INSTITUTO TECNOLGICO DE CIUDAD MADERO

ALUMNA: RANGEL CRUZ GERA

MATERIA: QUMICA

PROF.: GARCA CHVEZ LUIS JOS GERMN

INGENIERA INDUSTRIAL

2DO SEMESTRE N DE CONTROL: 14071164

QUMICA

Semestrario de qumica enero-junio 2015

Prof.: Garca Chvez Luis Jos Germn

Unidad 1Clasificacin de la materiaLa qumica se define como el estudio de la materia y los cambios que experimentan. La materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. La materia incluye todo lo que se puede ver y tocar (como el agua, la tierra y los arboles) y lo que no se puede ver ni tocar (como el aire). As pues, todo el universo tiene conexin qumica.Sustancias y mezclas.Una sustancia es una forma de materia que tiene composicin definida (constante) y propiedades distintivas. Son ejemplos de ellos el agua, amoniaco, azcar de mesa (sacarosa), oro y oxgeno. Las sustancias difieren entre s, por su composicin y se pueden identificar segn su aspecto, color, sabor y otras propiedades.

Una mezcla es una combinacin de dos o ms sustancias en las que estas se conservan sus propiedades distintivas, algunos ejemplos son familiares de ellos: el aire, los refrescos, la leche y el cemento. Las mezclas poseen composicin constante. Por lo tanto, las muestras de aire obtenidas en diferentes ciudades probablemente definirn en su composicin a causa de la diferencia de altitud, contaminacin atmosfrica, etc.

Las mezclas pueden ser Homogneas o Heterogneas. Cuando se disuelve una cucharada de azcar en agua, se obtiene una mezcla Homognea, en la que la composicin de la mezcla es uniforme. Sin embargo, al mezclar arena con viruta de hierro tanto como la otra se mantienen separadas, en tal caso, se habla de una mezcla Heterognea porque su composicin no es uniforme.

Cualquier mezcla sea homognea o heterognea se puede formar y luego separar por medios fsicos en sus componentes sin cambiar la identidad de los componentes. As pues el azcar se puede recuperar de una disolucin en agua al calentar esta ltima y evaporarla por completo. La condensacin de vapor permite recuperar el agua. En cuanto la separacin de la mezcla hierro-arena, es posible usar un imn para separar las virutas de hierro ya que el imn no atrae la arena misma. Despus de la separacin, los componentes de la mezcla tendrn la misma composicin y propiedades que al principio.

Elementos y compuestosLas sustancias pueden hacer elementos o compuestos. Un elemento es una sustancia que no puede separar tras ms sencillas por medios qumicos. Hasta la fecha has identificado 114 elementos la mayora de ellos se encuentran de manera natural en la tierra los otros se han obtenido por medios cientficos mediante procesos nucleares.

Por conveniencia como los qumicos usan smbolos de una o dos letras para representar los elementos. La primera letra del smbolo siempre es mayscula, no as la letra siguiente, por ejemplo: Co es el smbolo del elemento cobalto en tanto que Co es la frmula de la molcula monxido de carbono. En la tabla No. 1 se muestran los nombres y smbolos de algunos de los elementos ms comunes, los smbolos de algunos elementos se derivan de su nombre en latn, por ejemplo, Au es Aurum, (oro), Fe es Ferrum (hierro) y Na es Natrium (sodio), en cambio, en muchos otros casos guardan correspondientes con su nombre en ingls.

TABLA No. 1 ALGUNOS ELEMENTOS COMUNES Y SMBOLOS

NOMBRESMBOLONOMBRESMBOLONOMBRE SMBOLO

AluminioAlCromoCrOroAu

ArsnicoAsEstaoSnOxigenoO

AzufreSFlorFPlataAg

BarioBaFosforoPPlatinoPt

BismutoBiHidrogenoHPlomoPb

BromoBrHierroFePotasioK

CalcioCaMagnesioMgSilicioSi

CarbonoCManganesoMnSodioNa

CloroClMercurioHgTungstenoW

CobaltoCoNquelNiYodoI

CobreCoNitrgenoNZincZn

Los tomos de muchos elementos pueden interactuar entre s para formar compuestos por ejemplo: la combustin del hidrogeno gaseoso con el oxgeno gaseoso forman agua, cuyas propiedades difieren claramente de las correspondientes a los elementos que la forman.El agua consiste en dos partes de hidrogeno por una de oxgeno, esta composicin no se modifica, sin importar que el agua provenga de un grifo en estados unidos, de un lago en Mongolia o de las capas de hielo de los Polos. As pues, el agua es un compuesto, sea una sustancia formada por tomos de dos o ms elementos unidos qumicamente en proporciones fijas a diferencia de las mezclas, los compuestos solo se pueden separar en componentes puros por medios.

Las relaciones entre los elementos, compuestos y otras categoras de materia se resumen en la figura 1.

Materia

Mezclas Sustancias por Sustancias puras metodos fijos

Mezclas Mezclas Homogeneas Heterogeneas Compuestos Elementos

Sepacion por metodos quimicos

FIGURA 1.- CLASIFICACIN DE LA MATERIA.

LOS TRES ESTADOS DE LA MATERIAAl menos en principio, las sustancias pueden existir en tres estados: solido, lquido y gaseoso. Como se muestra en la figura no. 2, los gases difieren de los lquidos y los slidos en la distancia que media entre las molculas. El slido, las molculas se mantienen juntas de manera ordenada estn cercas unas de otras, sin que se mantengan en una posicin rgida, por lo que pueden moverse. En un gas, las molculas estn separadas entre s por distancias grandes en comparacin con el tamao de las molculas mismas.

Figura No. 2. Representacin microscpica de un slido, un lquido y un gas.

Son posibles las conversiones entre los tres estados de la materia sin que cambie la composicin de la sustancia. Al calentar un slido (por ejemplo hielo) se funde y se transforma en liquido (agua). (La temperatura en que ocurre esa transicin se denomina punto de fusin). Su calentamiento adicional convierte al liquido en gas (esta conversin sobreviene en el punto de ebullicin del liquido).Por otra parte, el enfriamiento de un gas hace que se condense en forma lquida. Al enfriar adicionalmente este lquido se congela a su forma slida.

Propiedades fsicas y qumicas de la materia

Se identifica a las sustancias por sus propiedades y su composicin. El color, punto de fusin y punto de ebullicin, son propiedades fsicas. Una propiedad fsica se puede medir y observar sin que se modifique la composicin o identidad de la sustancia. Por ejemplo; es posible medir el punto de fusin del hielo al calentar un bloque de hielo y registrar la temperatura en la que se convierte en agua. El agua difiere del hielo solo en su aspecto, no en su composicin, de modo que se trata de un cambio fsico, es posible congelar para obtener de nuevo hielo. De tal suerte el punto de fusin de una sustancia es una propiedad fsica. De manera similar, cuando se afirma que el helio gaseoso es ms ligero que el aire se hace referencia a una propiedad fsica.

Por otra parte, la aceleracin: hidrogeno se quem en presencia de oxgeno para formar agua. Describe una propiedad qumica del hidrogeno, ya que a fin de observar esta propiedad debe ocurrir un cambio qumico, en este caso, la combustin. Despus del cambio desaparece la sustancia qumica original, el hidrogeno, y solo queda otra sustancia qumica distinta, el agua. Es imposible recuperar el hidrogeno a partir del agua mediante cambio fsico como la ebullicin o congelacin.

Cada vez que se cuece un huevo, ocurre un cambio fsico. Cuando se somete a temperatura cercana a 100 C, la yema experimenta cambios que no solo modifican su aspecto fsico, sino tambin su composicin qumica. Despus, al comerse, el huevo se modifica de nuevo, por efecto de sustancias de cuerpo humano llamadas encimas. Esta accin digestiva es otro ejemplo de un cambio qumico. Lo que ocurre durante la digestin depende de las propiedades qumicas de la encimas y los alimentos.

Todas las propiedades mesurables de la materia corresponden a una de dos categoras adicionales: propiedades extensivas y propiedades intensivas. El valor de una propiedad extensiva depende de la cantidad de la cantidad de materia que se considere. La masa, que es la cantidad de materia en una muestra dada de una sustancia, es una propiedad extensiva. Ms materia significa ms masa. Los valores de una propiedad extensiva pueden sumarse. Por ejemplo, dos monedas de cobre tienen la misma masa combinada que la suma de las masas de cada moneda, en tanto, que la longitud de dos canchas de tenis es la suma de las longitudes de ambas canchas. El volumen que se define como la longitud elevada al cubo, es otra propiedad extensiva. El valor de una cantidad extensiva depende de la cantidad de materia.

El valor medido de una propiedad intensiva no depende de cuanta materia se considere. La densidad, que se define como la masa de un objeto dividida entre su volumen, es una propiedad intensiva. Tambin lo es la temperatura suponga que se tienen dos matraces llenos de agua, que estn a la misma temperatura. Suponga que se tiene dos matraces llenos de agua que est a la misma temperatura. Si se combina para tener un solo volumen de agua en un matraz ms grande la temperatura de este mayor volumen de agua sea la misma que en los dos matraces separados a diferencia de la masa, longitud y volumen, la temperatura y otras propiedades intensivas no son auditivas

Periodicidad qumica Los seres humanos siempre hemos estado tentados a encontrar una explicacin a la complejidad de la materia que nos rodea. Al principio se pensaba que los elementos de toda la materia se resuma al agua, tierra, fuego y aire. Sin embargo al cabo del tiempo y gracias a las mejores tcnicas de experimentacin fsica y qumica, nos dimos cuenta de que la materia en realidad es ms compleja de lo que parece. Los qumicos del siglo XIX encontraron dese entonces la necesidad de ordenar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la ms natural, fue la de clasificarlos por masas atmicas, pero en esta clasificacin no se reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos. Muchas ms clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tabla peridica que es utilizada hoy en nuestros das.

Cronologa de las diferentes clasificaciones de los elementos qumicosDbereiner este qumico alcanzo a elaborar un informe que mostraba una narracin entre la masa atmica de ciertos elementos y sus propiedades en 1817. El destaca la existencia de similitudes entre elementos agrupados en tros en el que denominaba tradas. La trada del cloro, del cromo y del yodo es un ejemplo. Pone en evidencia que la masa de uno de los tres elementos de la trada es intermedia entre la que los otros dos. En 1850 pudimos contar con 20 tradas para llegar en una primera clasificacin coherente.

Chancourtois y Newlands en 1862 Chancourtois, bilogo francs, pone en evidencia una cierta periocidad entre los elementos de la tabla. En 1864 Chancourtois y Newlands anuncian la ley de las octavas. Las propiedades se repiten cada 8 elementos. Pero esta ley no puede aplicarse a elementos ms all del calcio. Esta clasificacin en insuficiente, pero la tabla peridica comienza a hacer diseado.

En 1869, Meyer, qumico alemn pone en evidencia una cierta periodicidad en el volumen atmico. Los elementos similares tienen su volumen atmico similar en relacin con los otros elementos. Los metales alcalinos tienen por ejemplo un volumen atmico importante.

En 1869 Mendeleev, qumico ruso, representa una primera versin de la tabla peridica. Esta tabla fue la primera versin coherente de las semejanzas de los elementos. El se dio cuenta de la clasificacin de los elementos segn sus masas atmicas, seria aparecer una periodicidad en lo que concierne a ciertas propiedades de los elementos. La primera tabla contena 63 elementos.

Esta tabla fue diseada de manera que hicieran aparecer la periodicidad de los elementos. De esta manera los elementos son clasificados verticalmente. Las agrupaciones horizontales se suceden representado los elementos de la misma familia.

Para responder la ley que l crea cierta, tuvo que dejar pasar ciertos huecos vacos. El estaba convencido de que un da esos lugares vacos correspondan a las masas atmicas 45, 68, 70 y 180. No lo estaran ms y los descubrimientos fueron confirmando esta conviccin. l consigui, adems prever las propiedades qumicas de estos tres elementos que faltaban a partir de las propiedades de los 4 elementos vecinos entre 1875 y 1886, estos tres elementos: Galio, Escandio y Germanio, fueron descubiertos y ellos posean las propiedades predecidas. Sin embargo aunque la clasificacin de Mendeleev marca un claro progreso contiene ciertas anomalas debidas a errores de determinacin de masa atmica.

Tabla peridica modernaLa tabla de Mendeleev condujo a la tabla peridica actualmente actualizada.

Un grupo de la tabla peridica es una columna vertebral de la tabla. Hay 18 grupos en la tabla estndar. El hecho de que la mayora de estos grupos correspondan directamente a una serie qumica no es fruto del azar. La tabla ha sido creada para organizar las series qumicas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribucin de los elementos en la tabla peridica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuracin electrnica, en su capa ms externa. El comportamiento qumico, esta principalmente dictado por las interacciones de estos electrones de la ltima capa, de aqu el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan similares propiedades fsicas y qumicas.

La tabla peridica esta ordenada en periodos o familias, en ellos se ordena los 118 elementos conocidos en la actualidad.

GRUPOS O FAMILIAS los grupos se representan con las letras A y B siendo el grupo A el de los llamados representativos y el grupo B el de los elementos metlicos de transicin.

GRUPO IA: LLAMADO DE LOS METALES ALCALINOS. Son elementos de color blanco como la plata, blando y ligero, se funden a bajas temperaturas, ocasionan quemaduras al tocarlos y reaccionan con el aire, adems no se encuentran libres en la naturaleza. Se llaman alcalinos por su reaccin con el agua formando bases. Presentan un electrn en su ltimo nivel de energa.

GRUPO IIA: LLAMADOS METALES ALCALINOS TRREOS Encuentran en la composicin de las rocas corrientes, todos sus isotopos son reductivos. Todos se pueden separar por electrolisis de sus sales fundidas. El berilio es utilizado en la fabricacin de transmisiones, muelles y otras partes de maquinaria.

GRUPO III y IV A: GRUPOS DEL BORO Y CARBONO Poseen elementos metlicos y no metlicos. Representan 3 y 4 electrones en sus tres ltimos nivel de energa El boro es considerado elemento puente.

GRUPO V y VI A: Elementos slidos y gaseosos existen en la naturaleza en ms de una forma (alotropa) Presentan 5 y 6 electrones en su ltimo nivel de energa.

GRUPO VII A: HALGENOS El hidrogeno es el nico de los elementos, su ncleo consiste de un patrn alrededor del cual gira un electrn, se le agrupa con los metales alquinos por su nmero atmico. Adems es un gas activo. Tiene 7 electrones en su ltimo nivel de energa, el termino hidrogeno significa que produce sales.

GRUPO VIII A o GRUPO CERO, GASES NOBLES O INERTES. Son constituyentes de la atmosfera en menos de 1% Su configuracin electrnica est totalmente saturada No cede ni absorbe electrones, debido a esta caracterstica.

SERIE LANTANO (tierras raras) Son metales blandos y maleables, no son escasos Tienen 2 electrones externos y 8 o 9 en la segunda capa interna Difieren por los electrones en la tercera capa inversa.

SERIO ACTINIO Comprende tomos ms pesados de todos elementos. Elementos artificiales o sintticos en su mayora

Periodos: son siete, estn representados horizontalmente, describen periodicidad, del nmero atmico de los elementos. Para describir los periodos Henry Moseley se bas en el aspecto de emisin que producen los elementos al aadir una fuente luminosa sobre ellos, a travs de esto Moseley dice que las propiedades de los elementos son una funcin peridica vs nmeros atmicos.

Unidad 2Smbolos del punto de LewisEl desarrollo de la tabla peridica y el concepto de configuracin electrnica dieron a los qumicos fundamentos para extender como se forman las molculas y los compuestos la explicacin propuesta de Gilbert Lewis en la que los tomos se combinan para hacer una configuracin electrnica ms estable. La estabilidad mxima se logra cuando un tomo es isoelectrnico con un gas noble.

H=1H=1sspdf1 electron O=8O=1s2s2ps=21 protn + = -2 p=61 neutrn d=10H2Of=14Ne= 10

1s22s22p6 [Ne]ISOELECTRNICOCuando los tomos interactan para formar un enlace qumico, solo entran en contacto sus regiones ms externas por esta razn, cuando se estudia los enlaces qumicos se consideran sobre todo los electrones de valencia. Para conocer los electrones de valencia debe asegurarse de que el nmero total de electrones en una reaccin qumica, los qumicos utilizan el sistema de puntos desarrollado por Lewis. Un smbolo de puntos de Lewis consta del smbolo de elementos y un punto por cada electrn de valencia de un tomo del elemento, en la figura no. 1 indica que los smbolos de puntos de Lewis para los elementos representativos y los gases nobles, obsrvese que, con excepcin del helio, el numero de electrones de valencia de cada tomo es igual al nmero del grupo del elemento. Por ejemplo, el Li (litio) es un elemento del Grupo IA y tiene un punto para un electrn de valencia, por ejemplo el berilio es un elemento del grupo IIA y tiene 2 electrones de valencia (2 puntos), y as sucesivamente los elementos de un mismo grupo poseen configuraciones electrnicas externas similares y, en consecuencia, tambin se asemejan los smbolos de puntos de Lewis. Los metales de transicin, lantano y actinio tienen capas completas y en general no es posible escribir smbolos de puntos de Lewis en ellos.

Figura No. 1- Smbolos de los puntos de Lewis para los elementos representativos y los gases nobles. El nmero de puntos no apareados corresponden al nmero de enlaces de un tomo del elemento puede formar un compuesto.

Enlace inicoLos elementos con bajas energas de ionizacin tienden a formar cationes, en cambio, los que tienen alta conductividad electrnica tienen a formar aniones. Los metales alcalinos trreos tienen ms probabilidad de formar cationes en los propuestos inicos, y los ms aptos para formar aniones son los algenos y el oxigeno. En consecuencia la composicin de una gran variedad de compuestos inicos resulta de la combinacin de un metal del grupo IA o IIA y un algeno u oxigeno. La fuerza electroesttica que une a los iones en un compuesto inico se denomina enlace inico. Por ejemplo, la reaccin entre el Litio y Flor produce fluoruro de litio, un polvo blanco venenoso que se usa para disminuir el punto de fusin de la soldadura y en la fabricacin de cermica.La configuracin electrnica del litio y la del fluor es . Cuando estos atomos entran en contacto, el electron de valencia de Litio se transfiere al atomo fluor. Al usar los smbolos de puntos de Lewis la reaccin se representa como:

Por conveniencia, imagine que esta reaccin sucede en dos pasos. Primero se ioniza el litio y queda de esta forma:

Y enseguida el fluor acepta un electron

Luego suponga que los dos iones separados se enlasan para formar la unidad de Fluor y Litio: Li F

Observe que la suma de estas tres reacciones es:

La cual es la misma ecuacin 1. El enlace inico en el fluoruro de litio es la atraccin electroesttica entre el ion Litio con carga positiva y el ion flor con carga negativa. A su vez, el compuesto elctricamente neutro.

Numerosas reacciones comunes llevan a la formacin de enlaces inicos. Por ejemplo, la combustin del calcio en oxigeno produce oxido de calcio.

Suponga que la molecula atomica de oxigeno o suddos que separan primero en atomos de oxigeno, entonces se puede representar la reaccion con los simbolos de Lewis.

Hay una transferencia de dos electrones del tomo de calcio al tomo de oxigeno. Avienta que el ion Calcio (sea 2+) tiene la configuracin electrnica del Argn, el ion oxido (O-) es isoelectrnico con el Nen y el compuesto (CaO) es elctricamente neutro.

En muchos casos, el catin y el anin de un compuesto no llevan a la misma carga. Por ejemplo, cuando el Litio se quema en aire y forma el oxido de litio la ecuacin balanceada de la reaccin es:

Al usar los simbolos de puntos de Lewis se escribiria asi:

En este proceso, el tomo de oxigeno recibe dos electrones (uno de cada tomo de Litio) para tomar el ion oxido y ion Litio es isoelectrnico con el helio.Cuando el Magnesio reacciona con el nitrgeno a temperatura elevada de forma de Nitruro de Magnesio , un compuesto solido blanco:

3Mg(s) + N2(g) Mg3N2(s) (o )

Ejemplo: utilize los simbolos de Lewis para emplificar la formacion del oxido de Aluminio .

Estrategias: la rela de la electroneutralidad se emplea como guia para escribir las formulas de los compuestos ionicos, es decir las cargas positivas de tales en los cationes deben ser iguales a las cargas negativas totales de los aniones.

Soluciones: de acuerdo a la figura 1, los simbolos de puntos de Lewis para el AL y O son:

Debido a que el Aluminio tiende a formar el cation (y el oxigeno del anion en el compuesto ionico, la transferencia de electrones es de Al al O, cada atomo de Al tiene 3 electrones de valencia y cada atomo O necesita doselectrones para formar el ion el cual es isoelectronico con el Neon, asi la razon de neutralizacin ms simple entre en 2, 2 iones de tienen una carga total de +6 y 3 iones de suman una carga total de -6, por lo tanto la formula empirica de oxido de aluminio es y la reaccin es:

Enlace Covalente

Aunque el concepto de molculas se remonta al siglo XVII, no fue sino a principios del siglo XV que los qumicos empezaron a comprender como por que se forman las molculas. El primer avance importante que en este sentido surgi con la proposicin de J. Lewis de que la formacin de un enlace qumico implica que los tomos compartan electrones. Lewis descubri la formacin de un enlace qumico en el Hidrogeno como:

este tipo de apareamiento de electrones es un ejemplo de enlace covalente. Un enlace en el que dos electrones son compartidos por dos atomos. Los compuestos covalentes son aquellos que solo contienen enlaces covalentes. Para simplificar, el par de electrones compartidos se representan a menudo como una sola lnea. As el enlace covalente de la molcula de hidrogeno se escribe como: H-H y esa lnea representa elementos compartidos. El enlace covalente, cada electrn del par compartido es atrado por los ncleos de ambos tomos. Esta atraccin mantiene unidos a los dos tomos en la molcula y es responsable de la formacin de enlaces covalentes con otras molculas.

En los enlaces covalentes entre los tomos poli elctricos solo participan los electrones de valencia. Considere por ejemplo la molcula del Flor, . La configuracin electrnica del Fluor es . Los electrones 1s son de baja energa y pasan la mayor parte del tiempo cerca del nucleo por lo que no participan en la formacin del enlace. En consecuencia, cada tomo del Flor tiene 7 electrones de valencia (los electrones 2s, 2p). De acuerdo con la figura no. 1. Solo hay un electrn no apareado en el Flor, de modo que la formacin de la molcula de F2 se representa como sigue:

Observe que para formar solo participan dos electrones de valencia. Los dems electrones no enlasantes, se llaman pares libres, es decir, pues pares de electrones de valencia que no participan en la formacin del enlace covalente. Cada tomo de Flor tiene 3 pares libres de electrones:

Pares libres: Pares libres

La estructura con las que se representan los compuestos covalentes, como el , se reconocen como estructura de Lewis. Una estructura de Lewis es una representacin de un enlace covalente, donde el par de electrones compartidos se indican con lneas o como pares de puntos en los tomos individuales. En una estructura de Lewis solo muestran los electrones de valencia.

Considere la estructura de Lewis para la molcula de agua. La fig. N1 seala el smbolo de puntos de Lewis para el oxgeno con dos puntos no apareados o dos electrones no apareados, por lo que se espera que el oxgeno pueda formar dos enlaces covalentes, como el Hidrogeno tiene un solo electrn solo puede formar un enlace covalente. De modo que la estructura de Lewis para el agua es:

En este caso, el tomo de oxgeno tiene dos pares libres en tanto que el tomo de Hidrogeno carece de pares libres porque uso su nico electrn para formar un enlace covalente.Los tomos de Flor y Oxgeno adquieren la configuracin de gas noble en las molculas de F2 y H2O al compartir los electrones.

8e- 8e-2e- 8e- 2e-

La formacin de esas molculas ilustran la regla de octeto, propuesta por Lewis: un tomo diferente del Hidrogeno tiende a formar enlaces hasta que se rodean de ocho electrones de valencia es decir, se forma un enlace covalente. Cuando no hay suficientes electrones para cada tomo individual que completa su octeto. Para el Hidrogeno el requisito es que se obtenga la configuracin electrnica del helio o un total de dos electrones.La regla del octeto funciona principalmente para los elementos del segundo periodo de la tabla peridica estos elementos solo tienen sus niveles 2s y 2p, en los que puede haber un total de ocho electrones. Cuando un tomo de uno de estos elementos forma un compuesto covalente, obtienen la configuracin del gas noble (rectangular Ne) compartiendo electrones con otros tomos del mismo compuesto.Los tomos pueden formar distintos tipos de enlaces covalentes. En un enlace sencillo, dos tomos se unen por medio de un par de electrones. En muchos compuestos se forman enlaces mltiples es decir, cuando dos tomos comparten 2 o ms pares de electrones. Si dos tomos comparten dos pares de electrones, el enlace covalente se denomina enlaces doble. Estos enlaces se encuentran en molculas como dixido de carbono (CO2) y etileno (C2H4)

Un enlace triple surge cuando dos tomos comparten tres pares de electrones como el Nitrgeno (N2).

La molcula del Acetileno tambin tiene un triple enlace en este caso entre dos tomos de carbono.

Advierta que el Etileno y el Acetileno todos los electrones de valencia son enlazantes: no hay pares libres en los tomos de carbono de hecho a excepcin del monxido de carbono las molculas estables de Carbono no tienen pares libres en estos tomos. Enlace metlicoEn un enlace metlico es un enlace qumico que mantiene unido a los tomos (unin entre grupos atmicos y los electrnicos de valencia que se agrupan alrededor de estos como una nube), de los metales entre s.Estos tomos se agrupan de forma muy cercana de unos a otros, lo que produce estructuras muy compuestas. Se trata de redes tridimensionales que adquieren la estructura tpica de empaquetamiento compacto de esferas. Este tipo de estructura cada tomo metlico est rodeado por otros 12 tomos 16 en el mismo plano, 3 por encima y 3 por debajo.

Adems, debido a la baja electronegatividad que poseen los metales, los electrones de valencia son extrados de sus orbitales y tienen la capacidad de moverse libremente atreves del compuesto metlico, lo que otorga a estas propiedades elctricas y trmicas. Este enlace puede presentarse en sustitucin de estado slido.Caractersticas de los metales:

Las caractersticas bsicas de los elementos metlicos son producidas por la naturaleza del enlace metlico ente ellos:

1.-Suelen ser slidos a temperatura ambiente excepto el mercurio y sus puntos de fusin y ebullicin varan notablemente.

2.-La conductividades trmicas y elctricas son muy elevadas (esto se explica por la enorme movilidad de sus electrones de valencia menor).

3.-Presentan brillo metlico, por lo que son menos electronegativos.

4.-Son butiles y maleables (la enorme movilidad de los electrones de valencia hace que los cationes metlicos puedan moverse sin producir una situacin distinta, es decir, una rotura).

5.-Puede emitir electrones cuando recibe energa en forma de calor.

6.-Tiende a perder electrones de sus ltimas capas cuando recibe cuantos de luz (fotones), fenmeno conocido como fenmeno fotonetico.

El enlace metlico es caracterstico de los elementos metlicos es un enlace fuerte primario que se forma entre los elementos de la misma especie los tomos al estar tan cercanos unos de otros , interactan los ncleos con sus nubes electrnicas que quedara rodeados de tales nubes estos electrones libres son los responsables que los metales presenten una elevada conductividad elctrica elctrica y trmica, ya que estos se pueden mover con facilidad si se ponen en contacto con una fuente elctrica.

Presentan brillo y son maleables, los elementos con un enlace metlico estn compartiendo un gran nmero de electrones de valencia formando un mar de electrones rodeando un enrejado de cationes los metales tienen puntos de fusin ms altos por lo que se deduce que hay en laces mas fuertes entre los distintos tomos la vinculacin metlica es no polar apenas hay (para los metales puros) con muy poca (para las aleaciones)

Diferencia de electronegatividad entre los tomos que participan en la interaccin de la vinculacin, los electrones implicados en lo que es la interaccin a travez de la estructura cristalina del metal. El enlace metlico Explica muchas cosas como fuerza, maleabilidad, ductibilidad, conduccin de calor y de la electricidad y de la ilustre.

La vinculacin mecnica es la atraccin electroesttica entre los tomos de metal o los iones y electrones des localizados esta es la razn por la cual se explican un deslizamiento de capas dando por resultado su caracterstica maleabilidad y ductibilidad los tomos vecinos, y tiene electrones para formar los iones en lugar los niveles de energa externos de los tomos de metal se traslapan son como enlaces covalentes identificados.

Elementos Semiconductores Un semiconductor, es una sustancia que se comporta como conductor o aislante dependiendo de la temperatura del ambiente en que se encuentre, los elementos qumicos semiconductores de la tabla peridica son:

ELEMENTOGRUPOELECTRONES DE LA ULTIMA CAPA

CdIIB2

Al, Ga, B, InIIIA3

Si, C, GeIVA4

P, As, SbVA5

Se, Te, (s)VIA6

El elemento semiconductor ms usado es el silicio, aunque identifica comportamiento presentan las combinaciones de los elementos de los grupos II y III como de los grupos V y VI respectivamente.(As, Ga, P, In, Ga, Al, Te, Cd, Se, Cd y Sc) posteriormente se han comenzado a emplear tambin el azufre. La caracterstica comn de todos ellos es que son tetravalentes, teniendo el silicio una configuracin electrnica

Tipos de Semiconductores, conductores intrnsecos

En un cristal de silicio que forma una estructura tetradrica similar a la del carbono mediante enlaces covalentes entre sus tomos, en la figura representada en un plano de simplicidad cuando el cristal se encuentra a temperatura ambiente, algunos electrones pueden observar la energa necesaria, saltar a la banda de conduccin dejando el correspondiente hueco en la barra de valencia. Las energas requeridas a temperatura ambiente son: de 12 y 0.67 para el silicio y germanio respectivamente.

+ -

Obviamente el proceso inverso tambin se produce de modo que los electrones pueden caer desde el estado energtico correspondiente a la banda de conduccin, a un hueco en la banda de valencia liberando energa, a este fenmeno se le denomina recombinacin sucede que a una determinada temperatura las velocidades de creacin de pares y la recombinacin se iguala, de modo que la concentracin de huecos (cargas positivas), se cumple siendo ni la concentracin intrnseca de semiconductor, funcin exclusiva de la temperatura, si se somete el cristal a una diferencia de tensin, se produce dos corrientes elctricas, por un lado de ida al movimiento de los electrones libres a la manga de conduccin; por otro lado, la debida al desplazamiento de los electrones en la banda de valencia que tendr que saltar a los huecos prximos (2), asignado una corriente de huecos con 4 capas ideales y en la direccin contraria del campo elctrico cuya velocidad y magnitud es muy inferior a la banda de conduccin.

Semiconductor Extrnseco

Si a un semiconductor extrnseco, se le aade un pequeo porcentaje de impurezas, es decir elementos trivalentes un pentavalente, el semiconductor se denomina extrnseco, y se dice que est adaptado. Evidentemente, las impurezas debern formar parte de la estructura cristalina sustituyendo al correspondiente tomo de silicio.

Fuerzas intermoleculares y propiedades fsicas

Las Fuerza de atraccin repulsin entre las molculas. El comportamiento molecular depende de gran medida del equilibrio (o falta de l), el fenmeno de las fuerzas de corto alcance o repulsivas es ms compleja y aun no se conoce por completo, pero se observa normalmente entre las molculas que no interaccionan qumicamente. Estas fuerzas empiezan a ser importantes cuando las nubes electrnicas se sobre ponen (solapan) y la energa correspondiente se denomina energa de intercambio de energa es la responsable de la rigidez mecnica o impermeabilidad de las molculas y los lmites de compresibilidad de la materia. Las fuerzas de intercambio pueden ser tambin de atraccin como la de los tomos que reaccionan qumicamente entre s. Estas fuerzas de atraccin se llaman fuerzas de valencia y desempean un papel muy importante en el campo de la qumica.

Fuerza Dipolo-Dipolo

Las fuerzas dipolo dipolo existen en las molculas neutrales, las molculas pobres neutras las molculas polares se atraen unas a otras cuando el extremo de una molcula est cerca del extremo negativo de otra fuerza es dbil y para ser efectiva deben estar las molculas polares muy prximas (las molculas polares deben estar cerca unas de otras para que la fuerza atractiva de la interaccin sea significativa).Ocurre cuando los tomos de una molcula tienen diferencias de x se polarizan, produciendo un dipolo. Cuando dos dipolos, se avecinan, se atraen, dando como resultado un enlace.Si los tomos muy electronegativos se encuentran unidos directamente aun hidrogeno tambin se forma un dipolo. Estas interacciones se presentan entre las molculas neutras polares.

Puente de Hidrogeno

El puente de hidrogeno ocurre cuando un tomo de hidrogeno es enlazado a un tomo fuertemente electronegativo como el nitrgeno, el oxgeno o el flor, el tomo de hidrogeno posee una carga positiva parcial y puede interactuar con otros tomos electronegativos en otra molcula (nuevamente con el nitrgeno y oxigeno) as mismo, se produce un cierto solapamiento entre el hidrogeno y el tomo con que se enlaza (nitrgeno, oxigeno, flor), dando que el tamao de cualquiera de estas especies, siendo por lo tanto mayor es solapamiento cuando menor sea el tamao del tomo con el que interacciona el hidrogeno.Por otra parte cuando mayor sea la diferencia de electronegatividad entre el hidrogeno y el tomo interactuarte, ms fuerte ser el enlace, fruto de estos presupuestos obtenemos un orden creciente de intensidad del enlace de hidrogeno: el formado con el flor ser de mayor intensidad que el formado con el oxgeno, y este a su vez ser ms intenso que el formado con el nitrgeno. Estos fenmenos resultan en una interaccin estabilizante que mantiene ambas molculas unidas por ejemplo claro del puente del hidrogeno es el agua.Los enlaces de hidrogeno se encuentran en toda naturaleza, proveen al agua de sus propiedades particulares, las cuales permiten el desarrollo de la vida en la tierra, los enlaces del hidrogeno proveen tambin la fuerza hipermolecular que mantiene unidas a ambas hebras en una molcula de ADN.

Interacciones Dipolo-Dipolo

Las interacciones dipolo- dipolo, tambin conocidas como Keeson, por Willem Hendrik, quien tradujo su primera descripcin matemtica en 1921, son las fuerzas que ocurren entre dos molculas con dipolos permanentes. Estas funcionan de forma similar a las interacciones inicas, pero son muy dbiles debido a que poseen solamente cargos parciales, un ejemplo de esto puede ser visto en el cido clorhdrico.

Estructura de los materialesSlido cristalino: Se puede decir que un slido cristalino lo podra ser el hielo; ya que este posee un ordenamiento estricto y regular, es decir, que sus tomos; molculas o iones ocupan posiciones especficas, estos slidos suelen tener superficies planas o caras que forman ngulos definidos entre s, los slidos cristalinos adoptan diferentes formas y colores.

Slido amorfo:Este slido carece de un ordenamiento bien definido y de un orden molecular definido, algunos de estos slidos son mezclas de molculas que no se apilan, es decir que no pueden ir unos arribas de otros. Algn ejemplo de este tipo de slidos son el hule y el vidrio.

Celda unitaria:Es la unidad estructural que se repite en un slido, cada slido cristalino se representa con cada uno de los siete tipos de celdas unitarias, existen y cualquiera que se repite en el espacio tridimensional forma una estructura dividida en pequeos cuadros. A un modelo simtrico que es tridimensional de varios puntos que define un cristal se le conoce como una red cristalina.

Empaquetamiento de esferas

Los requerimientos geomtricos generales para que se forme un cristal se entienden si se analizan las distintas formas que se pueden empacar varias esferas idnticas, la manera en que las esferas se acomodan es capaz de determinar el tipo de cada unitaria final.La estructura tridimensional se genera al colocar una capa encima y otra debajo de esta capa, de tal manera que las esferas de una capa cubren totalmente las esferas de la capa inferior.

Empaquetamiento compacto de esferas:Las estructuras que los slidos cristalinos adoptan son aquellas que permiten que el contacto ms ntimo entre las partculas, al fin de maximizar las fuerzas de atraccin entre ellas, cada esfera est rodeada por otras seis capas.El modelo de empaquetamiento compacto de esferas trabaja con capas compactas de esferas dispuestas unas sobre otras, este modelo es muy til y eficaz para sintetizar y clasificar las estructuras ms corrientes usuales de los slidos inicos.En ambos tipos de empaquetamiento cada esfera posee un nmero de coordinacin igual a 12. En ambos tipos de empaquetamiento existen dos tipos de hueco, octadrico (espacio vaco que queda entre 6 tomos) y tetradrico (espacio vaco que queda entre 4 tomos). Por cada nmero de tomos de una estructura de empaquetamiento compacto existe n- huecos octadricos y 2n tetradricos.

Diferencias estructurales y comportamiento de los slidos cristalinos y materiales vtreos

Cuando las molculas que componen un slido estn acomodadas regularmente decimos que la forma un cristal, y al slido correspondiente le llamamos slido cristalino o fase cristalina, existen muchos ejemplos de slidos cristalinos como por ejemplo: la sal de mesa (cloruro de sodio y su forma qumica es NaCl) y el azcar (sacarosa, ).Los slidos como cristalinos porque las partculas macroscpicas que las formas (los cristales) tienen formas regulares; si examinamos cristales de cloruro de sodio bajo un lente de aumento creemos que los cristales tienen forma de pequeos cubos.El vtreo es una substancia amorfa porque no es ni un slido ni un lquido, si no que se haya en un estado vtreo en el que las unidades moleculares, aunque estas dispuestas de forma desordenada, tienes suficiente conexin para presentar rigidez mecnica.

Unidad 3

Reacciones Qumicas y Ecuaciones Qumicas

Reaccin qumica: es un proceso en el que una sustancia (o sustancias) cambian para formar una o ms substancias nuevas. Con objeto de comunicarse entre s con respecto a las reacciones qumicas los qumicos han desarrollado una forma estndar para representarlas por medio de ecuaciones qumicas.Una ecuacin qumica: utilizan smbolos qumicos para mostrar que suceden durante una reaccin qumica. En esta seccin se estudiara como escribir y balancear las ecuaciones qumicas.

Escritura de las Ecuaciones QumicasConsidere lo que sucede cuando el hidrogeno gaseoso (se quema en presencia de aire (que constituye oxigeno ) para formar () esta reaccin se representa mediante la ecuacin qumica

------------ (1)

Donde el signo (+) significa reaccionan con y las flechas significa produce. As como estn expresin simblica se lee El hidrogeno molculas reacciona con el oxigeno molecular para producir agua se supone que la reaccin sigue la direccin de izquierda a derecha como lo indica la flecha.

Sin embargo en la Ecuacion1 no est completamente ya que del lado izquierda de la flecha hay el doble de tomos de oxigeno (2) que los que hay en el lado derecho (1). Para estar de acuerdo con la ley de la conservacin de la masa debe haber tantos tomos al finalizar la reaccin como los que haban antes de que se iniciara se pueden balancear la Ecuacion.1 colocando el coeficiente adecuado (en este caso 2) antes del y de ;

2 + 2

Esta ecuacin esta balanceada muestra que 2 molculas de oxigeno para formar una molculas de agua. Debido a que la reaccin del nmero de molculas es igual a la reaccin el numero de moles la ecuacin tambin puede leerse como 2 moles de molculas de hidrogeno reaccionan con un mol de molculas de agua. Se conoce la masa de un mol de cada substancia por lo que la ecuacin se puede representar como: 4.04 gr de hidrogeno, reacciona con 32.00 gr de para formar 36.04 de estas tres maneras de leer la ecuacin se resumen en la tabla 1

Tabla No. 1 2 + O2 Dos molculas + una molcula dos molculas 2 moles + 1 mol dos moles 2 (2.02g)=4.04g + 32.00g 2(18.02)=36.04g

36.04g de Reactivo 36.04 de ProductoEn la ecuacin 1 se hace referencia al y al como reactivos, que son las substancias iniciales en una reaccin qumica. El agua es el producto, es decir, la substancia formada como resultado de una ecuacin quimia es entonces, la descripcin observada que un qumico hace de una reaccin qumica. Una ecuacin qumica es entonces, la descripcin abreviada que un qumico hace de una reaccin qumica con convencin, en una ecuacin qumica los reactivos se escriben ala izquierda y los productos a la derecha.

Reactivos Productos

Para proporcionar en informacin adicional con frecuencia los qumicos indican el estado fsico de los reactivos y productos por medio de las letras g, e, s para los estados gaseoso, lquido y solido respectivamente por ejemplo:

2C + 2C2H 2H +

Para representar lo que sucede cuando se agrega cloruro de sodio (NaCl) al agua se escribe:NaCl NaC

Donde (ac) significa medio acuoso (es decir agua). Al escribir sobre la flecha se indica el proceso fsico de disolver una sustancia en el agua, aunque a veces no escribe, para simplificar el conocimiento de le estado fsico de los reactivos y productos es muy til en el laboratorio. Por ejemplo, cuando reacciona nitrato de plata (AgN en un medio acuoso que forma de un slido, el bromuro de plata (AgBr). Esta reaccin se representa mediante la ecuacin.

KB + AgN KN + AgB

Balanceo de ecuaciones qumicas

Suponga que se desea escribir una ecuacin para explicar una reaccin qumica que se acaba de realizar en el laboratorio. Cmo se procede? Pues porque se les conoce los reactivos es posible escribir sus formulas qumicas es ms difcil establecer la identidad de los productos .Con frecuencia, es posible predecir el o los productos de reacciones encillas. En reacciones ms complicadas en las que hay 3 o ms productos los qumicos necesitan otras pruebas para establecer la presencia de compuestos especficos.Una vez que se han identificado los reactivos y productos, que se han escrito sus formulas correctas, se acomodan segn la secuencia convencional: los reactivos a la izquierda, separados por una flecha de los productos, que se colocan alado derecho. Es muy probable que la ecuacin que se ha escrito este momento es sin balancear, es decir, que el nmero de cada tipo de tomos sean diferentes en ambos lados de la fecha. En general, el balanceo de una ecuacin qumica se verifica mediante los siguientes pasos

1. Se identifican todos los reactivos y productos y se escriben sus formulas correctas del lado izquierdo y derecho de la ecuacin2. El balanceo de la ecuacin se empieza probando diferentes coeficientes para igualar el nmero de tomos de cada elemento en ambos lados de la ecuacin. Se pueden cambiar los coeficientes (los nmeros de anteceden a las formulas). Si se cambian los subndices(los nmeros que forman parte de las formulas). Se cambia la identidad de substancia, por ejemplo: 2N significa 2 molculas de dixido de nitrgeno pero si se duplican los subndices se tendr significa formula del trixido de nitrgeno es decir un compuesto totalmente distinto.3. Primero se busca los elementos que aparecen una sola vez en cada lado de la ecuacin y con igual nmero de tomos: las formulas que contengan estos elementos deben tener los mismos coeficientes por lo tanto, no es necesario ajustar los coeficientes de dichos elementos en ese momento. A continuacin se busca los elementos que aparecen solo una vez en cada lado de la ecuacin pero con diferente numero de tomos. Se balancea estos elementos. Por ltimo, se balancea los elementos que aparecen en dos o ms formulas del mismo lado de la ecuacin.4. Se verifica la ecuacin balanceada para asegurarse de que hay el mismo nmero total de cada tipo de tomos en ambos lados de la flecha de la ecuacin.

Considere un ejemplo especifico en el que el laboratorio se puede preparar pequeas cantidades de oxigeno gaseoso mediante el calentamiento del clorato de potasio (KCl). A partir de esta formacin se escribe:

KCl KCl +

(Para simplificar se omiten los estados fsicos de los reactivos y productos). Los tres elementos (Potasio, Cloro y Oxigeno) aparecen solo una vez en cada lado de la ecuacin pero nicamente el potasio y el cloro tiene igual nmero de tomos en ambos lados de la ecuacin. As, el clorato de potasio y el cloruro de potasio deben tener el mismo coeficiente. El siguiente paso consiste el lograr el numero de tomos de oxigeno se igual en ambos lados de la ecuacin. Debido a que hay tomos de oxigeno del lado izquierdo y dos de lado derecho de la ecuacin, estos tomos se igualan colocando un 2 a la izquierda del clorato de potasio y un 3 a la izquierda de las molculas de oxigeno quedara de esta forma.

2KCl 2KCl + 3

Por ltimo se igualan los tomos del potasio y cloro colocando un 2 ala izquierda del cloruro de potasio.

2KCl 2KCl + 32K22Cl26O6

Como verificacin final se puede hacer una hoja de balance para reactivos y productos en donde los nmeros, indican el numero de tomos de cada lado.

ReactivosProductos

K(2)K(2)

Cl(2)Cl(2)

O(6)O(6)

Obsrvese que el balanceo de esta ecuacin tambin se puede efectuar con coeficientes que sean mltiplos de 2 para KCl, 2 para KCl y 6 para el .Por ejemplo: 4Cl 4 KCl + 6

Sin embargo, para balancear una ecuacin se utiliza el conjunto de coeficientes de nmeros enteros ms sencillos posible. La ecuacin 2 satisface este criterio.

Ahora considere la combustin(es decir, el quemado) de etano (), componente del gas natural, con el oxigeno del aire, lo que produce (C) y O la ecuacin sin balancear es:

+ C + O

Se observa que para ninguno de los elementos (C, H, O) se tiene igual nmero de tomos en ambos lados de la ecuacin; el oxigeno aparece en dos compuestos del lado derecho (C y O) para igualar los tomos de carbn, se colocan un 2 a la izquierda del C.

+ 2C + O

Para igualar los tomos de hidrgeno, se coloca un 3 a la izquierda del H2O. (C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O). En este punto, se han balanceado los tomos de carbn y de hidrgeno, pero no los tomos de oxgeno porque hay 7 tomos de ste elemento a la derecha de la ecuacin y nicamente 2 del lado izquierdo. Esta desigualdad de tomos de oxgeno se puede eliminar al escribir antes del O2 del lado izquierdo C2H6 + O2 2CO2 + 3H2O. La lgica de utilizar como coeficiente es que haba 7 tomos de oxgeno del lado derecho de la ecuacin, pero nicamente un par de tomos de oxgeno (O2) del lado izquierdo. Para igualarlos se debe preguntar cuantos pares de tomos de oxgeno se necesitan para igualar los 7 tomos de oxgeno. La siguiente tabla muestra la ecuacin ya balanceada:ReactivosProductos

C (2)C (2)

H (6)H (6)

O (7)O (7)

Sin embargo, en general se prefiere expresar los coeficientes con nmeros enteros en lugar de fraccionarios. Por lo tanto, se multiplica toda la ecuacin por 2 para convertir en 7.

2C2 + 7O2 4CO2 + 6H2O

La cuenta final es:ReactivosProductos

C (4)C (4)

H (12)H (12)

O (14)O (14)

Obsrvese que los coeficientes utilizados para hacer el balanceo de la ltima ecuacin constituye el conjunto de nmeros enteros posibles.Ejemplo: Cuando el aluminio metlico se expone al aire, se forma su superficie una capa protectora de oxido de aluminio ) esta capa evita que el aluminio siga reaccionando con el oxigeno, esta es la razn por la cual no sufre corrosin. Los envases de aluminio que se utilizan en las bebidas [en caso del hierro] la herrumbe u oxido de hierro que se forma es demasiado porosa para proteger al hierro metlico que se queda debajo, porque la corrosin continua. Escriba una ecuacin balanceada para la formula Estrategia: recuerde que la formula de un elemento o compuesto puede Solucin: La ecuacin sin balancear es la siguiente:

Al +

En una ecuacin balanceada, el nmero y el tipo de tomos que se encuentran en cada lado de la ecuacin deben ser los mismos, en la ecuacin anterior se observa que hay un tomo de aluminio en el lado de los reactivos y dos tomos de Al del lado del producto. Los tomos de Al se pueden balancear si se coloca un coeficiente de 2 a la izquierda del Al del lado de los reactivos:

2Al +

Esta es una ecuacin balanceada, no obstante, las ecuaciones por lo general se balancean con el conjunto ms pequeo del coeficiente de nmeros enteros, los cuales se obtienen al multiplicar ambos lados de la ecuacin por dos.

2 (Al + O2 Al2O3)4Al + 3O2 2Al2O3

Reacciones cidoBase

Los cidos y las bases son tan comunes como la aspirina y la leche de magnesia, aunque mucha gente desconozca sus nombres qumicos cido acetilsaliclico (aspirina) el hidrxido de magnesio (leche de magnesia). Adems de ser la base de muchos productos medicinales y domsticos, la qumica de los cidos y bases es importante en los procesos industriales y es fundamental en los sistemas biolgicos.

Propiedades Generales de cidos y Bases

Los cidos se definen como sustancias que se ionizan en agua para formar iones OH+ y las bases con sustancias que se ionizan para formar iones OH-. El qumico sueco Suante Arrhenius formul estas definiciones a finales del siglo XlX para clasificar las sustancias cuyas propiedades en disolucin acuosa eran bien conocidas.

cidosLos cidos reaccionan con los carbonatos y bicarbonatos como Na2O3, CaCO3 y NaHCO3, para formar dixido de carbono, por ejemplo:

2HCl (ac) + CaCO3 CaCl2 (ac) + H2O (l) + CO2 (g)HCl (ac) + NaHCO3 NaCl (ac) + H2O (l) + CO2 (g)

Las disoluciones acuosas de los cidos conducen electricidad. cido actico y los limones y otros frutos ctricos que contienen cido ctrico. Los cidos ocasionan cambio de color en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambia el color del papel tornasol de azul a rojo. Los cidos reaccionan con algunos metales como el zinc, magnesio o hierro para producir hidrgeno gaseoso. Una reaccin tpica es la que sucede entre el cido clorhdrico y el magnesio.

2HCl (ac) + Mg(s) MgCl2 (ac) + H2(s)

Bases

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

cidos y Bases de Bronsted

Las definiciones de Arrhenius de cidos y bases son limitadas en el sentido de que slo se aplican a disoluciones acuosas. En 1932, el qumico dans Johannes Bronsted propuso una definicin ms amplia de los cidos y bases que no requieren que estn en disolucin acuosa. Un cido de Bronsted es un donador de protones y una base de Bronsted es un aceptor de protones.El cido clorhdrico es un cido de Bronsted puesto que dona un protn al agua HCl (ac) H+(ac) + Cl(ac). Observe que el ion H+ es un tomo de hidrgeno que perdi un electrn, es decir, slo es un protn. El tamao de un protn es alrededor de 10-5m,en tanto que el dimetro de un tomo o ion promedio es de 10-10m. Como un tamao tan pequeo sta partcula cargada no puede existir en une entidad aislada en una disolucin acuosa debido a su fuerza de atraccin por el polo negativo del H2O (el tomo de oxgeno). Por consiguiente el protn existe en forma hidratada, as la ionizacin del cido clorhdrico deber escribirse como:

HCl (ac) + H2O (l) H3O (ac) + Cl(ac)

El protn hidratado H3O positivo se denomina ion hidronio. Esta ecuacin muestra una reaccin en la cual un cido de Bronsted (HCl) dona un protn a una base de Bronsted (H2O).Los experimentos han demostrado que el ion hidronio se sigue hidratando de manera que puede tener asociados varias molculas de agua. Como las propiedades cidas del protn no se alteran por el grado de hidratacin para conveniencia de este tema se usar el H+ (ac) para representar al protn hidratado aunque la anotacin H+ (ac) es ms cercana a la realidad, recuerda que las dos notaciones representan la misma especie en disolucin acuosa.Entre los cidos comnmente utilizados en laboratorio se encuentra el cido clorhdrico (HCl), el cido ntrico (HNO3), el cido actico (CH3COOH), el cido sulfrico (H2SO4) y el cido fosfrico (H3PO4). Los 3 primeros son cidos monoprticos, es decir, cada unidad de cido libera un ion hidrgeno tras la ionizacin.

HCl (ac) H+ (ac) + Cl(ac)HNO3 (ac) H+ (ac) + NO-3(ac)CH3COOH CHCOO-(ac) + H+ (ac)

Como se mencion antes, el cido actico es un electrolito dbil debido a que su ionizacin es incompleta (obsrvese la doble flecha). Por esta razn se dice que es un cido dbil. Por otro lado, el HCl y el HNO3 son cidos fuertes, por lo que se ionizan completamente en disoluciones (observe el uso de las flechas sencillas).El cido sulfrico (H2SO4) es un cido diprtico por cada unidad de cido produce 2 iones H+ en 2 etapas:

H2SO4 (ac) H+ (ac) + HSO-4(ac)HSO-(ac) H+ (ac) + SO-4(ac)

El H2SO4 es un electrlito o cido fuerte (la primera etapa de ionizacin es completa). Pero el HSO-4 es un cido dbil y se requiere una doble flecha para representar su ionizacin incompleta. Existen relativamente pocos cidos diprticos, los cuales producen 3 iones H+ El cido triprtico mejor conocido es el cido fosfrico, cuyas ionizaciones son

H3PO4 (ac) H+ (ac) + H2PO-4(ac) H2PO-4(ac) H+ (ac) + HPO2-4(ac)HPO2-4(ac) H+ (ac) + PO3-4(ac)

En este caso, las 3 especies (H3PO4 + H2PO-4 y HPO2-4) son cidos dbiles y se utilizan dobles flechas para representar cada etapa de ionizacin. Los aniones como el H2PO2-4 estn presentes en disoluciones acuosas de fosfatos como NaH2PO4 y Na2HPO4.

Tabla No. 1Clasificacin de solutos en disoluciones acuosas.

Electrolito fuerteElectrolito DbilNo Electrolito

HCLCH3COOH(NH2)2CO (UREA)

HNO3HTCH3CO(METANOL)

HClO4HNO2C2H5OH(ETANOL)

H2SO*4NH3C6H12O9(GLUCOSA)

NaOHH2OC12H22O11(SACAROSA)

Ba(OH)2

Compuestos inicos

*El H2SO4 tiene 2 iones H+ ionizables.El agua pura es un elemento extremadamente dbil.

En la tabla No 2 se muestra que el hidrxido de sodio y el hidrxido de bario son electrolitos fuertes. Esto significa que en la disolucin estn completamente chorizados:NaOH(s) Na (ac) + OH-(ac)Ba (OH) 2 (s) Ba2+ (ac) + 2OH-(ac)

El ion OH- puede aceptar un protn en la siguiente forma:

H+ (ac) + OH-(ac) H2O (l)

Por lo tanto, el ion OH- es una base de Bronsted.

Tabla No.2

Algunos cidos fuertes y dbiles comunes

cidos Fuertes

Acido clorhdricoHCl

Acido brohidrico HBr

Acido yodhdricoHI

Acido ntricoHNO3

Acido sulfricoH2SO4

Acido perclrico HClO4

cidos Dbiles

Acido fluorhdricoHF

Acido nitrosoHNO2

Acido fosfricoH3PO4

Acido actico CH3COOH

El amoniaco () se clasifica como base de bronsted porque aceptar un ion

+ +

El amoniaco es un electrolito dbil (y por lo tanto una base es dbil) por el solo una pequea fraccin de las molculas de y sueltas reacciones con aguapara formar unos iones y La base fuerte que ms se utiliza en el laboratorio es el hidrxido de sodio, es barata y soluble (de hecho, todos con hidrxidos de los metales alcalinos son solubles). La base dbil que ms se utiliza en el laboratorio es la disolucin acuosa de amoniaco ala que en ocasiones se le llama errneamente hidrxido de amonio, ya que no hay evidencia que demuestre la existencia de la especie Todos los elementos del grupo Ia forman hidrxidos del tipo m , donde m denota un metal alcalinotrreo. De los hidrxidos, solo el es soluble los hidrxidos de magnesio y de calcio se utilizan en medicina y en la industria. Los hidrxidos de otros metales, como y son insolubles y se utilizan con mayor frecuencia.

Ejemplo: Clasifique cada una de las siguientes especies como un acido de Bronsted: a) HBr, b) y c)Estrategia: Qu caracteriza a un acido de Bronsted? Contiene al menos un tomo de H? salvo al amoniaco, la mayora de las bases de Bronsted que usted ejecutara hasta esta etapa son aniones.Solucin: Se sabes que el HCL es un acido, debido a que el Be como el Cl son halgenos (grupo 7a) se espera que el HBr, al igual que el HCl, se ionicen en agua como sigue:

+

Por lo tanto, HBr es un acido de Bronsted.El ion nitrito en disolucin puede aceptar un protn para formar acido nitroso:

+

Esta propiedad hace al una base de bronsted El ion bicarbonato es un acido de Bronsted porque se ioniza en disolucin de la siguiente manera:

+

Tambin es una base de Bronsted porque puede aceptar un protn para formar un acido carbnico

+

Neutralizacin cido-Base

Una reaccin de neutralizacin es una reaccin entre un acido y una base. Generalmente en las reacciones acuosas acido base se forma agua y una sal que es un compuesto inico formado por otro catin distinto al y un anin distinto de u del Acido + Base Sal + Agua

Las sustancias conocidas con sal de mesa, NaCl, es producto de la reaccin acido base

+ +

Sin embargo, puesto que tanto el acido como la base son electrolitos fuertes, estn completamente ionizados en la disolucin. La ecuacin inica es:

+ + + + +

Por lo tanto la reaccin se puede representar por la ecuacin inica neta:

+

Tanto el como el son iones espectadores. Si la reaccin anterior se hubiera ionizado por iguales cantidades de cidos y de la base, al final de la reaccin nicamente se tendra una sal y no habr acido o base permanente esta es una caracterstica de las reacciones de la neutralizacin cido base.Una reaccin entre un acido dbil HCN como el acido clorhdrico HCL

+ +

Debido a que el HCl es un acido dbil no se ioniza de manera perfectible en disolucin, por lo tanto la ecuacin inica se escribe como:

+ + + +

Y la ecuacin neta es:

+ +

Observe que solo en es un ion espectador y no lo son.Los siguientes ejemplos tambin son reacciones de neutralizacin acido base representados como las ecuaciones moleculares.

+ + + + +

La ltima ecuacin se ve distinta por qu no muestra agua como producto. Sin embargo, si el se expresa como y , como se menciono antes la ecuacin se convierte en:

+ + +

Reacciones cido Base que Originan la Formacin de GasesSi estas sales, como los carbonatos (que contienen en ion , los bicarbonatos (que contienen el ion ), los sulfitos (que contienen el ion ) reaccin del carbonato de sodio () y el acido clorhdrico ( es:

+ +

El acido carbnico es inestable y se est presente en disoluciones en concentraciones suficientes se descompone as:

+

Reacciones similares que implican otras series mencionadas son:

+ + + + + + + +

Reacciones de Oxidacin Reduccin

En tanto que las reacciones acido-base se caracterizan por un proceso de transferencia de protones, las reacciones de oxidacin reduccin o reacciones redox, se considera como reaccin de transferencia de electrones. Las reacciones de oxidacin reduccin forman una parte importante de mundo que nos rodea. Abarca desde la combustin de consumibles fsiles hasta la accin de blanqueadores domsticos. As mismo como la mayora de los elementos metlicos y no metlicos se obtienen a partir de sus minerales por procesos de oxidacin o de reduccin.Muchas reacciones redox importantes se llevan a cabo en agua, pero este no implica que todas las reacciones redox sucedan en medio acuoso. Este tema comienza con una reaccin en la cual los elementos se combinan para formar un compuesto. Considere la formacin del oxido de magnesio (MgO) a partir del magnesio y el oxigeno:

+

El oxido de magnesio es un compuesto inico formado por iones y . En esta reaccin dos tomos de Mg se transfiere 4 electrones a 2 tomos de oxigeno (). Por consecuencia, este proceso se visualiza en dos etapas, una empieza la prdida de 4 electrones por 2 tomos de Mg y la otra la ganancia de 4 electrones por 1 molcula de

2Mg + +

Cada una de estas etapas se denomina semireaccion y explcitamente muestra los electrones transferidos en la reaccin redox. La suma de las semireacciones produce la reaccin global.

2Mg + + + +

O si se cancela los electrones que aparecen en ambos lados de la ecuacin.

2Mg + +

Por ltimo, los iones y se combinan para formar MgO:

+ 2MgO

El trmino de oxidacin reduccin se refiere a las semireacciones que implica la prdida de electrones. Antiguamente los qumicos emplearon el termino de oxidacin para expresar la combinacin de elementos con oxigeno, sin embargo, actualmente tiene un significado ms amplio, ya que tambin incluye reacciones en las que no participa el oxigeno. Una reaccin de reduccin es una semireaccion que implica una ganancia de electrones. En la formacin del oxido de magnesio (MgO) el magnesio de oxido. Se dice que acta como agente reductor porque dona electrones al oxigeno y hace que reduzca. El oxigeno se reduce y acta como agente oxidante porque acepta electrones del Mg y hace que este se oxide. Observe que la magnitud de la oxidacin de una reaccin redox debe ser igual a la magnitud de la reduccin, es decir, el nmero de electrones que pierde un agente reductor debe ser igual al nmero de electrones ganados por un agente oxidanteEl proceso de transferencia de electrones es ms notorio en las reacciones redox que en otros cuando se agrega zinc metlico a una disolucin que contiene sulfato de cobre, el zinc reduce al cobre tras donarle dos electrones (caso 4)

+ +

En el proceso, la disolucin pierde el color azul que denota la presencia de hidratados

+ +

Las semireacciones de oxidacin y reduccin son:

Zn + + Cu

De igual manera en Cu metlico reduce los iones que produce una disolucin de nitrato de plata (AgNO3)

+ + + +

Nmero de Oxidacin

Las definiciones de oxidacin y reduccin, en trminos de perdida y ganancia de electrones se aplica a la formacin de los compuestos inicos como el oxido de magnesio y la reduccin de iones por en Zn sin embargo, estas definiciones no se aplican a la formacin del acido clorhdrico (HCl) ni el diodo de S (

+ +

Como el HCl y el no son compuestos inicos, si no moleculares, en realidad no se transfieren electrones durante la formacin de estos compuestos, lo que si sucede en el caso de MgO no obstante, los qumicos tratan estas reacciones como redox, es conveniente asignar nmeros de oxidacin a los reactivos y productos el numero de oxidacin de un tomo, tambin llamado estado de oxidacin, significa el numero de cargas que tendra un tomo en una molcula (o en un compuesto inico) si los electrones fueran transferidos completamente, por ejemple, las ecuaciones anteriores pura la formacin de HCl y se podran escribir como:

+ +

Los nmeros colocados encima de los smbolos de los elementos son el nmero de oxidacin, en ninguna de las dos reacciones hay cargas en los tomos de las molculas de los reactivos. Por lo tanto, los nmeros de oxidacin es O. sin embargo, para las molculas de los productos se supone que ha habido una transparencia completa de electrones y los tomos ganaron o perdieron electrones. Los nmeros de oxidacin refleja el nmero de electrones transferidos.Los nmeros de oxidacin permiten identificar a simple vista, los elementos que se han oxidado y reducido. Los elementos que muestran un aumento en el numero de oxidacin, el hidrogeno y el azufre en los elementos anteriores se han oxidado. El cloro y el oxigeno se han reducido, por lo que sus nmeros de oxidacin son menores que al inicio de la reaccin. Observe que la suma de los nmeros de oxidacin del hidrogeno y del cloro en el HCl (+1 y -1) es 0. As mismo, se aaden cargas en el azufre (+4) y en el 2 tomos de oxigeno [2(-2)], el total es 0, la razn de esto es que las molculas de HCl y SO2 son neutras y por lo tanto las cargas se deben cancelar.

1. Se utilizan las siguientes reglas para asignar el nmero de oxidacin: Los elementos libres (es decir, el estado combinado), cada tomo tiene un numero de oxidacin cero as, cada tomo en H2, Br2, Na, K, O2 y R4 tienen el mismo nmero de oxidacin: 02. Para los iones constituidos por un solo tomo (es decir, ion es mono tpicos), el numero de oxidacin es igual a la carga del electrn. Entonces, el ion Li+ tiene numero de oxidacin de +1, el ion Ba2+ tiene +2, el ion tiene +3, el yodo tiene -1, el ion tiene -2 y asi sucesivamente.todos los metales alcaliineos tienen un punto de oxidacion de +1, todos los metales alcalineos terreos tienen un punto de oxidacion de +2 en sus compuestos. El Al tiene un numero de oxidacin de +3 en todos sus compuestos.

El numero de oxidacin de O es -2 en la mayora de los compuestos (por ejemplo, (+ ), pero en el peroxido de hidrogeno ( ) y el ion perxido es -1.El numero de oxidacin del H es +1, excepto cuando esta enlazado con metales de compuestos binario. En estos casos (por ejemplo) LiH, NaH,, su nmero de oxidacin es -1.El flor tiene un nmero de oxidacin de -1 en todos sus compuestos, los otros halgenos (Cl, Br. I) tienen nmero de oxidacin negativo cuando se encuentran como iones halogenuro en los compuestos. Cuando estn combinados con el oxigeno, por ejemplo en los oxiacidos y oxioaniones tienen nmeros de oxidacin positivo. En una molcula neutra la suma de os nmeros de oxidacin de todos los tomos debe der 0. En un ion poli atmico, la suma de los nmeros de oxidacin de todos los elementos, debe ser igual a la carga neta del ion. Por ejemplo, en el ion amonio, , el numero de oxidacion del nitrogeno es -3 y del hidrogeno es +1. Por lo tanto, la suma de los nmeros de oxidacin noes: -3+4(+1) = +1, es igual a la carga neta del ion.Los nmeros de oxidacin no tienen que ser enteros. Por ejemplo, el numero de oxidacin del O en el ion superoxido es -1/2, ejemplo: asigne el numero de oxidacin de todos los elementos en los siguientes compuestos y en el ion: a) b) c) .Estrategia: en general, se siguen las reglas que se mencionaran para asignar nmeros de oxidacin, recuerde que todos los metales alcalinos tienen un numero de oxidacin de +1 y el oxigeno un numero de oxidacin de -2 en sus compuestos.Solucin: a) de acuerdo a las reglas N 2, se observa que el Li tiene un numero de oxidacin de +1 (Li+) y el oxigeno tiene un numero de oxidacin de -2 (). b) esta es la frmula de acido ntrico que, en disolucin forma un ion H+ y un ion . De la regla N 4 se observa que el H tiene un numero de oxidacino de +1, por lo tanto, el otro grupo (el ion nitrato) debe tener un numero de oxidacin de -1, puesto que el oxigeno tiene un numero de oxidacin de -2, el numero de oxidacin de nitrgeno esta dado por [] de manera que x+3(-2) = -1 o x=+3. c) de la regla N6 se ve que la suma de los numeros de oxidacin del ion debe ser -2. Se sabe que el numero de oxidacion deO es -2, asi que todo lo qe resta es determinar el numero de oxidacino del Cr al cual se le llamara Y. el ion dicromatico se puede escribir como: [] as que 2(Y) + = -2 o Y = +6.

Tipos de Reacciones Redox

Las reacciones ms comunes de oxidacin reduccin se encuentran en atracciones de combinacin, de descomposicin, de combustin y de desplazamiento. Las reacciones de desproporcin son un tipo ms complejo.

Reacciones de combinacin:Una reaccin de combinacin es una reaccin en la que dos o ms sustancias se combinan para formar un solo producto por ejemplo:

S (s) + (g) (g)2Al (s) + (s)

Reacciones de descomposicin:Las reacciones de descomposicin son lo opuesto de las reacciones de combinacin concretamente una reaccin de descomposicin es la ruptura de un compuesto en 2 o ms componentes, por ejemplo:

+ (l)

Reacciones de combustin:Una reaccin de combustin es una reaccin en la cual la sustancia reacciona con el oxigeno, por lo general la liberan de color y luz para producir una forma, las reacciones entre el magnesio y el azufre con el oxigeno escritas anteriormente son reacciones de combustin. Otro ejemplo de la combustin del propano (), un componente de gas natural que se utiliza para cocinar y para la calefaccion domestica.

(s) + + (l)

Reacciones de desplazamiento:En una reaccin de desplazamiento un ion (o un tomo) de un compuesto se remplaza por un ion (o un tomo) de otro elemento: la mayora de las reacciones de desplazamiento caen en una de tres categoras: desplazamiento de hidrogeno, desplazamiento de metal o desplazamiento de halgeno.

Desplazamiento de hidrogeno: tolos los metales alcalinos y algunos metales alcalinos trreos (Ca, Sr, Ba), que son los ms reactivos de los elementos metlicos, desplazaran al hidrogeno de agua fra.

+ + + +

Muchos metales, incluidos los que no reaccionan con el agua, son capaces de desplazar al hidrogeno de los cidos por ejemplo, el Zn y Mg no reaccionan como el agua pero si con el HCl como se muestra:

+ + + +

Desplazamiento de metal: un metal es un compuesto tambin puede ser desplazado por otro metal en estado libre. Si se invierte los compuestos de los metales, la reaccin no se lleva a cabo. As, el cobre metlico no desplazara a los iones de Zn del sulfato de Zinc y el Ag metlico no desplazara a los iones de Cu del (Nitrato de cobre). Una forma sencilla de predecir si realmente va a ocurrir una reaccin de desplazamiento de un metal o una reaccin de desplazamiento de hidrogeno, es referirse a una serie de actividad (algunas veces denominada serie electroqumica). Una serie de actividad es bsicamente un resumen conveniente de los resultados de muchas posibles reacciones de desplazamiento como anterior a las ya escritas. De acuerdo a esta serie cualquier metal que se ubique arriba del H lo desplazara del agua o de un acido, pero los metales situados abajo del hidrogeno (H) no reaccionan ni con agua ni con cidos. De hecho, cualquier especie de la serie reaccionaria por alguna otra especie (en un compuesto) que se encuentre debajo de ella. Por ejemplo, el zinc est arriba del cobre, por lo tanto en Zn metlico desplazara a los iones del Cu del sulfato de cobre.

Las reacciones de desplazamiento de metal tienen muchas aplicaciones en los procesos metalrgicos, en los cuales es importante separar metales duros de sus minerales. Por ejemplo, el Vanadio se obtiene por tratamiento de oxido de vanadio (V) con calcio metlico.

+ +

De igual manera, el Ti se obtiene a partir del cloruro de Titanio (IV) de acuerdo a la reaccin:

+ +

En cada caso como el metal que acta como agente reductor est situado arriba del metal que ha sido reducido (es decir, es la que est arriba del grupo V y el Mg est arriba del Ti en la serie de actividad.

Desplazamiento de halgeno: el comportamiento de los halgenos en las reacciones de desplazamiento de halgenos se puede resumir en otra serie de actividad.F2 > Cl2 > Br2 > I2La fuerza de estos elementos como agentes oxidantes disminuye conforme avanza el F y al I en el grupo VIIA as el flor convertir puede remplazar a los iones cloruro. Porrudo y yoduro en disolucin. De hecho, el flor molecular es tan reactivo que tambin ataca al agua, por lo que estas reacciones no pueden efectuarse en disolucin acuosa. Por otro lado, el cloro molecular puede desplazar a los iones cloruro y yoduro en disolucin acuosa. Las ecuaciones de desplazamiento son:

+ + + +

Las ecuaciones inicas son:

+ + + +

En cambio, el Bromo molecular puede desplazar el ion yoduro en disolucin.

+ + + +

Si se invierten los papeles de los halgenos la reaccin no se produce. As, el Br no puede desplazar al los iones de cloruro y el yodo no pueden desplazar a los iones cloruro y bromuro las reacciones de desplazamiento del halgeno tiene una aplicacin. Los halgenos como grupo, son los elementos no metlicos ms reactivos. Todos ellos son agentes oxidantes fuertes. En consecuencia, se encuentra en la naturaleza en forma combinado (por metales) como halogenuros pero nunca como elementos y el cloro es por mucho la sustancia qumica industrial ms importante. En 2005 su produccin anual fue en Estados Unidos de 25000 millones de libras con lo que ocupo el 10 lugar ms importantes. La produccin anual del bromo es solo una centsima parte del cloro, la produccin del flor y el yodo es un menor.

QUMICAPgina 39