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1. LEYES PONDERALES DE LOS CAMBIOS QUÍMICOS. LEYES PONDERALES DE LOS CAMBIOS QUÍMICOS. MAGNITUDES QUÍMICAS.
2. ESTEQUIOMETRÍA. CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS LEYES VOLUMÉTRICAS DE LOS CAMBIOS QUÍMICOS
• CINÉTICA QUÍMICA. VELOCIDAD DE REACCIÓN DE QUE DEPENDE LA VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN
• TERMOQUÍMICA. CAMBIOS QUÍMICOS Y ENERGÍA CALOR DE REACCION. ECUACIONES TERMOQUÍMICAS ENERGÍA DE ACTIVACIÓN
6. REACCIONES ÁCIDO-BASE PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS ACIDAS Y BÁSICAS TEORÍA DE ARRHENIUS DE ACIDO Y BASE. NEUTRALIZACIÓN
Si doblamos, cortamos o arrugamos un papel, cambia de aspecto pero sigue siendo papel. Decimos que es un CAMBIO FÍSICOCAMBIO FÍSICO. Pero si lo quemamos, al final no queda papel: hay humo y cenizas. Es un CAMBIO QUÍMICOCAMBIO QUÍMICO.
En los CAMBIOS FÍSICOS, las sustancias mantienen su naturaleza y sus propiedades esenciales, es decir, siguen siendo las mismas sustancias.
•En los CAMBIOS QUÍMICOS, las sustancias iniciales se transforman en otras distintas, que tienen propiedades diferentes.
NITRÓGENO LÍQUIDO (sustancias que normalmente se encuentra en estado gaseoso. Para volverse líquido hay que
bajar la temperatura a -196º C) , este hierve vivamente al adquirir la temperatura
ambiente.
La OXIDACIÓN, en su sentido original, se refiere a la combinación de oxígeno con otra sustancia para
producir un compuesto llamado óxido. El hierro, en presencia de agua, reacciona con el oxígeno de la atmósfera formando un óxido de hierro hidratado,
conocido comúnmente como orín.
Fíjate en estos espeleólogos en el interior de una cueva. ¿Cómo consiguen iluminar el camino?
La mejor solución es aprovechar un curioso cambio químico conocido desde tiempos lejanos.
experimento que se produce en el casco de los espeleólogos
Las lámparas de los espeleólogos funcionan mediante una cambio químico que se produce
entre el carburo de calcio (CaC2) y el agua (H2O):Se vierte el agua sobre el carburo y se desprende un gas
llamado acetileno (C2H2). Si acercamos una llama o una chispa, el acetileno arderá
produciendo una llama brillante.
En todo este proceso ocurren varias reacciones químicas:
1) La producción de acetileno a partir de agua y carburo de calcio.
2) La combustión del acetileno para desprender luz.
Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias llamadas reactivos se
transforman en otras distintas llamadas productos.
Las reacciones químicas se representan con ecuaciones que contienen las fórmulas de los reactivos en el PRIMER MIEMBRO, y las fórmulas de los productos en el SEGUNDO, separados por una flecha que indica el
sentido en el que se produce la reacción.
Esta es la reacción de oxidación del pentano:
C5H12 + O2 → CO2 + H2O
En el primer miembro de esta ecuación tenemos 5 átomos de carbono, mientras que en el segundo solo 1. Asimismo, tenemos 12 átomos de
hidrógeno a la izquierda, y solo 2 a la derecha. Decimos que esta ecuación química no está ajustada.
C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2OCOEFICIENTECOEFICIENTE
La combustión, uno de los grandes problemas de la química del siglo XVIII, despertó el interés de LAVOISIER porque éste trabajaba en un ensayo sobre la mejora de las técnicas del alumbrado público de París. Comprobó que al calentar metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una cantidad limitada de aire, estos se recubrían con una capa de calcinado hasta un momento determinado en que ésta no avanzaba más. Si se pesaba el conjunto (metal, calcinado, aire, etc.) después del calentamiento, el resultado era igual al peso antes de comenzar el proceso. Si el metal había ganado peso al calcinarse, era evidente que algo del recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa. Ese algo era el aire. Por tanto, LAVOISIER demostró que la calcinación de un metal no era el resultado de la pérdida del misterioso flogisto, sino la ganancia de algo muy material: una parte de aire.
En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos
Ley de conservación de la masa
En un cambio químico, el número y la clase de átomos que intervienen se conserva; solo cambia las moléculas (la forma en que los átomos están unidos)
C5H12 + O2 → CO2 + H2O
TIPO DE ÁTOMOSNÚMERO DE ATÓMOS
(REACTIVOS)NÚMERO DE ÁTOMOS
(PRODUCTOS)
C 5 1
H 12 2
O 2 3
ECUACIÓN NO AJUSTADA
a C5H12 + b O2 → c CO2 + d H2O
TIPO DE ÁTOMOS
NÚMERO DE ATÓMOS
(REACTIVOS)
NÚMERO DE ÁTOMOS
(PRODUCTOS)
C 5 a = 1 c
H 12 a = 2 d
O 2 b = 2c + 1d
a = 1
5 (1) = c ; 5 = c ; c = 5
12 (1) = 2 d ; 12 = 2 d ; 12/2 = d ; d =6 ; d = 6
2 b = 2 (5) + 1 (6) ; 2 b = 10 + 6 ; 2b = 16 ; b = 8
C5H12 + 8 O2 → 5 CO2 + 6 H2O
Joseph Louis Proust
•Cuando dos o más elementos químicos se combinan para formar un determinado compuesto, lo hacen según una relación constante entre sus masas.
•Cuando un determinado compuesto se separa en sus elementos, las masas de éstos se encuentran en una relación constante que es independiente de cómo se haya preparado el compuesto, de si se ha obtenido en el laboratorio o de su procedencia.
Ley de las proporciones constantes
ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
H 2 1u 2
O 1 16u 16
MASA MOLECULAR 18u
H2 O1 MOLÉCULA DE AGUA
ÁTOMO DE HIDRÓGENOMasa atómica = 1u.
ÁTOMO DE OXÍGENOMasa atómica = 16u.
La relación de masas entre el oxigeno y el hidrógeno es (16/2) 8/1.
Ejemplo: Se sabe que 8 g de azufre reacciona con 12 g de oxígeno para dar 20 g de trióxido de azufre:
c)¿Cuántos gramos de oxígeno reaccionarán con 1 g de azufre y qué cantidad de trióxido de azufre se obtendrá?
•Si se descomponen 100 g de tr ióxido de azufre ¿cuántos gramos de azufre se obtendrán?
La relación de masas entre el oxigeno y el azufre es 12/8.
8g azufre 1g azufre------------ = ------------------
12g oxígeno xg oxígeno
( ) ×= =2
1 12
8
g gm O
g1,5g
8g azufre 1g azufre --------------- = ------------------------------- 20g trióxido xg trióxido de azufre
( )3
1 20
8
g gm SO
g
×= = 2,5g
La relación de masas entre el azufre y el trióxido es 8/20.
8g azufre xg azufre --------------- = ------------------------------- 20g trióxido 100g trióxido de azufre
La relación de masas entre el azufre y el trióxido es 8/20.
( ) 100 8
20
g gm S
g
×= = 40g
La unidad de masa atómica (u) es la masa del átomo de hidrógeno
= 1u
= 6u
ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
H 2 1u 2
O 1 16u 16
MASA MOLECULAR 18u
H2 O
1 MOLÉCULA DE AGUA
MOL ES LA CANTIDAD DE SUSTANCIA DE UN SISTEMA QUE CONTIENE 6,022 x 10 23
partículas
1 mol = 6,022 x 10 23 partículas
ELEMENTO
QUÍMICO
MASA
ATÓMICA
MASA
(g)
NÚMERO DE ÁTOMOS
Argón (Ar) 40u 40g 6,022 x 10 23
Hidrógeno (H) 1u 1g 6,022 x 10 23
COMPUESTO
QUÍMICO
MASA
molecular
MASA
(g)
NÚMERO DE
ÁTOMOS
Agua (H2O) 18u 18g 6,022 x 10 23
Metano (CH4) 16u 16g 6,022 x 10 23 Lorenzo Romano Amedeo
Carlo Avogadro
NA = 6,022 x 10 23
seiscientos mil trillones = 600.0003000.0002000.0001000.000
1 MOL NÚMERO DE PARTÍCULAS MASA (g) VOLUMEN (L)Compuesto gaseoso en condiciones normales de temperatura y presión
metano (CH4) 6,022 x 10 23 16 22,4
1 MOL NÚMERO DE PARTÍCULAS MASA (g) VOLUMEN (L)Compuesto gaseoso en condiciones normales de temperatura y presión
agua (H2O) 6,022 x 10 23 18 -
MASA MOLAR ES LA MASA DE UN MOL DE SUSTANCIA
Masa molar del agua M = 18g/molMasa molar del metano M = 16g/mol
Calcula la cantidad de agua (H2O), en mol, que hay en 36g de esta sustancia. ¿Cuántas moléculas hay? ¿Cuántos
átomos de hidrógeno y oxígeno hay en dicha cantidad de sustancia?
Se calcula la masa molecular del agua
ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
H 2 1u 2
O 1 16u 16
MASA MOLECULAR 18u
H2 O
Se calcula la masa molar
LA MASA MOLAR DE UNA SUSTANCIA ES LA MASA CORRESPONDIENTE A UN MOL DE SUSTANCIA Y COINCIDE CON SU MASA MOLECULAR EN
GRAMOS.
La masa molar del agua es de 18g/mol
Se calcula la cantidad de sustancia (nº de moles (n))
m (g)n (nº moles) = - - - - - - - - - - - - - - - - - M (g/mol)
36gn (nº moles) = - - - - - - - - - - - - - - - - - 18 g/mol
n (nº moles) = 2 moles
En 36g de agua hay 2 moles
Se calcula el número de moléculas de agua
1 MOL NÚMERO DE PARTÍCULAS MASA (g) VOLUMEN (L)
(GASES 0ºC y 1atm)
CUALQUIER
SUSTANCIA6,022 x 10 23
COINCIDE CON SU MASA MOLECULAR
22,4L
1mol H2O 2mol H2O
-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - = - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
6,023 x1023 moléculas H2O x moléculas H2Ox = 1,20 x1024 moléculas H2O
En 36g de agua hay 1,20 x1024 moléculas H2O
Se calcula el número de átomos de hidrógeno y el número de átomos de oxígeno
H2 O
1 MOLÉCULA DE AGUA 1molécula H2O 1,20 x1024 moléculas H2O
-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - = - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
2 átomos Hidrógeno x átomos Hidrógeno
x = 2,4 x1024 átomos Hidrógeno
1molécula H2O 1,20 x1024 moléculas H2O
-- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - = - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
1átomo Oxígeno x átomos Oxígeno
x = 1,2 x1024 átomos Oxígeno
Son las relaciones, en masa, en moles o en volumen, que se establecen entre las dist intas
sustancias en una reacción química, o entre los elementos de un compuesto
Permite conocer aspectos cualitat ivos (reactivos, productos, estado de la materia) y
aspectos cuantitat ivos (cantidades y proporciones en que se combinan cada
sustancia)
2 C4 H10 (g) + 13 O2 (g) 8 C02 + 10
H2O (l)
REACTIVOS PRODUCTOS
COMPUESTOS
QUÍMICOSButano y oxígeno molecular Dióxido de carbono y agua
ESTADO
FÍSICOAmbos reactivos son
gaseosos
El dióxido de carbono es gaseoso y el agua es una
sustancia líquida
Aspectos cualitat ivos
2 C4 H10 (g) + 13 O2 (g) 8 C02 + 10
H2O (l)
2 C4 H10 (g) + 13 O2 (g) 8 C02 + 10
H2O (l)
REACTIVOS PRODUCTOS
MOLÉCULAS2 moléculas de butano
13 moléculas de oxígeno molecular
8 moléculas de dióxido de carbono
10 moléculas de agua
Aspectos cuantitat ivos
Interpretación microscópica
REACTIVOS PRODUCTOS
MOLES2 moles de C4 H10
13 moles de O2
8 moles de C02
10 moles de H2O
MASA (gramos)
Nº moles x masa molecular
(2 x 58) 116g de C4 H10
(13 x 32) 416g es de O2
(8x 44) 352g de C02
(10x 18) 180g de H2O
Aspectos cuantitat ivos
Interpretación macroscópica
2 C4 H10 (g) + 13 O2 (g) 8 C02 + 10
H2O (l)
ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
C 4 12u 48
H 10 1u 10
MASA MOLECULAR 58u
ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
O 2 16u 32
MASA MOLECULAR 32u
ÁTOMO
NÚMERO
MASA ATÓMICA
Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
C 1 12u 12
O 2 16u 32
MASA MOLECULAR 44u
ÁTOMO
NÚMERO
MASA ATÓMICA
Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
H 2 1u 2
O 1 16u 16
MASA MOLECULAR 18u
Calcula los moles y gramos de oxígeno necesarios para quemar una bombona de 500g de butano
2 C4 H10 (g) + 13 O2 (g) 8 C02 + 10
H2O (l) REACTIVOS PRODUCTOS
MOLES2 moles de C4 H10
13 moles de O2
8 moles de C02
10 moles de H2O
MASA (gramos)
Nº moles x masa molecular
(2 x 58) 116g de C4 H10
(13 x 32) 416g es de O2
(8x 44) 352g de C02
(10x 18) 180g de H2O
1mol butano x mol butano--------------------- = ------------------------ 58g butano 500g butano
ÁTOMO NÚMERO MASA ATÓMICA Nº ÁTOMOS X MASA ATÓMICA
C 4 12u 48
H 10 1u 10
MASA MOLECULAR 58u x= 8,62 moles de butano (500g de butano)
2 moles butano 8,62 moles butano--------------------- = ------------------------13 moles O2 x moles O2
x= 56,03moles de O2
116g butano 500g butano --------------------- = ------------------ 416g O2 x gO2
x= 1793,1g O2
En una reacción química, los volúmenes de las sustancias
gaseosas que intervienen guardan entre sí una
proporción de números enteros y sencillos, si se
miden en las mismas condiciones de presión y
temperatura.Joseph-Louis Gay-Lussac
Ley de los volúmenes de combinación
Ley de Avogadro
Volúmenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de
presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas
1mol (6,022x1023 part ículas) de un gas en condiciones normales (0ºC y 1atm) ocupa un
volumen de 22,4L
El espacio ocupado por una cierta cantidad de
moléculas depende de la presión y de la
temperatura de este. La ley de Avogadro trata del espacio ocupado por las moléculas de diversos
gases, cuando la presión y la temperatura se
mantiene constante para todos ello.
Si la presión y la temperatura se mantienen constantes para toda una serie de diversos gases, cada una de las moléculas de gas ocupa el
mismo espacio que las otras. Una molécula de hidrogeno ocupa el mismo espacio que una molécula de oxigeno o de anhídrido carbónico siempre
que la presión y la temperatura sean las mismas para todos ellos
Para una persona que no sabia con seguridad si existían las moléculas, esta era una afirmación difícil de sostener. Su hipótesis fue el resultado
directo de la suposición de que existían moléculas, es decir, un agregado de unos
cuantos átomos. Los otros científicos de la época creían que la materia estaba constituida por
simples unidades separadas, llamadas átomos.La suposición de Avogadro acerca de las
moléculas tuvo origen en el conocimiento de los resultados inexplicables obtenidos por Gay
Lussac. Este había demostrado que cuando se quemaban completamente dos litros de
hidrogeno en un litro de oxigeno se formaban dos litros de vapor de agua, si durante el
experimento se mantenían a la misma temperatura. Los volúmenes de los gases
guardaban una relación sencilla entre si. De la misma manera se comportaban otros gases
reaccionantes y su productos gaseosos.Avogadro quería saber por que sucedía esto, y
comenzó a estudiar los resultados, para deducir de ellos alguna conclusión.
Su razonamiento puede ser captado mejor considerando la reacción en la
que el hidrogeno se quema en atmósfera de cloro, para dar acido clorhídrico. Si se quema un litro de
hidrogeno en un litro de cloro se forman dos litros de acido clorhídrico
gaseoso. Quizá un átomo de hidrogeno se combine con uno de cloro, para
formar una unidad del compuesto acido clorhídrico. Entonces, un volumen se combinara con un volumen. Esto no
esta de acuerdo con la evidencia experimental; pero explicaría los
resultados, si se admite que los átomos de hidrógenos y de cloro se encuentran agrupados dos a dos y que cada par de
átomos ocupa el mismo espacio .De esta manera, Avogadro descubrió el
concepto de molécula y formuló su hipótesis de que todas las moléculas de los diversos gases, bajo idénticas
condiciones de presión y temperatura, ocupan el mismo espacio
LEY DE LOS GASES IDEALES
A partir de las leyes de los gases se establece la Ecuación General que relaciona la cantidad de moles
con el volumen, la presión y la temperatura.
P x V = n x R x TBenoit Paul Émile Clapeyron
R = constante = 0,082 atm L / (K mol)P = PresiónV = Volumen n= MolesR = Constante universal de los gases ideales T = Temperatura absoluta
Cuando se quema gas metano, CH4, en presencia de oxígeno, se obtiene dióxido de carbono, CO2, y agua, H2O, en estado gaseoso. Si se han consumido 30L de CH4 (g), calcula los litros de CO2 (g) y de H2O (g) que se producirán y el volumen de O2 (g) necesario sabiendo que estos gases están a igual presión y temperatura.
Se escribe la ecuación química ajustada CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (g)
Se anotan los volúmenes de cada gas, teniendo en cuenta sus
coeficientes. Se elige una unidad de volumen, por ejemplo 1L
1volumen + 2 volúmenes 1volumen + 2 volúmenes
1L + 2 L 1L + 2 L
Se establece la nueva proporción en volúmenes con el dato de
volumen de metano consumido.
1L METANO / 2L OXÍGENO = 30L METANO / XL OXÍGENO
X= 60L OXÍGENO
1L METANO / 1L DIÓXIDO = 30L METANO / XL DIÓXIDO
X= 30L DIÓXIDO
1L METANO / 2L AGUA = 30L METANO / XL AGUA
X= 60L AGUA
Se interpreta los resultados En la reacción de 30L de metano con 60L de oxígeno se han formado 30L de dióxido y 60L de agua.
Zn + 2 HCl ZnCl2 + H2 H2 +1/2 O2 H2O Reacción química
que transcurre de forma muy rápidaReacción química
que transcurre muy lentamente
La velocidad de reacción es la cantidad de sustancia formada o transformada en la unidad de tiempo
Para haber un cambio químico es necesario que las moléculas de la sustancia entren en contacto a través de colisiones.Eso sí, no todos los choques son iguales. Al choque que provoca la reacción se le llama choque eficaz y tiene que cumplir unos requisitos:
1.Que el choque genere la suficiente energía para romper los enlaces entre los átomos.
2.Que el choque se realice con la orientación adecuada para formar la nueva molécula.
LOS FACTORES QUE INFLUYEN EN LA VELOCIDAD DE
REACCIÓN SON AQUELLOS QUE
PERMITEN LE CONTACTO ENTRE LAS PARTÍCULAS REACCIONANTES
Y FACILITA N CHOQUES ENTRE
ELLAS.
Al aumentar la temperatura, también lo hace la velocidad a la
que se mueven las partículas y, por tanto, aumentará el número de
colisiones y la violencia de estas. El resultado es una mayor velocidad en la reacción. Se dice, de manera aproximada, que por cada 10 °C de
aumento en la temperatura, la velocidad se duplica.
Esto explica por qué para evitar la putrefacción de los alimentos los
metemos en la nevera o en el congelador. Por el contrario, si
queremos cocinarlos, los introducimos en el horno o en una
cazuela puesta al fuego.
Si los reactivos están en estado líquido o sólido, la pulverización, es decir, la reducción a partículas de menor tamaño, aumenta
enormemente la velocidad de reacción, ya que facilita
el contacto entre los reactivos y, por tanto, la
colisión entre las partículas.
Por ejemplo, el carbón arde más rápido cuanto más
pequeños son los pedazos; y si está finamente
pulverizado, arde tan rápido que provoca una explosión.
Dependiendo del tipo de reactivo que intervenga, una determinada reacción tendrá una energía de activación: Muy alta, y entonces será muy lenta. Muy baja, y entonces será muy rápida. Así, por ejemplo, si tomamos como referencia la oxidación de los metales, la oxidación del sodio es muy rápida, la de la plata es muy lenta y la velocidad de la oxidación del hierro es
intermedia entre las dos anteriores.
En las siguientes reacciones se utilizan diferentes reductores para decolorar el permanganato de potasio. Observe cual de ellos los hace con mayor rapidez bajo
las mismas condiciones.
Si los reactivos están en disolución o son gases encerrados en un recipiente, cuanto mayor sea su
concentración, más alta será la velocidad de la reacción en la que participen, ya que, al haber más
partículas en el mismo espacio, aumentará el número de colisiones.
El ataque que los ácidos realizan sobre algunos metales con desprendimiento de hidrógeno es un buen ejemplo, ya que este ataque es mucho más
violento cuanto mayor es la concentración del ácido.
La variación de la velocidad de reacción con los reactivos se expresa, de manera general, en la
forma:
v = k [A]? [B]?
donde ? y ? son coeficientes que no coinciden necesariamente con los coeficientes
estequiométricos de la reacción general antes considerada. La constante de velocidad k, depende
de la temperatura.
Los catalizadores son sustancias que facilitan la reacción modificando el
mecanismo por el que se desarrolla. En ningún caso el catalizador provoca la reacción química; no varía su calor de
reacción.
Los catalizadores se añaden en pequeñas cantidades y son muy específicos; es decir,
cada catalizador sirve para unas determinadas reacciones. El catalizador se
puede recuperar al final de la reacción, puesto que no es reactivo ni participa en la
reacción.
Tres tubos de ensayos, se le agrega en cada unos de ellos las cantidades de
Na2C2O4, y H2SO4 y el catalizador señalado. A cada uno se le agrega KMnO4.