Concentración molar

January 6, 2018 | Author: Anonymous | Category: Apuntes, Apuntes de enseñanzas medias, Química
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Las soluciones: Concentración Molar, Molal y Fracción Molar; Definiciones y ejercicios(pág.416, Cap.21) Una solución es una mezcla homogénea.* La sustancia más abundante se le llama disolvente y la de menor* abundancia soluto. El disolvente más común es el agua.* La disociación es la separación de los iones entre sí, es decir,* cuando los compuestos iónicos se disuelven. Solvatación es rodear las partículas de un soluto por un* disolvente. Cuando los iones se disocian, cada especie iónica en la solución* actúa como si estuviera sola. La reacción quimica entre un soluto y un disolvente se llama* solvólisis. Si el agua esta incluida en la reacción se llama hidrólisis. Los disolventes y los solutos pueden ser polares o no polares.* Hidratación es la adhesión de moléculas de agua a iones disueltos.* Los disolventes polares suelen disolver los solutos polares, y los* disolventes no polares a los solutos polares. Miscible= mutuamente soluble* Dos líquidos solubles entre sí son completamente miscibles.* Combinaciones posibles de las soluciones:* Disolvente Gas

Soluto gas, líquido o sólido

Líquido gas, líquido o sólido Sólido gas, líquidoo sólido

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Los líquidos inmiscibles se separan en capas al dejarse quietos.* Una solución alcanza su equilibrio de solución cuando la rápidez a* la que las partículas abandonan la solución es igual a la rápidez a la que retornan a ella. Cuando se alcanza el equilibrio la solución está saturada con el* soluto. Una solución saturada es una solución en la cual una sustancia sin* disolver está en equilibrio con la sustancia disuelta. Una solución no saturada es aquella que contiene menos soluto que* una solución saturada, a la misma temperatura. Una solución sobresaturada es cuando una solución contiene más* soluto de lo que, normalmente, puede contener una solución saturada, a la misma temperatura. Solubilidad: facilidad de disolver una sustancia en agua.* Precipitación es la formación de un sólido insoluble por una* reacción química. Rápidez de disolución está afectada por:* +el área de la superficie que está expuesta al disolvente. +La energía cinética de las partículas. El proceso de disolución de la mayoría de los sólidos en agua es* endotérmica. Entalpía de disolución: es el cambio de energía cuando una* sustancia se disuelve en otra. Los sólidos tienen Entalpías de disolución positivas y los gases negativas. Ley de Henry: se disolverán más gas a una presión alta que a una* baja.

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Lsas soluciones molales son útiles en el estudio de las propiedades* coligativas. Los químicos orgánicos usan la fracción molar en los cálculos de* destilación fraccinada. Las propiedades coligativas: definiciones y aplicaciones. Las propiedades coligativas dependen del número de partículas en* solución. Las propiedades coligativas son:* − Presión de vapor − Depresión en el punto de congelación − Elevación del punto de ebullición − Rapidez de difusión a través de una membrana Ley de Raoult: La presión de vapor de una solucion de un soluto no* volatil es el producto de la presion de vapor del disolvente puro y la fraccion molar del disolvente.( La presión de vapor de una solucion varia directamente con la fraccion molar del disolvente) Todos los solidos ionicos y moleculares que tienen presiones de* vapor bajas se dice que son volatiles. Solucion ideal: Todas las atracciones intermoleculares son iguales.* Los solutos afectyan la presion de vapor, punto de ebullicion yb* congelacion y la presion osmotica de un disolvente.(proceso de separacion utilizando la diferencia en las presiones de vapor de unas sustancias.) La razón de las moleculas en liquido no es siempre sera igual a la* del vapor. La destilacion fraccionada depende de la diferencia en la presion* de vapor.

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El punto de ebullicion de un liquido es la temperatura a la cual la* presion del vapor del liquido iguala a la presion atmosferica. El punto de ebullicion de una solucion es mayor que el punto de* ebullicion del disolvente puro. El punto de congelacion de un liquido es la temperatura a la cual* las presiones de vapor del solido y del liquido son iguales. El punto de congelacion de una solucion es menor que el punto de* congelacion del disolvente puro. La elevacion del punto de ebullicion y la de presion del punto de* congelacion dependen de la concentracion de las particulas del soluto. La elevacion molal del punto de ebullicion para agua es igual a* 0.512 grados celcius. La elevacion molal del punto de congelacion para agua es igual a* 1.86 grados celcius. El punto de ebullicion o de congelacion depende grandemente de la* ionizacion. Osmosis: difusion a traves de una membrana semipermeable.* Presion osmotica: la presion requerida para detener el flujo neto* del disolvente a traves de una membrana semipermeable. Cuando los iones interaccionan se reduce la concentracion efectiva.* Los coloides son mezclas de dos fases de materia: la fase dispersa* y la continua. El efecto de Tyndall: la dispersion de la luz por las particulas* coloidales. El Movimiento Browniano: constantye movimiento, al azar de las* particulas coloidales.

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Adsorcion: cuando las superficies solidas o liquidas atraen o* retienen sustancias. Las particulas coloidales son excelentes materiales adsorventes.* La electroforesis: es la migracion de la particulas coloidales* cargadas dentro de un campo electrico. El mecanismo de reaccion; la constante de equilibrio( ejercicios pag. 450 y 458) No todas las recciones se completan.* La rapidez de una reaccion es la rapidez de la desaparicion de un* reactivo o la rapidez de aparicion de un producto. La rapidez de reaccion depende de la naturaleza de los reactivos.* Las reacciones ionicas no conllevan a la transferencia de* electrones y son rapidas. El complejo activado se forma cuando las moleculas chocan con* energia suficiente para modificar sus nubes electronicas. La energia de activacion es la energia requerida para formar el* complejo activado. La rapidez de la reaccion depende de la concentracion(molaridad) de* los reactivos. [ ] indica mol/decimentro cubico.* La constante de rapidez especifica tiene un valor unico a una* temperatura dada. Un aumento en la presion de un gas tiene comlo efecto el aumento de* la concentracio, por ende, el aumento de la rapidez de la reaccion (a temperatura constante). En una reaccion heterogenea hay dos o mas fases.*

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El aumento de la superficie disponible aumenta la rapidez de la* reaccion. La rapidez de la reaccion depende de la temperatura de los* reactivos. Cuando las moleculas chocan con suficiente energia forman un* complejo activado. Si la temperatura aumenta, aumenta el numero de complejos activados* que se forman. Catalisis: es el proceso de modificar la rapidez de las reacciones* por medio de la presencia de un catalizador. Los catalizadores modifican una reaccion sin que ella sufra cambios* permanentes. Un catalizador de contacto es aquel que funciona adsorbiendo uno de* los reactantes en su superficie. Un catalizador heterogeneo(de contacto) trabaja adsorbiendo uno de* los reactivos. Es decir, un catalizador en una fase diferente que la de los reactantes. Adsorcion es la adherencia de una sustancia a* la superficie de otra. Un catalizador homogeneo es aquel que se encuentra en la misma* fase que los reactivos. Los inhibidores detienen las reacciones, atando a uno de los* reactivos. La rapidez de la reaccion depende del paso determinante de la* reaccion(el mas lento). Mecanismo de la reaccion es la serie de pasos que ocurren durante*

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la reaccion. En equilibrio, la rapidez de las reacciones opuestas son iguales.* La ley de accion de masa indica que los exponentes en la expresion* de la constante de equilibrio son los coeficientes que provienen de la ecuacion quimica. Si la constante de equilibrio es pequeña(mucho menor que 1), se* forma muy poco producto. Si la constante de equilibrio es grande(mucho mayor que 1), la* reaccion se completa casi totalmente. El Principio de Le Chatelier: un sistema en equilibrio que sufre un* cambio, se desplazara hacia la restauracion de las condiciones originales. La energia puede tratarse Comm un reactivo o Comm un producto en* una reaccion. A medida que aumenta la [H2], la [N2] disminuye y la [NH3] aumenta.* Por lo tanto el valor de la constante de equilibrio se mantiene igual. Un aumento de la concentracion del reactivo produce una mayor* concentracion del producto. La presion altera la concentracion no la constante de equilibrio.* Un cambio en la temperatura produce un cambio en la Keq.* Los ácidos, las bases y las sales: nomenclatura reacciones.(Cap.24) Las tres clases de electrolitos son los ácidos, las bases y las* sales. Las soluciones de los electrolitos son conductores de corriente.* Sus soluciones conducen una corriente eléctrica porque contienen* iones. Teoría de Arrhenius: Un ácido produce H+ en una solución acuosa;*

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una base produce OH− en una solución acuosa. Teoría Bronsted−Lowry: Un ácido es un donante de protones; una base* es un aceptador de protones. Las moléculas de agua hidratan los protones libres para formar* H30+, el ión hidronio. La base conjugada es la partícula que permanece cuando un ácido* libera un protón. El ácido conjugado de una base se forma cuando la base acepta un* protón. Teoría de Lewis: Un ácido es un aceptador de un par de electrones;* una base es un donante de un par de electrones. En la teoría de Lewis y la de Bronsted−Lowry muchas sustancias* pueden actuar como ácidos o bases. Por ejemplo: Base NH3 + H+ −> NH4+ Acido NH3 −> H+ + NH2− Una sustancia que es un ácido o una base en la teoría de Arrhenius* también es un ácido o una base en las teorías de Lewis y de Bronsted−Lowry. Los nombres de los ácidos binarios comienzan con la raíz de la* palabra y terminan con el sufijo hídrico. El nombre de un ácido ternario indica el número de átomos de* oxígeno en cada molécula. Las bases se nombran usando la palabra hidróxido seguida del nombre* del ión metálico. La palabra anhídrico que significa sin agua.* Un anhídrico ácido(ácido formado con agua) reacciona con un* anhídrico básico(base formada al disolverse en agua) para producir una sal.

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Esta reacción es una de neutralización pero no se produce agua. Los metales tienden a formar bases; los no−metales tienden a formar* ácidos. Anfotérica: una suatancia que actúa como un ácido o como una base.* Los ácidos fuertes se ionizan completamente en una solución acuosa.* Las bases fuertes se disocian completamente en iones positivos y* negativos al estar en agua. Los ácidos y las bases débiles se ionizan solo parcialmente en una* solución acuosa. Los iones espectadores no participan en la reacción y no se* escriben en la ecuación iónica neta. Los ácidos polipróticos contienen más de un átomo de hidrógeno* ionizable. Los electrolitos fuertes se escriben en forma iónica.* Reglas para la ecuación iónica neta. 1. ácidos binarios:(HCl, HBr y HI) son fuertes, los demás son débiles. 2. Los ácidos ternarios. Si el número de átomos de oxígeno supera al de hidrógeno por dos o más, el ácido es fuerte. 3. Los ácidos polipróticos: En la segunda ionización y en las que siguen los ácidos siempre son débiles. 4. Las bases: los hidróxidos de los elementos IA y IIA, excepto el Berilio, son fuertes. Los demás son débiles. 5. Las sales: Se escriben en forma iónica si son solubles y si son insolubles, en forma molecular.(tabla A−7) 6. Los óxidos y los gases: siempre se escriben en forma molecular. La constante de ionización ácida(Ka) es un caso especial de una*

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constante de equilibrio. El aumento en la concentración de acetato causará que disminuya la* concentración del ión de hidrógeno. Si se añade un ión común, la Ka no cambia.* El efecto del ion común es un buen ejemplo del Principio de Le* Chatelier. Los ácidos polipróticos tienen más de un átomo de hidrógeno* ionizable. Las soluciones de electrolitos, el pH, la titulación;(ej. Pág. 503−504;Cap.25) Los iones en una solución saturada están en equilibrio con el* sólido sin disolver. Al añadir un ion común a una solución saturada ocasiona la* precipitación del soluto. La solubilidad de una suatancia se disminuye al añadir un ion* común. La constante del producto de solubilidad: Kps* El agua pura se ioniza muy poco.* Kw es la constante del producto iónico del agua.* Si se añade un ácido al agua, la [H30+] aumenta y la [OH−]* disminuye. La escala de pH es una forma simplificada de representar la* concentración de los iones H30+ en una solución. El pH mide la concentración de los iones de hidrógeno.* El pH de una solución neutral es = 7.* El pH de una solución ácida: pH*< 7.

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El pH de una solución básica: pH*> 7. La suma del pH y el pOH es 14.* La hidrólisis es la reacción de una sal con el agua para producir* una solución ácida o básica. Cuando una sal de un ácido fuerte y una base fuerte se disuelven en* agua, se produce una solución neutral. En la hidrólisis, los iones de H3O+ y de OH− se producen en una* solución que provienen de las moléculas ionizadas del agua. Cuando la sal que proviene de la neutralización de un ácido fuerte* y una base débil se disuelve en agua, se produce una solución ácida. Cuando la sal que proviene de la neutralización de un ácido débil y* una base fuerte se disuelve en agua, se produce una solución básica. La sal que se produce de un ácido débil y ina base débil puede* formar una solución ácida, básica o neutral. La hidrólisis de una reacción de una sal con agua para producir una* solución ácida o básica. Un sistema amortiguador es una solución puede absorber ácidos o* bases, sin un cambio significativo en el pH. El amortiguador principal en la sangre es el ion HCO3−.* Cuando ocurre una hiperventilación se altera el proceso de* amortiguación de lña sangre. Metro de pH: forma rápida de determinar el grado de acidez de una* solución. indicadores: se usan para determinar el pH por medio de cambios de* color. Solamente son útiles en soluciones incoloras y en intervalos estrechos de pH.

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Titulación: proceso cuantitivo en el cual se utiliza una solución* estándar para determinar la concentración de otra solución. Esta es una forma de análisis volumétrico. Una solución estándar es aquella de la que se conoce su* concentración. Ácido + Base −*> Sal + Agua Las reacciones REDOX: normas para asiganación de los números de oxidación, balanceo de las reacciones REDOX por método de semireacciones; (pág. 524;Cap. 26) En las reacciones de oxidación−reducción, cambia la estructura* electrónica de una partícula. Las reacciones de oxidación−reducción se conocen como reacciones* REDOX. La mayoría de las reacciones ácido−base Arrhenius y la mayoría de* las reacciones de desplazamiento doble no son REDOX. La oxidación es el proceso por el cual se remueven electrones de* átomos o de iones. Al removérseles el oxígeno, los óxidos se reducen.* La reducción es le proceso por el cual se le añaden electrones a* átomos o iones. La oxidación y reducción ocurren simultáneamenteen una reacción.* Un agente reductor pierde electrones. Un agente oxidante gana* electrones. Si una sustan*cia libera electrones con facilidad es un agente reductor fuerte, su forma oxidada es normalmente un agente oxidante débil. Si una sustancia acepta electrones con facilidad es un agente*

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oxidante fuerte, su forma reducida es normalmente un agente reductor débil. El número de oxidación es la carga aparente de un átomo cuando se* le asigna cierto número de electrones a ese átomo. Media reacción: la reacción de reducción u oxidación en una* ecuación química. El número de oxidación es la carga de un átomo cuando se le asigna* un número particular de electrones. La carga de un ion monoatómico es su número de oxidación.* Los electrones compartidos se le asignan al elemento más* electronegativo. Las reglas para la asignación de los números de asiganación: 1. El número de oxidación de un elemento libre es 0. 2. El número de oxidación de un ion monoatómico(Na+, Ca2+, Al3+, Cl−) es igual a la carga del ion. 3. El número de oxidación para cada átomo de hidrógeno, en la mayoría de los compuestos, es 1+. 4. El número de oxidación de cada átomo de oxígeno, en la mayoría de los compuestos, es 2−. 5. Las sumas de los números de oxidación de todos los átomos en un grupo debe ser igual a la carga de ese grupo. 6. Cuando están en compuestos, los elementos del grupo IA, IIA y el aluminio tienen números de oxidación positivos de 1+, 2+ y 3+, respectivamente. Una reacción en la que el número de oxidación de cualquier elemento* cambia en una reacción de oxidación−reducción(REDOX). El cambio en el número de oxidación puede ayudarnos a determinar:* el que una reacción sea REDOX, los agentes reductores y oxidantes de la

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reacción y los elementos que se oxidan o se reducen. Las reacciones REDOX se balancean por electrones, por carga total y* por átomos. H+ significa H3O+ en solución.* La química nuclear: radiactividad, reacciones decaimiento; ejercicios (pág. 576, Cap. 28) Radiactividad: es el fenómeno por el cual los núcleos atómicos* inestables se desintegran espontáneamente. También se dice que es el fenómeno de la emisión de una partícula debido a la desintegración nuclear. Las materiales radiactivos producen partículas y energía.* El decaimiento nuclear es espotáneo, no se puede controlar.* Las reacciones químicas ordinarias no producen tanta energía como* la que se produce en las reacciones nucleares. Fuerzas ordinarias no son lo suficientemente fuerte para mantener* un núcleo unido. Los nucleones(protones y neutrones) tienen una propiedad que* corresponde a la del espín del electrón. Los leptones(partículas elementales) y los hadrones(partículas* complejas) son dos clases de partículas subatómicas. Cada partícula tiene una antipartícula(partícula de imagen de* espejo.) Existen dos grupos de hadrones: mesones y bariones. Estos se* componen de partículas más pequeñas llamadas quarks. Hay 6 tipos de quarks: de arriba(up), de abajo(down),* complacido(charmed), extraño(strange), cumbre(top), y de fondo(bottom.) Los bariones se componen de tres quarks de colores diferentes.*

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Los mesones se componen de un quark y de un antiquark de colores* complementarios. los quarks y los hadrones se mantienen unidos por rl intercambio de* gluones y de piones, respectivamente. Aceleradores: utilizan campos magnéticos y ondas electromagnéticas* para acelerar las partículas cargadas. Los aceleradores lineales y sincrotones se utilizan para investigar la estructura nuclear. Los tres tipos de radiación natural son: las partículas alfa(42He;* el núcleo de helio), las partículas betas(0−1He; electrones) y los rayos gamma(Y; cuantos de energía). Una manera en que los núclidos radiactivos decaen es por la emisión* de positrón. La captura−K es el proceso por el cual el núcleo captura un* electrónde primer nivel energético fuera del núcleo. La radiación se mide en rad.* Un rad es equivalente a 10 microjulios de energía, por gramo de* tejido vivo. Un rem es es la cantidad de daño efectuado al tejido viviente por* un rad de rayos X. Los rayos gamma son los más penetrantes.* La radiación ambiental de fondo es como de 100−150(milirem)/año.* Cada núclido radiactivo emite una radiación características.* La vida media es el intervalo de tiempo requerido para que la mitad* de los átomos de una muestra radiactiva decaiga. Las cantidades determinadas experimentalmente, para las vidas* medias, están basadas en un gran número de átomos.

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La energía de enlace es la energía requerida para separar el núcleo* en sus partículas individuales. Mientras mayor es la energía de enlace, mayos es la estabilidad del* núcleo. Los núcleos estables tienden a tener un número par, tanto de* protones como de neutrones. La estabilidad de los núclidos depende de: la energía de enlace por* partícula, la razón neutrón a protón y un número par de protones y neutrones. Se puede lograr un aumento en la energía de enlace a través de* varios tipos de reacciones nucleares. 1. Emisión de partícula alfa. 2. Captura de electrón −K. 3. Emisión beta +. 4. Emisión beta −. 5. Emisión de neutrones. Una reacción de transmutación nuclear ocurre cuando se produce un* átomo con número atómico diferente. El número de masa y la carga elétrica se conservan en una reacción* nuclear. Para determinar la identidad de un elemento se utiliza la Tabla* Periódica. Los números atómicos de mayores de 92 de llaman los elementos* transuránicos. Se han producido otros elementos transuránicos por medio de* bombardeo de elementos.

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Los núclidos radiactivos se pueden uasr como rastreadores.* Por medio de un detector de radiación se pueden detectar los* núclidos radiactivos(rastreadores.) La fisión es el rompimiento de un núcleo pesado en dos parte* aproximadamente iguales. Las reacciones de fisión liberan grandes cantidades de energía.* El agua y el grafito son buenos moderadores y ocasionan que los* neutrones se deceleren mediante colisiones. Un reactor nuclear es un aparato para controlar la fisión nuclear.* En un reactor nuclear, la rapidez de la reacción se regula por* medio de barras de control. El recipiente de contención evita que el material radiactivo se* escape al ambiente y evita que el personal de la planta se exponga a la radiación que produce el reactor. El agua es el refrigerante que más se utiliza para prevenir que el* núcleo del reactor se sobrecaliente. En las reacciones de fusión, dos o más núcleos pequeños se combinan* para formar un núcleo más grande. Las reacciones de fusión liberan mucha más cantidad de energía, por* partículas, que las reacciones de fisión. Los isótopos de hidrógeno son: tritio(31H) y deuterio(21H).* Para que pueda ocurrir una reacción de fusión, la materia debe* estar en la forma de plasma(10^8 grados C). Las reacciones de fusión pueden contenerse en botellas* magnéticas.

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