sola gota de más en la disolución de NaOH de la bureta, la disolución de inmediato se torna de un color rosa intenso porque ahora es básica.

Dilución de disoluciones

2015-07-10T22:16:00.000-03:00

Las disoluciones concentradas que no se utilizan normalmente, se guardan en el almacén del laboratorio. Con frecuencia estas disoluciones "de reserva" se diluyen antes de utilizarlas. La disolución es el procedimiento que se sigue para preparar una disolución menos concentrada a partir de una más concentrada.

Suponga que se desea preparar 1L de una disolución de KMnO4 0,400 M a partir de una disolución de KMnO4 1,00 M. Para ello se necesita 0.400 moles de KMnO4. Puesto que hay 1,00 moles de KMnO4 en 1L (o 1.000mL) de una disolución 1.00 M en 0,400 x 1.000 mL o 400 mL, de la misma disolución, habrá 0,400 moles de KMnO4.

1,00 mol = 0,400 mol
1.000mL soln 400 mL soln

Por tanto, se deben tomar 400mL de la disolución de KMnO4 1,00 M y diluirlos hasta 1.000 mL adicionando agua (en un matraz volumétrico de 1 L). Este método da 1 L de la solución deseada de KMnO4 0,400 M.

Al efectuar el proceso de dilución, conviene recordar que al agregar mas disolvente a una cantidad dada de la disolción concentrada su concentración cambia (disminuye) sin que cambie el número de moles de soluto presente en la disolución. En otras palabras:

Moles de soluto antes de la dilución = moles de soluto después de la dilución.

Analizador de aliento

2015-07-10T20:56:00.000-03:00

Cada año, en Estados Unidos mueren aproximadamente 25.000 personas y mas de 50.000 resultan lesionadas a causa de conductores ebrios. A pesar de los esfuerzos realizados para educar al público acerca del peligro que representar manejar cuando se está intoxicado y de las sanciones que se imponen a los conductores ebrios, las autoridades aún tienen mucho por hacer para quitar de las carreteras de este país a los conductores ebrios.

La policía utiliza a menudo un dispositivo llamado analizador de aliento para examinar a los conductores que se sospecha están ebrios. El fundamento químico de este dispositivo es una reacción redox. Una muestra de aliento del conductor se introduce en el analizador de aliento, donde se trata con una disolución ácida de dicromato de potasio. El alcohol (etanol) en el aliento es convertido en ácido acético.

El etanol se oxida hasta ácido acético y el cromo(VI) del ion dicromato, de color amarillo anaranjado, se reduce a ion cromico(III), de color verde. El nivel de alcohol en la sangre del conductor se puede determinar fácilmente midiendo la magnitud de este cambio de color (el cual se lee en una escala calibrada del instrumento). El límite legal aceptado para el contenido de alcohol en la sangre en Estados Unidos es de 0.1% en masa. Cualquier valor que excede este límite se considera como intoxicación.

Concentración de disoluciones

2015-02-13T20:55:00.000-03:00

Para estudiar la estequiometría en disoluciones, es necesario conocer la cantidad de los reactivos presentes en una disolución y saber controlar las cantidades utilizadas de reactivos para llevar a cabo una reacción en disolución acuosa.

La concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de disolvente o de disolución. La concentración de una disolución se puede expresar en muchas formas distintas, para este texto consideraremos una de las unidades más utilizadas en la química, la molaridad (M), o concentración molar, que es el número de moles de soluto en 1 litro (L) de disolución. La molaridad se define por la ecuación:

M = molaridad = (moles de soluto / litros soln)

donde "soln" significa "disolución". Así, una disolución 1.46 molar de glucosa (C6H12O6), escrita como 1.46 M de C6H12O6 contiene 1.46 moles de soluto (C6H12O6) en 1 L de la disolución; una disolución 0.52 molar de urea [(NH3)2CO)], escrita como 0.52 M de (NH3)2CO), contiene 0.52 moles de (NH3)2CO) (el soluto) en 1 L de disolución y así sucesivamente.

Por supuesto que no siempre se trabaja con volúmenes de disolución exactamente de 1 L. Esto no represente problema alguno si se hace la conversión del volúmen de la disolución a litros. Así, una disolución de 500 mL que contiene 0.730 moles de C6H12O6 también tiene una concentración 1.46 M:

M = molaridad = (0.730 mol / 0.500 L)

= 1.46 mol / L = 1.46 M

Como se puede ver, la unidad de molaridad es moles por litro, por lo que una disolución de 500 mL, que contiene 0.730 moles de C6H12O6 equivalen a 1.46 mol/L, o 1.46 M. Observe que, al igual que la densidad, la concentración es una propiedad intensiva, por lo que su valor no depende de la cantidad de disolución.

Número de oxidación

2015-02-11T21:16:00.000-03:00

Las definiciones de oxidación y reducción, en términos de pérdida y ganancia de electrones, se aplican a la formación de compuestos iónicos como el CaO y a la reducción de iones Cu²⁺por Zn. Sin embargo, estas definiciones no se aplican a la formación del cloruro de hidrógeno (HCl) ni del dióxido de azufre (SO2):

H2(g) + Cl(g) --> 2HCl(g)

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

Como el HCl y el SO2 no son compuestos iónicos, sino moleculares, en realidad no se transfieren electrones durante la formación de estos compuestos, lo que si sucede en el caso del CaO. No obstante, los químicos tratan estas reacciones como reacciones redox porque experimentalmente se observa que hay una transferencia parcial de electrones (de H al Cl en el HCl, y de S al O en el SO2).

Para tener un seguimiento de los electrones en las reacciones redox, es conveniente asignar números de oxidación a los reactivos y productos. El número de oxidación de un átomo, también llamado estado de oxidación, significa el número de cargas que tendría un átomo en una molécula (o en un compuesto iónico) si los electrones fueron transferidos completamente. Por ejemplo, las ecuaciones anteriores para la formación de HCl y se podrían escribir como:

0 0 , +1-1

H2(g) + Cl(g) --> 2HCl(g)

0 0 , +4-2

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

Los números colocados encima de los símbolos de los elementos son los números de oxidación. En ninguna de las dos reacciones hay cargas en los átomos de las moléculas de reactivos. Por tanto, su número de reacción es cero. Sin embargo, para las moléculas de los productos se supone que ha habido una transferencia completa de electrones y los átomos ganaron o perdieron electrones. Los números de oxidación reflejan el número de electrones "transferidos".

Los números de oxidación permiten identificar los elementos que se han oxidado y reducido. Los elementos que muestran un aumento en el número de oxidación, el hidrógeno y el azufre en los ejemplos anteriores, se han oxidado. El cloro y el oxígeno se han reducido, porque los números de oxidación son menores que al inicio de la reacción. Observe que la suma de los números de oxidación del H y del Cl en el HCl (+1 y -1) es cero. Asimismo, si se añaden cargas (+4) en el S y en los dos átomos de O [2 X (-2)], el total es cero. La razón de esto es que las moléculas de HCl y SO2 son neutras y por lo tanto se deben cancelar las cargas.

Reacciones de oxidación-reducción

2015-02-09T16:50:00.000-03:00

Mientras que las reacciones ácido-base se caracterizan por un proceso de transferencia de protones, las reacciones de oxidación-reducción, o reacciones redox, se consideran como reacciones de transferencia de electrones. Las reacciones de oxidación-reducción forman una parte importante del mundo que nos rodea. Abarcan desde la combustión de combustibles fósiles hasta la acción de blanqueadores domésticos. Asimismo, la mayoría de los elementos metálicos y no metálicos se obtienen a partir de sus minerales por procesos de oxidación o de reducción.

Muchas reacciones redox importantes se llevan a cabo en agua, pero esto no implica que todas las reacciones redox sucedan en medio acuoso. Considere, por ejemplo, la formación de óxido de calcio (CaO) a partir de calcio y oxígeno.

2Ca(s) + O2(g) --> 2CaO(s)

El óxido de calcio (CaO) es un compuesto iónico formado por iones Ca²⁺ y O². En esta reacción, dos átomos de Ca ceden o transfieren cuatro electrones a dos átomos de O (en el O2). Por conveniencia, este proceso se visualiza como dos etapas, una implica la pérdida de cuatro electrones por los dos átomos de Ca, y la otra, la ganancia de los cuatro electrones por una molécula de O2.

2Ca --> 2Ca²⁺ + 4e^-

O2 + 4e^- --> 2O^2-

Cada una de estas etapas se denominan semirreacción, y explícitamente muestran los electrones transferidos en la reacción redox. La suma de las semirreaciones produce la reacción global.

2Ca + O2 + 4e^- --> 2Ca²⁺ + 2O^2- + 4e^-

o, si se cancelan los electrones que aparecen en ambos lados de la ecuación.

2Ca + O2 --> 2Ca²⁺ + 2O^2-

Por último, los iones Ca y O se combinan para formar CaO;

2Ca²⁺ + 2O^2- --> 2CaO

Por convenio, no se muestran las cargas en las fórmula de un compuesto iónico por lo que el óxido de calcio normalmente se presenta como CaO y no como 2Ca²⁺O^-.

El término reacción de oxidación se refiere a la semirreacion que implica la pérdida de electrones. Antiguamente, los químicos empleaban el término "oxidación" para expresar la combinación de elementos con oxígeno. Sin embargo, actualmente tiene un significado más amplio ya que también incluye reacciones en las que no participa el oxígeno. Una reacción de reducción es una semirreacción que implica una ganancia de electrones. En la formación de óxido de calcio, el calcio de oxida. Se dice que actúa como agente reductor porque dona electrones al oxígeno y hace que se reduzca. El oxígeno se reduce y actúa como un agente oxidante porque acepta electrones del calcio y hace que este se oxide.Observe que la magnitud de la oxidación en una reacción redox debe ser igual a la magnitud de la reducción, es decir, el número de electrones que pierde un agente reductor debe ser igual al número de electrones ganados por un agente oxidante.

Neutralización ácido-base

2014-09-20T11:03:00.000-03:00

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Generalmente, en las reacciones acuosas ácido-base se forma agua y una sal, que es un compuesto iónico formado por un catión distinto del H⁺ y un anión distinto del OH^- u O^2-:

ácido + base --> sal + agua

Todas las sales son electrólitos fuertes. La sustancia que se conoce como sal de mesa, NaCl, es un ejemplo familiar de una sal. Es el producto de la reacción ácido-base

HCl(ac) + NaOH(ac) --> NaCl(ac) + H2O(l)

Sin embargo, puesto que tanto el ácido como la base son electrólitos fuertes, están completamente ionizados en la disolución. La ecuación iónica es:

H⁺(ac) + Cl^-(ac) + Na⁺(ac) + OH^-(ac) --> Na⁺(ac) + Cl^-(ac) + H2O(l)

Por tanto, la reacción se puede representar por la ecucación iónica neta

H⁺(ac) + OH^-(ac) --> H2O(l)

Tanto el Na⁺ como Cl^- el son iones espectadores.

Si en la reacción anteriore se hubiera iniciado con iguales cantidades molares del ácido y de la base, al final de la reacción únicamente se tendría una sal y no habría ácido o base remanente. Ésta es una característica de las reacciones de neutralización ácido-base.

Una indeseable reacción de precipitación

2014-09-17T13:39:00.000-03:00

La piedra caliza ( CaCO3) y la dolomita ( CaCO3 .MgCO3), que se encuentran bastante extendidas en la superficie de la Tierra, a menudo penetran en los suministros de agua. El carbonato de calcio es insoluble en agua. Sin embargo, en presencia de dióxido de carbono disuelto (de la atmósfera), el carbonato de calcio se transforma en bicarbonato de calcio soluble, Ca(HCO3)2:

CaCO3(s) + CO2(ac) + H2O(l) --> Ca²⁺(ac) + 2HCO3^-(ac)

donde HCO3^-; es el ión bicarbonato.

El agua que contiene iones Ca²⁺ y/o Mg²⁺ se conoce como agua dura y el agua que prácticamente está libre de estos iones recibe el nombre de agua blanda. El agua dura es inadecuada para algunos usos domésticos e industriales.

Cuando el agua que contiene iones Ca²⁺ y HCO3^-;se calienta o se hierve, se invierte la reacción de disolución para producir precipitado de CaCO3.

Ca²⁺(ac) + 2HCO3^-(ac) --> CaCO3(s) + CO2(ac) + H2O(l)

y el dióxido de carbono gaseoso es expulsado de la disolución:

CO2(ac) --> CO2(g)

El carbonato de calcio sólido asi formado es el componente principal de la incrustación que se acumula en los calentadores, calderas, tuberías y cafeteras. Esta gruesa capa de incrustación reduce la transferencia de calor y disminuye la eficiencia y durabilidad de calentadores, tuberías y utensillos. En las tuberías domésticas de agua caliente puede restringir o bloquear totalmente el flujo de agua. Para eliminar estos depósitos, los plomeros utilizan un método sencillo que consiste en introducir una pequeña cantidad de ácido clorhídrico, que reacciona con el CaCO3 y lo disuelve.

Propiedades generales de los ácidos y bases

2014-09-04T14:33:00.000-03:00

Los ácidos son sustancias que se ionizan en agua para formar iones H⁺ y las bases como sustancias que se ionizan en agua para formar iones OH^-. El químico sueco Svante Arrhenius formuló estas definiciones a finales del siglo XIX para clasificar a las sustancias cuyas propiedades en disolución acuosa eran bien conocidas.

Ácidos

Los ácidos tienen sabor agrio; por ejemplo el vinagre debe su sabor al ácido acético, y los limones y otros frutos cítricos contienen ácido cítrico.
Los ácidos ocasionan cambios de color en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de azul a rojo.
Los ácidos reaccionan con algunos metales como el zinc, magnesio o hierro para producir hidrógeno gaseoso. Una reacción típica es la que sucede entre el ácido clorhídrico y el magnesio:

2HCl(ac) + Mg(s) --> MgCl2(ac) + H2(g)

Los ácidos reaccionan con los carbonatos y los bicarbonatos, como Na2CO3, CaCO3 y NaHCO3, para formar dióxido de carbono gaseoso. Por ejemplo:

2HCl(ac) + CaCO3(s) --> CaCl2(ac) + H2O(l) + CO2(g)

Las soluciones acuosas de los ácidos conducen la electricidad

Ionización del HCl en agua para formar el ion hidronio y el ion cloruro

Bases

Las bases tienen sabor amargo
Las bases se sienten resbaladizas; por ejemplo, los jabones que contienen bases muestran esta propiedad.
Las bases producen cambios de color en los colorantes vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de color rojo a azul.
Las disoluciones acuosas de las bases conducen la electricidad.

Ácidos y bases

2014-08-30T11:16:00.000-03:00

Los ácidos y las bases son tan comunes como la aspirina y la leche de magnesia, aunque mucha gente desconozca sus nombres químicos, ácido acetilsalicílico (aspirina) e hidróxido de magnesio (leche de magnesia). Además de ser la base de muchos productos medicinales y domésticos, la química de ácidos y bases es importante en los procesos industriales y es fundamental en los sistemas biológicos.

Ecuaciones moleculares y ecuaciones iónicas

2014-08-27T14:55:00.001-03:00

La ecuación:

Pb(NO3)2 (ac) + 2NaI(ac) --> PbI2(s) + 2NaNO3(ac)

la denominamos ecuación molecular porque las fórmulas de los compuestos están escritas como si todas las especies existieran como moléculas o entidades completas. Una ecuación molecular es útil porque aclara la identidad de los reactivos (es decir, nitrato de plomo y yoduro de sodio). Si se quisiera llevar a cabo esta reacción en el laboratorio, ésta es la ecuacion molecular que debería utilizarse. Sin embargo, una ecuación molecular no describe con exactitud lo que realmente está sucediendo a nivel microscópico.

Cuando los compuestos iónicos se disuelven en agua, se separan por completo en los cationes y aniones que los componen. Por ello, para que las ecuaciones se apeguen más a la realidad, deberán indicar de la disociación de los compuestos iónicos en sus aniones. Así la ecuación se escribiría:

Pb²⁺(ac) + 2NO3^-(ac) + 2Na⁺(ac) + 2I^-(ac) --> PbI2(s) + 2Na⁺(ac) + 2NO3^-(ac)

Esta ecuación ejemplifica una ecuación iónica, en la que se muestran las especies disueltas como iones libres. Una ecuación iónica también incluye a los iones espectadores, es decir, los iones que no participan en la reacción global, en este caso los iones Na⁺ y NO3^-. Como los iones espectadores aparecen en ambos lados de la ecuación y no cambian durante la reacción química, se pueden cancelar. Para centrarse en los cambios que ocurren, se escribe la ecuación iónica neta, que únicamente muestra las especies que realmente participan en la reacción:

Pb²⁺(ac) + 2I^-(ac) --> PbI2(s)

Los siguientes pasos resumen el proedimiento para escribir ecuaciones iónicas y iónicas netas.

Escriba la ecuación molecular balanceada para la reacción.
Vuelva a escribir la ecuación para indicar los iones disociados que se forman en la disolución. Se supone que todos son electrólitos fuertes que, en solución, están completamente disociados en cationes y aniones. Este procedimiento conduce a la ecuación iónica.
Indique y cancele los iones espectadores en ambos lados de la ecuación para obtener la ecuación iónica neta.

Solubilidad

2014-08-25T10:00:00.000-03:00

¿Cómo se puede predecir la formación de un precipitado cuando se añade un compuesto a una disolución o cuando se mezclan dos disoluciones? Esto depende de la solubilidad del soluto, que se define como la máxima cantidad de soluto que se disolverá en una cantidad dada de disolvete a una temperatura específica. Los químicos describe a las sustancias como solubles, ligeramente solubles o insolubles en terminos cualitativos. Se dice que una sustancia es soluble si se disuelve visiblemente una cantidad suficiente cuando se agrega agua. Si no es así, la sustancia se describe como ligeramente soluble o insoluble. Aunque todos los compuestos iónicos son electrólitos fuertes, no todos tienen la misma solubilidad.

Algunos compuestos iónicos solubles e insolubles

Precipitado

Reacciones de precipitación

2014-08-22T13:32:00.000-03:00

La reacción de precipitación es un tipo común de reacción en disolución acuosa que se caracteriza por la formación de un producto insoluble o precipitado. Un precipitado es un sólido insoluble que se separa de la disolución. En las reacciones de precipitación por lo general participan compuestos iónicos. Por ejemplo, cuando se agrega una disolución acuosa de nitrato de plomo, Pb(NO3)2, a una disolución acuosa de yoduro de sodio (NaI), se forma un precipitado amarillo de yoduro de plomo (PbI2):

Pb(NO3)2 (ac) + 2NaI(ac) --> PbI2(s) + 2NaNO3(ac)

El nitrato de sodio queda en disolución.

Propiedades electrolíticas de las disoluciones acuosas

2014-08-21T12:18:00.000-03:00

Todos los solutos que se disuelven en agua se agrupan en dos categorías: electrólitos y no electrólitos. Un electrólito es una sustancia que, cuando se disuelve en agua, forma una disolución que conduce la electricidad. Un no electrólito no conduce la corriente eléctrica cuando se disuelve en agua.

Un par de electrodos inertes (de cobre o de platino) se sumerge en un vaso con agua. Para que el foco se encienda, la corriente eléctrica debe fluir de un electrodo al otro, para cerrar así el circuito. El agua pura es un conductor deficiente de la electricidad; sin embargo, al añadirle una pequeña cantidad de cloruro de sodio (NaCl), el foco se enciende tan pronto como la sal se disuelve en el agua. El NaCl sólido es un compuesto iónico que al disolverse en agua se disocia en iones Na⁺ y Cl^- . Los iones Na⁺se dirigen hacia el electrodo negativo, y los iones Cl^- hacia el electrodo positivo. Este movimiento establece una cirriente eléctrica que equivale al fujo de electrones a través de un alambre metálico. Como la disolucion de NaCl conduce la electricidad, se dice que el NaCl es electrólito. El agua pura contiene muy pocos iones, por lo que no puede conducir la electricidad.

Disoluciones acuosas

2014-08-20T10:25:00.000-03:00

Una disolución es una mezcla homogpenea de dos o mas sustancias. El soluto es la sustancia presente en menor cantidad, y el disolvente es la sustancia que esta en mayor cantidad. Una disolución puede ser gaseosa (como el aire), sólida (como una aleación) o líquida (agua de mar, por ejemplo). Las disoluciones acuosas son las que el soluto es un líquido o un sólido y el disolvente es agua.

5 conceptos para recordar

2014-08-20T10:02:00.000-03:00

1- Las masas atómicas se miden en unidades de masa atómica (uma), una unidad relativa que se basa en un valor exactamente de 12 para el isótopo carbono-12. La masa atómica dada para los átomos de un elemento particular, por lo general, es el promedio de la distribución de los isótopos naturales de ese elemento. La masa molecular de una molécula es la suma de la masas atómicas de los átomos que la constituyen. Tanto la masa atómica, como la masa molecular se pueden determinar con exactitud con un espectrómetro de masas.

2- Un mol es el número de Avogadro (6,022 x 10²³) de átomos, moléculas u otras partículas. La masa molar (en gramos) de un elemento o de un compuesto es numéricamente igual a su masa en unidades de masa atómica (uma) y contiene el número de Avogadro de átomos (en el caso de los elementos), de moléculas o de unidades de fórmula simples (en el caso de compuestos iónicos).

3- La composición porcentual en masa de un compuesto es el porcentaje en masa de cada elemento presente. Si se conoce la composición porcentual en masa de un compuesto, es posible deducir su fórmula empírica, y su fórmula molecular, si se conoce su masa molar aproximada.

4- Los cambios químicos, llamados reacciones químicas, se representan mediante ecuaciones químicas. Las sustancias que experimentan un cambio, los reactivos, se escriben del lado izquierdo y las sustancias que se forman, los productos, aparecen del lado derecho de la flecha. Las ecuaciones químicas deben estar balanceadas, de acuerdo con la ley de la conservación de la masa. El número de átomos de cada tipo de elemento en los reactivos y en los productos debe ser el mismo.

5- La estequiometría es el estudio cuantitativo de los productos y reactivos en una reacción química. Los cálculos estequiométricos se realizan de manera óptima expresando, tanto las cantidades conocidas como las desconocidas, en término de moles y después, si es necesario, se convierten en otras unidades. Un reactivo limitante es el reactivo que está presente en la menor cantidad estequiométrica; limita la cantidad de producto que se puede formar. La cantidad de producto que se obtiene en una reaccion (rendimiento real) puede ser menor que la máxima cantidad posible (rendimiento teórico). La relación de los dos se expresa como porcentaje de rendimiento.

Fertilizantes químicos

2014-08-18T19:02:00.000-03:00

Alimentar a la población mundial, en acelerado crecimiento, demanda a los granjeros la producción de mejores y más abundantes cosechas. Cada año se agregan a los suelos cientos de millones de toneladas de fertilizantes químicos para aumentar la calidad y el rendimiento de las cosechas. Además de dióxido de carbono y agua, las plantas necesitan por lo menos seis elementos para tener un crecimiento satisfactorio. Estos elementos son N, P, K, Ca, S y Mg.

Los fertilizantes nitrogenados contienen sales de nitrato (NO2), sales de amonio (NH4⁺) y otros compuestos. Las plantas pueden absorber nitrógeno directamente en forma de nitrato, pero las sales de amonio y el amoniaco(NH3) se deben convertir primero en nitratos mediante accion de las bacterias del suelo. La principal materia prima para los fertilizantes nitrogenados es el amoniaco, que se obtiene por la reaccion entre hidrógeno y nitrógeno:

3H2(g) + N2(g) --> 2NH3(g)

En forma líquida, el amoniaco se puede inyectar directamente en el suelo.

De manera alternativa, el amoniaco se puede convertir en nitrato de amonio,NH4NO3, sulfato de amonio, (NH4)2SO4, o hidrógeno fosfato de amonio, (NH4)2HPO4, por medio de las siguientes reacciones ácido-base:

NH3(ac) + HNO3(ac) --> NH4NO3(ac)

2NH3(ac) + H2SO4(ac) --> (NH4)2SO4(ac)

2NH3(ac) + H2PO4(ac) --> (NH4)2HPO4(ac)

Otro método para obtener sulfato de amonio requiere de dos pasos :

2NH3(ac) + CO2(ac) + H2O(l) --> (NH4)2CO3(ac) (1)

(NH4)2CO3(ac) + CaSO4(ac) --> (NH4)2SO4(ac) + CaCO2(s) (2)

Este procedimiento es adecuado porque las materias primas, dióxido de carbono y sulfato de calcio, son menos costosas que el ácido sulfúrico. Para aumentar el rendimiento, se ahce que el amoniaco sea el reactivo limitante de la reaccón (1) y, el carbonato de amonio, en la reacción (2).

Hay varios factores que influyen en la elección de un fertilizante sobre otros: 1) el costo de materias primas necesarias para la obtencion del fertilizante; 2) la facilidad de almacenamiento, transporte y empleo; 3) la composición porcentual en masa del elemento que se desea; 4) adaptabilidad del compuesto, es decir, si el compuesto es soluble en agua y si puede ser absorbido rápidamente por las plantas. Al considerar todos estos factores, se encuentra que el NH4NO3 es el fertilizante nitrogenado más importante en el mundo, a pesar de que el amoniaco tiene mayor porcentaje de nitrógeno en masa.

Los fertilizantes fosfatados provienen de una roca fosfórica llamada fluorapatita, CA5(PO4)3F. La fluorapatita es insoluble en agua, por lo que primero debe convertirse en dihidrógeno fosfato de calcio CA(H2PO4)2, que es soluble en agua:

2CA5(PO4)3F(s) + 7H2SO4(ac) --> 3CA(H2PO4)2(ac) + 7CaSO4(ac) + 2HF(g)

Para lograr el máximo rendimiento, se hace que la fluorapatita sea el reactivo limitante en esta reacción.

Todas las reacciones que se estudiaron para la preparación de fertilizantes parecen relativamente sencillas; sin embargo, se han hechos muchos esfuerzos para mejorar su rendimiento cambiando algunas condiciones como temperatura, presión, entre otras. Por lo general, los químicos industriales primero producen las reacciones prometedoras en el laboratorio y después las prueban en una planta piloto antes de aplicarlas en forma masiva.

Rendimiento de la reacción

2014-08-17T15:15:00.001-03:00

La cantidad de reactivo limitante presente al inicio de una reacción determina el rendimiento teórico de la reacción, es decir, la cantidad de producto que se obtendrá si reaciona todo el reactivo limitante. Por tanto, el rendimiento teórico es el rendimiento máximo que se puede obtener, que se calcula a partir de la ecuación balanceada. En la práctica, el rendimiento real, o bien, la cantidad de producto que se obtiene en una reacción, casi siempre es menor que el rendimiento teórico. Existen muchas razones para explicar la diferencia entre el rendimiento real y el teórico. Por ejemplo, muchas reacciones son reversibles, por lo que no proceden en un 100% de izquierda de derecha. Aún cuando la reacción se complete en un 100%, resulta difícil recuperar todo el producto del medio de reacción (por ejemplo, de una disolución acuosa). Algunas reacciones son complicadas, en el sentido de que los productos formados pueden seguir reaccionando entre sí o los reactivos, para formar todavía otros productos. Estas reacciones adicionales reducen el rendimiento de la primera reacción.

Para determinar la eficiencia de una reacción específica, los químicos utilizan el término rendimiento porcentual, que describe la proporción del rendimiento real con respecto al rendimiento teórico. Se calcula de la siguiente forma:

El intervalo de procentaje del rendimiento puede fluctuar desde 1% hasta 100%. Los químicos siempre buscan alumentar el porcentaje de rendimiento de las reacciones. Entre los factores que pueden afectar el porcentaje del rendimiento se encuentran la temperatura y la presion.

Reactivo limitante

2014-08-15T21:40:00.000-03:00

Cuando un químico efectúa una reacción, generalmente los reactivos no están presentes en las cantidades estequiométricas exactas, es decir, en las proporciones que indica la ecuación balanceada. Como consecuencia, algunos reactivos se consumen mientras que parte de otros se recuperan al finalizar la reacción. El reactivo que se consume primero en la reacción recibe el nombre de reactivo limitante, ya que la máxima cantidad de producto que se forma depende de la cantidad de ese reactivo que habia originalmente. Cuando este reactivo se consume no se puede formar más producto. Los reactivos en exceso son los reactivos presentes en mayor cantidad que la necesaria para reaccionar con la cantidad de reactivo limitante.

El concepto de reactivo limitante es análogo a la relación entre hombres y mujeres en un salón de baile en un club. Si hay 14 hombres y sólo 9 mujeres, únicamente se podrán completar 9 parejas hombre/mujer. Cinco hombres se quedarán si pareja. Así el número de mujeres limita el número de hombres que podrán bailar y hay un exceso de hombres.

Cantidades de reactivos y productos

2014-08-15T14:37:00.000-03:00

Una pregunta que se plantea en el laboratorio y en la industria química es: "¿qué cantidad de productos se obtendrá a partir de cantidades específicas de las materias primas (reactivos)?". O bien, en algunos casos la pregunta se plantea de manera inversa: "¿qué cantidad de materia prima se debe utilizar para obtener una cantidad específica del producto?". Para interpretar una reacción en forma cuantitativa es necesario aplicar el conocimiento de las masas molares y el concepto de mol. La estequiometría es el estudio cuantitativo de reactivos y productos en una reacción química.

Independientemente de que las unidades utilizadas para los reactivos (o productos) sean moles, gramos, litros (para los gases) y otras unidades, para calcular la cantidad de producto formado en una ecuación se utilizan moles. Este método se denomina metodo del mol, que significa que los coeficientes estequiométricos en una reacción química se pueden interpretar como el número de moles de cada sustancia. Por ejemplo, la combustion del monóxido de carbono en el aire produce dióxido de carbono:

2CO(g) + O2(g) --> 2CO2(g)

Para los cálculos estequiométricos esta ecuación puede leerse como: "2 moles de monóxido de carbono gaseoso se combinan con 1 mol de oxígeno gaseoso para formar dos moles de dióxido de carbono gaseoso".

El método del mol consta de los siguintes pasos:

Escriba las fórmulas correctas para todos los reactivos y productos y haga el balance de la ecuación resultante.
Convierta en moles las cantidades de algunas o todas las sustancias conocidas (generalmente los reactivos).
Utilice los coeficientes de la ecuación balanceada para calcular el número de moles de las cantidades buscadas o desconocidas (generalmente los productos) en el problema.
Utilizando los números calculados de moles y masas molares convierta las cantidades ddesconocidas en las unidades que se requieran (generalmente en gramos).
Verifique que la respuesta sea razonable.

Tres tipos de cálculo basado en el método del mol

El paso 1 es un requisito previo para cualquier cálculo estequiométrico. Se debe conocer la identidad de los reactivosy de los productos, y sus relaciones de masa deben considerar la ley de la conservación de la masa (es decir, se debe tener una ecuación balanceada). El paso 2 es el punto crítico para convertir los gramos (u otras unidades) de las sustancias en números de moles. Esta conversion permite analizar la reacción real solo en término de moles.

Para completar el paso 3, es necesario balancear la ecuación lo que ya se hizo en el paso 1. El punto clave aquí es que en una ecuación balanceada, los coeficientes indican la relacion en la cual las moles de una sustancia reaccionan o forman moles de otras sustancias. El paso 4 es semejante al paso 2, excepto que ahora se refiere a las cantidades buscadas en el problema. El paso 5 con frecuencia se subestima, pero es muy importante.

Balance de ecuaciones químicas

2014-08-14T11:09:00.000-03:00

Supongamos que desea escribir una ecuación para explicar una reacción química que se acaba de realizar en el laboratorio. ¿Cómo se procede? Puesto que se conocen los reactivos, es posible escribir sus fórmulas químicas. Es más difícil establecer la identidad de los productos. Con frecuencia, es posible predecir el o los productos de reacciones sencillas. En reacciones más complicadas en las que hay tres o más productos, los químicos necesitarán otras pruebas para establercer la presencia de compuestos específicos.

Una vez que se han identificado los reactivos y productos, y que se han escrito sus fórmulas correctas, se acomodan según la secuencia convencional: los reactivos a la izquierda, separados por una flecha de los productos, que se colocan del lado derecho. Es muy probable que la ecuación que se ha escrito en este momento este sin "balancear", es decir que el número de cada tipo de átomos sea diferente en ambos lados de la flecha. En general el balance de una ecuación química se verifica mediante los siguientes pasos:

Se identifican todos los reactivos y productos, y se escriben sus fórmulas correctas, del lado izquierdo y derecho de la ecuación, respectivamente.
El balance de la ecuación se emplea probando diferentes coeficientes para igualar el número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación. Se pueden cambiar los coeficientes (los números que anteceden a la fórmula), pero no los subíndices (los números que forman parte de la fórmula). Si se cambian los subíndices se cambia la identidad de la sustancia. Por ejemplo 2NO2 significa "dos moléculas de dióxido de nitrógeno". Pero si se duplican los subíndices se tiene N2O4, que es la fórmula del tetróxido de dinitrógeno, un compuesto totalmente diferente.
Primero se buscan los elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuación y con igual número de átomos: las fórmulas que contengan estos elementos deben tener el mismo coeficiente. Por lo tanto no es necesario ajustar los coeficientes de dichos elementos en este momento. A continuación se buscan los elementos que aparecen solo una vez en cada lado de la ecuación pero con diferente número de átomos. Se hace el balance de estos elementos. Por último, el de los elementos que aparecen en dos o más fórmulas del mismo lado de la ecuación.
Se verifica la ecuación obtenida para asegurarse de que hay el mismo número total de cada tipo de átomos en ambos lados de la ecuación.

Considere un ejemplo específico. En el laboratorio se pueden preparar pequeñas cantidades de oxígeno gaseoso calentando clorato de potasio (KClO3). Los productos son oxígeno (O2) y cloruro de potasio (KCl), a partir de esta información se escribe:

KClO3 --> KCl + O2

(Para simplificar se omiten los estados físicos de reactivos y productos). Los tres elementos (K, Cl y O) aparecen una sola vez en cada lado de la ecuación pero unicamente K y Cl tienen igual número de átomos en ambos lados de la ecuación. Asi KClO3 y KCl deben tener el mismo coeficiente. El siguiente paso consiste en lograr que el número de átomos de O sean igual en ambos lados de la ecuación. Debido a que hay tres átomos de O del lado izquierdo y dos del lado derecho de la ecuación, estos átomos se igual colocando un 2 a la izquierda de KClO3 y un 3 a la izquierda de O2.

2KClO3 --> KCl + 3O2

Por último se igualan los átomos de K y Cl colocando un 2 a la izquierda de KCl:

2KClO3 --> 2KCl + 3O2

Como verificación final se puede hacer una hoja de balance para reactivos y productos en donde los números entre paréntesis indican el número de átomos de cada elemento.

Reactivos    Productos
K(2)               K(2)
Cl (2)              Cl (2)
O (6)              O (6)

Observer que el balance de esta ecuación también puede efectuarse con coeficientes que sean múltiplo de 2 (para KClO3), 2 (para KCl) y 3 (para O2); por ejemplo:

4KClO3 --> 4KCl + 6O2

Sin embargo, para el balance de una ecuación se utiliza el conjunto de coeficientes de números enteros más sencillos.

Las huellas digitales del oro por espectrometria de masas

2014-08-13T14:00:00.000-03:00

Año tras año son robados millones de dólares en oro. En la mayoría de los casos, el oro se funde y se envía al extranjero. De esta manera el oro mantiene su valor y desaparece toda manera de identificar su procedencia. Sin embargo, una técnica desarrollada por científicos australianos permitirá, en breve, que las autoridades identifiquen la procedencia del oro, incluso si se ha fundido y recuperado nuevamente la pieza, lo que permitirá atrapar a ladrones.

El oro es un material muy poco reactivo que se encuentra en la naturaleza sin combinar. La poca reactividad que lo caracteriza es una de las propiedades que convierten al oro en el metal apropiado para la joyería. Durante la mineralización del oro, es decir, la formación de pepitas de oro a partir de minúsculas partículas del metal, se incorporan a las pepitas algunos elementos como cadmio, plomo, telurio y zinc. La cantidad y el tipo de impurezas o elementos traza en el oro varia según el lugar de donde se ha extraído.

Para analizar una muestra de oro, los científicos empiezan por calentar una pequeña partícula (de unos 0,01 cm de diámetro y espesor) de la muestra con un láser de alto poder. El oro y los elementos traza vaporizados se arrastran con una corriente de argón gaseoso hacia un espectrómetro de masas. La comparación del espectro de masas obtenido con los espectros de masas archivadas de muestras de oro de origen conocido, permitirá la identificación de la procedencia del oro, de la misma manera en que las huellas digitales identifican a una persona. Esta técnica puede utilizarse tanto en objetos grandes como en lingotes y pepitas, como en pequeños artículos de joyería. Esta técnica tambén permitirá detectar falsificaciones de obras de arte, ya que los espectros de masas del oro de las piesas antiguas son distintos de los espectros del oro modero.

Escritura de las ecuaciones químicas

2014-08-11T15:40:00.000-03:00

Considere lo que sucede cuando el hidrógeno gaseoso (H2) se quema en presencia de aire (que contiene oxigeno, O2) para formar agua (H2O). Esta reacción se representa mediante la ecuación química:

H2 + O2 --> H2O

Donde el signo "más" significa "reacciona con" y la flecha significa "produce". Así, esta expresión simbólica se lee: "El hidrógeno molecular reacciona con el oxígeno molecular para producir agua." Se supone que la reaccion procede de izquierda a derecha como indica la flecha.

Sin embargo la ecuación no está completa, ya que del lado izquierdo de la flecha hay el doble de átomos de oxígeno (dos) que los que hay del lado derecho (uno). Para estar de acuerdo con la ley de la conservación de la masa debe haber el mismo número de cada tipo de átomos en ambos lados de la flecha, es decir, debe haber tantos átomos al finalizarla reacción como los que había antes de que se iniciara. El balance de la ecuación se ahce colocando el coeficiente adecuado (en este caso 2) antes del H2 y del H2O:

2H2 + O2 --> 2H2O

Esta ecuación química "balanceada" muestra que "dos moléculas de hidrógeno se combinan o reaccionan con una molécula de oxígeno para formar dos moléculas de agua". Debido a que la reacción del número de moléculas es igual a la reacción del número de moles, la ecuación también puede leerse como "2 moles de moléculas de hidrógeno reaccionan con 1 mol de moléculas de oxígeno para producir 2 moles de moléculas de agua". Se conoce la masa de un mol de cada sustancia, por lo que la ecuación se puede interpretar como "4,04 g de H2 reacciona con 32,00 g de O2 para formar 36,04 g de H2O.

En la ecuación se hace referencia al H2 y al O2 como reactivos, que son las sustancias inciales en una reacción química. El agua es el producto, es decir, la sustancia formada como resultado de una reacción química. Una ecuación química es, entonces, la descripción breve que un químico hace de una reacción química. Por convenio, en una ecuación quimica los reactivos se escriben a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha:

reactivos --> productos

Para proporcionar información adicional, con frecuencia los químicos indican el estado físico de los reactivos y productos utilizando las letras g, l y s para los estados gaseoso, líquido y sólido, respectivamente. Por ejemplo:

2CO(g) + O2 (g) -- > 2CO2 (g)

2HgO(s) --> 2Hg(l) + O2 (g)

El conocimiento del estado físico de los reactivos y productos es muy útil en el laboratorio. Por ejemplo, cuando reaccionan el bromuro de potasio (KBr) y el nitrato de plata (AgNO3) en un medio acuoso, se forma un sólido, el bromuro de plata (AgBr). Esta reacción se representa mediante la ecuación:

KBr(ac) + AgNO3(ac) --> KNO3(ac) + AgBr(s)

Si no se indican los estados físicos de los reactivos y productos, una persona no informada podría intentar llevar a cabo esta reacción mezclando KBr sólido con AgNO3 sólido. Estos sólidos reaccionan en forma muy lenta o no reaccionan.Si se analiza el proceso a nivel microscópico se puede comprender que para formar un producto como el bromuro de plata, los iones Ag⁺ y los iones Br^- deben estar en contacto. Sin embargo, en estado sólido estos iones tienen muy poca movilidad.

Reacciones químicas y ecuaciones químicas

2014-03-30T13:29:00.000-03:00

Una ves que se ha estudiado la masa de los átomos y de las moléculas, se analizará que los sucede en una reacción química, un proceso en el que una sustancia (o sustancias) cambia para formar uno o más sustancias nuevas. Con el objeto de comunicarse entre si, con respecto a las reacciones químicas, los especialistas en la materia, han desarrollado una forma estándar para representarlas en medio de ecuaciones químicas. Una ecuación química utiliza simbolos químicos para mostrar que sucede durante una reacción química.

Ejemplos de ecuaciones para reacciones químicas.