domingo, 4 de noviembre de 2012

QUIMICA EQUIPO 3UNIDAD 4 FIANL


4.7 CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS

Es el cálculo de las cantidades de reactivos y productos de una reacción química. En su origen etimológico, se compone de dos raíces, estequio que se refiere a las partes o elementos de los compuestos y metría, que dice sobre la medida de las masas.

Cuando se expresa una reacción, la primera condición para los cálculos estequimétricos es que se encuentre balanceada, por ejemplo:

Mg + O2 ® MgO
2 Mg + O2 ® 2 MgO     Reacción balanceada

La reacción anterior se lee como: 2 ATG de Magnesio reaccionan con un mol de Oxígeno y producen 2 moles de Oxído de magnesio (reacción de síntesis) 


    2ATG Mg = 49 g             1 mol de O2 = 32 g           2 moles de MgO = 81 g

 

49 g
+
32 g
=
81 g
2Mg
+
O2
® 
MgO

 

Lo que demuestra la ley de Lavoisiere " la materia no se crea ni se destruye, sólo se transforma “, cuando reaccionan 49g más 32g y se producen 81 g . 


Cálculos Estequiométricos
 

 ATG

 MOLES

 No. DE ATOMOS y No. DE MOLÉCULAS

 VOLUMEN MOLAR

 REACTIVOS O PRODUCTOS

 REACTIVO LIMITANTE

 

 

LAS ETAPAS ESENCIALES

  • Ajustar la ecuación química
  • Calcular el peso molecular o fórmula de cada compuesto
  • Convertir las masas a moles
  • Usar la ecuación química para obtener los datos necesarios
  • Reconvertir las moles a masas si se requiere

CÁLCULOS DE MOLES

La ecuación ajustada muestra la proporción entre reactivos y productos en la reacción


De manera que, para cada sustancia en la ecuación se puede calcular las moles consumidas o producidas debido a la reacción.

Si conocemos los pesos moleculares, podemos usar cantidades en gramos.

REACTIVO LIMITANTE 
Cuando se tiene una reacción donde participan dos reactivos, existe una relación teórica de la cantidad de ambos, por ejemplo si se agregan cantidades al azar de ambos reactivos, lo más probable es que uno de ellos se haya agregando en exceso y el otro reactivo se terminará en la reacción ( este último se conoce como reactivo limitante) .Los cálculos estequiométricos para determinar el reactivo en exceso y el reactivo limitante consiste en establecer dos condiciones, primero usando uno de los reactivos y después el otro, la condición que pueda llevarse a cabo se tomará de referencia.
 

4.8 Unidades de medida usuales; átomo-gramo, mol-gramo, volumen-gramo molecular, número de Avogadro.

 

Átomo gramo.

 

MASA ATÓMICA

            La masa real en gramos de los átomos o de las moléculas es de uso muy incómodo por ser extremadamente pequeñas. Es mucho menos incómodo el uso de masas relativas.

            Por masas relativas se entiende el número de veces que es mayor la masa de un átomo que la de otro átomo que se toma como base. El átomo escogido por los científicos como base es el más ligero de los 2 isótopos naturales del carbono y es el carbono doce (C12 ó C-12) y arbitrariamente se le dio a éste átomo el valor exacto de 12 unidades de masa atómica (12 uma).

            Las masas relativas de las mezclas de isótopos de los elementos tal y como se presentan en la naturaleza, usando el C12 como base se llaman masas atómicas de los elementos.

            Ejemplo: La masa atómica del cloro es

                                   Cloro = 35.453 uma

                                    Carbono = 12.01115 uma

                                   Azufre = 32.064 uma

                                   Hidrógeno = 1.00797 uma

                                   Oxigeno = 15.9994 uma

            A la masa isotópica también suele llamársele masa nuclídica, masa atómica, peso isotópico o peso atómico.

 

EL ÁTOMO GRAMO

            La masa en gramos de los átomos de los elementos debe encontrarse en la misma relación que sus masas atómicas.

            Para todos los elementos, podemos concluir que la masa atómica de “x” elemento expresada en gramos, representa un número similar de átomos de todos los elementos. Se encontró experimentalmente que éste número era de 6.02 x 1023 átomos, el número de Avogadro.

            Masa del átomo – gramo (abreviado átomo – gramo) es la masa atómica del elemento expresado en gramos.

            Ejemplo: El átomo – gramo del:

            Cloro = 35. 453 gr

            Carbono = 12.01115 gr

            Azufre = 32. 064 gr.

            Hidrógeno = 1.00 797 gr

            Oxígeno = 15.9994 gr

 

Mol-gramo.

 

MASA FORMULA

(Peso formula, peso molecular o masa molecular - para enlaces covalente)

            La suma de la masa de los átomos, como se indica en la fórmula representa la masa – fórmula de la sustancia. En el caso de los compuestos covalentes como el agua, la masa formula también se llama masa molecular.

Se determina multiplicando el número de átomos de cada elemento de la fórmula del compuesto por su masa atómica que se consulta en la tabla periódica.

 

            Ejemplo.

            Calcular la masa – formula para:

a)    H2O = 18 uma

            H = 1.00 uma x 2 =                2.00 uma

            O = 16.00 uma x 1 = 16.00 uma

                                                           18.00 uma

Número de Avogadro.

 

            La masa atómica de los elementos expresada en gramos representa a un número similar de átomos de todos los elementos. Se encontró experimentalmente que éste número era de 6.02 x 1023 átomos, así también, un mol de un compuesto covalente contiene 6.02 x 1023 moléculas del compuesto. La cantidad antes mencionada se conoce como el número de Avogadro  y se representa con la letra (N).

Ejemplo

1 átomo – gramo de 1 elemento = 6.02 x 1023 átomos.

 4. 9 Cálculos estequiométricos: relación peso-peso, relación peso-volumen reactivo limitante, reactivo en exceso, grado de conversión o rendimiento.

Relaciones peso-peso.

 

Las llamadas relaciones estequiométricas dependen de la manera en que se plantea el problema, es decir de las unidades en que se da la sustancia dato del problema y de las unidades en que se requiere o pide la sustancia incógnita (dato que se desconoce y se pide calcular).

Relaciones                      dato -  incógnita

                                               Mol – mol

  • Masa – masa             masa – mol

                                               Mol – masa

 


                                               Vol – masa

  • Masa – volumen        mol – vol

                                               Vol – mol

 

  • Volumen  - volumen

 

Unidades de medida

            Masa = gramos, kilogramo o mol

            Volumen = L, ml, m3, cm3

Relaciones mol-mol.

En este tipo de relación la sustancia dato se da en unidades de moles y la sustancia incógnita tambien se pide en unidades de moles.

Ejemplo

¿Cuántas moles de metano (CH4) reaccionando con suficiente oxígeno(O2) se necesitan para obtener 4 moles de agua(H2O).

 

X mol                                 4 mol

CH4    +     2 O2  à CO2  +   2 H2O

1 mol                                  2 mol

 

La ecuación nos indica que con un mol de metano se obtienen dos moles de agua por lo que se establece la relación.

 

 

X mol CH4     -----------  4 mol H2O

1 mol  CH4     -----------  2 mol H2O

 

X= (1 mol  CH4 ) (4 mol H2O)

                  2 mol H2O

 

X = 2 mol CH4 

 

 Esto significa que se necesitan 2 moles de metano para producir 4 moles de agua

RELACIÓN MASA – MASA 0 PESO-PESO

            En éste tipo de problemas las cantidades que se conocen y las que se pregunta están en alguna unidad de cantidad de masa, normalmente en gramos. Algunas veces la información proporcionada está en moles y se nos cuestione por la cantidad en gramos o viceversa.

 

            Ejemplo:       

            El hidróxido de litio sólido se emplea en los vehículos espaciales para eliminar el dióxido de carbono (CO2) que se exhala en medio vivo. Los productos son carbonato de litio sólido y agua líquida ¿Qué masa de bióxido de carbono gaseoso puede absorber 8gr de hidróxido de litio (LiOH)?. La reacción que representa el cambio es:

                        2 Li OH(s) + CO2 (g) à Li2 CO3 (s) +  H2 O(l)

Cálculos donde intervienen los conceptos de Reactivo limitante Reactivo en exceso Grado de conversión o rendimiento

 

REACTIVO LIMITANTE

            Reactivo limitante.- El que se encuentra en menor cantidad  en una reacción química y de ella depende la cantidad de producto obtenido.

           

Reactivo en exceso.- Sustancia que se encuentra en mayor cantidad y que cuando reacciona toda la sustancia limitante,  existe una cantidad de ella que no participa en la reacción; es decir es un sobrante en la reacción.

4.10 REACCIONES QUIMICAS SIMPLES.

 

Una reacción química es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactantes), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro.

A la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones químicas.

Los productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las que se da la reacción química.

Los tipos de reacciones inorgánicas son: Ácido-base (Neutralización), combustión, solubilización, reacciones redox y precipitación.

Desde un punto de vista de la física se pueden postular dos grandes modelos para las reacciones químicas: reacciones ácido-base(sin cambios en los estados de oxidación) y reacciones Redox (con cambios en los estados de oxidación). Sin embargo, podemos clasificarlas de acuerdo a el tipo de productos que resulta de la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis (combinación), descomposición, de sustitución simple, de sustitución doble:

 

Nombre
Descripción
Representación
Ejemplo
Reacción de síntesis
Elementos o compuestos sencillos que se unen para formar un compuesto más complejo.
A+B → AB
2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)
Reacción de descomposición
Un compuesto se fragmenta en elementos o compuestos más sencillos. En este tipo de reacción un solo reactivo se convierte en zonas o productos.
AB → A+B
2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)
Reacción de desplazamiento o simple sustitución
Un elemento reemplaza a otro en un compuesto.
A + BC → AC + B
Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu
Reacción de doble desplazamiento o doble sustitución
Los iones en un compuesto cambian lugares con los iones de otro compuesto para formar dos sustancias diferentes.
AB + CD → AD + BC
NaOH + HCl → NaCl + H2O




Reglas:

·         En toda reacción se conservan los átomos y las cargas (si hay iones)

·         No puede ocurrir un proceso de oxidación o de reducción aislado, ambos ocurren simultáneamente.

·         No se pueden formar productos que reaccionen enérgicamente con alguno de los productos obtenidos.

 

4.11. Acidos-base

Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base. Existen varios conceptos que proporcionan definiciones alternativas para los mecanismos de reacción involucrados en estas reacciones, y su aplicación en problemas en disolución relacionados con ellas. A pesar de las diferencias en las definiciones, su importancia se pone de manifiesto como los diferentes métodos de análisis cuando se aplica a reacciones ácido-base de especies gaseosas o líquidas, o cuando el carácter ácido o básico puede ser algo menos evidente. El primero de estos conceptos científicos de ácidos y bases fue proporcionado por el químico francés Antoine Lavoisier, alrededor de 1776.1

 TEORIAS DE ACIDOS-BACE

Definición de Usanovich

La definición más general es la del químico ruso Mikhail Usanovich, y puede ser resumida como que un ácido es cualquier especie química que acepta especies negativas o dona especies positivas, y una base lo inverso. Esto tiende a solaparse con el concepto de reacción redox (oxidación-reducción), por lo que no goza del favor de los químicos. Esto se debe a que las reacciones redox se enfocan mejor como procesos físicos de transferencia electrónica, en lugar de procesos de formación y ruptura de enlaces, aunque la distinción entre estos dos procesos es difusa.

Definición de Lux-Flood

Esta definición, propuesta por el químico alemán Hermann Lux12 13 en 1939, mejorada posteriormente por Håkon Flood alrededor de 194714 y ahora usada comúnmente en geoquímica y electroquímica modernas de sales fundidas, describe a un ácido como un aceptor de iones óxido, y una base como un donante de iones óxido. Por ejemplo:15

MgO (base) + CO2 (ácid) → MgCO3

CaO (base) + SiO2 (ácid) → CaSiO3

NO—
3 (base) + S2O2-
7 (ácido) → NO+
2 + 2 SO2-
4

Definición de Pearson

Artículo principal: Teoría ácido-base duro-blando.

En 196316 Ralph Pearson propuso un concepto cualitativo avanzado conocido como teoría ácido-base duro-blando desarrollada posteriormente de forma cuantitativa con ayuda de Robert Parr en 1984. 'Duro' se aplica a especies que son pequeñas, tienen elevados estados de oxidación, y son débilmente polarizables. 'Blando' se aplica a especies que son grandes, tienen bajos estados de oxidación, y son fuertemente polarizables. Los ácidos y las bases interactúan, y las interacciones más estables son las duro-duro y blando-blando. Esta teoría ha encontrado uso en química orgánica e inorgánica.

 

4.12Compuestos Orgánicos : halogenuros, combustión de hidrocarburos, benceno y sus derivados: polímeros.

1.    Compuestos Orgánicos y sus Reacciones 2 Profundizando las propiedades

2.    Reacciones Orgánicas Comunes Reacciones de sustitución. Un átomo o grupo de átomos de una molécula son reemplazados por un átomo o grupo de átomos de otra molécula. CH3OH + HBr ----> CH3 - Br + H2O Reacciones de eliminación . A partir de una molécula grande se obtiene una molécula pequeña.Aumenta el grado de multiplicidad del enlace. CH3CH2OH ----> CH2 = CH2 + H2O Reacciones de adición . Una molécula grande asimila una molécula pequeña.Disminuye el grado de multiplicidad del enlace. CH2 = CH2 + H - Br ----> CH3CH2 - Br HC º CH + H2 ----> CH2 = CH2

3.    Alcanos y cicloalcanos

o    Los puntos de ebullición de los alcanos no ramificados aumentan al aumentar el número de átomos de Carbono . Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificada, tendrá un punto de ebullición menor.

o    Los alcanos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno.

4.    Síntesis: El principal método para la obtención de alcanos es la hidrogenación de alquenos.                                                                                            El catalizador puede ser Pt, Pd, Ni .

5.    Reacciones Pirólisis . Se produce cuando se calientan alcanos a altas temperaturas en ausencia de Oxígeno. Se rompen enlaces C-C y C-H, formando radicales, que se combinan entre sí formando otros alcanos de mayor número de C.                                                                                                                                                                               

6.    Combustión: Halogenación:

7.    Alquenos

o    Los puntos de ebullición de los alquenos no ramificados aumentan al aumentar la longitud de la cadena. Para los isómeros, el que tenga la cadena más ramificada tendrá un punto de ebullición más bajo .

o    Los alquenos son casi totalmente insolubles en agua debido a su baja polaridad y a su incapacidad para formar enlaces con el hidrógeno.

8.     

o    Cuanto mayor es el número de grupos alquilo enlazados a los carbonos del doble enlace (más sustituido esté el doble enlace) mayor será la estabilidad del alqueno.

9.    Síntesis: Los métodos más utilizados para la síntesis de los alquenos son la deshidrogenación, deshalogenación, dehidratación y deshidrohalogenación , siendo estos dos últimos los más importantes. Se basan en reacciones de eliminación:                                                                                 

10.  Deshidrogenación: Deshalogenación: Deshidratación: Deshidrohalogenación:

11.  Reacciones Las reacciones más comunes de los alquenos son las reacciones de adición

12.  Hidrogenación: Halogenación: Adición De HBr con peroxido

13.  Benceno

o    La serie aromática se caracteriza por una gran estabilidad debido a las múltiples formas resonantes que presentan.

o    Tienen baja reactividad a las reacciones de adición .

o    El benceno por su alto grado de saturación lo cual favorece las reacciones de sustitución .

o    Es un líquido menos denso que el agua y poco soluble en ella . Es muy soluble en otros hidrocarburos .

o    El benceno es bastante tóxico para el hombre.

14.  Reacciones

o    Los sustituyentes producen diversos efectos sobre la reactividad y orientación de una nueva sustitución. Considerando estos efectos los sustituyentes se clasifican en:

o    Reactividad

§  Activadores: Aumentan la reactividad.

§  Inhibidores: Disminuyen la reactividad.

o    Orientación

§  Ortoparadirigentes: El nuevo sustituyente se sitúa en posición orto o para respecto a él (pero no meta).

§  Metadirigentes: En nuevo sustituyente se sitúa en posición meta respecto a él.

15.                                 Inhibidores moderados                                Inhibidores potentes Orientadores meta                                Inhibidores débiles                                Activadores débiles                                Activadores moderados                                Activadores potentes Orientadores orto-para Sustitución electrofílica aromática

16.  Alquinos

o    Las propiedades físicas de los alquinos son muy similares a las de los alquenos y los alcanos.

o    Los alquinos son ligeramente solubles en agua aunque son algo más solubles que los alquenos y los alcanos. A semejanza de los alquenos y alcanos, los alquinos son solubles en disolventes de baja polaridad ,como tetracloruro de carbono,éter y alcanos.

o    Los alquinos, al igual que los alquenos y los alcanos son menos densos que el agua.

o    Los tres primeros alquinos son gases a temperatura ambiente

17.  Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo vecinales.                                                                                                                                         Deshidrohalogenación de halogenuros de alquilo geminales (gem-dihalogenuros)                                                                                                                                                                                 Alquilación de alquinos Síntesis:

18.  Reacciones Muchas de las reacciones de los alquinos son reacciones de adición que siguen el siguiente esquema:                                                                                                                                                 

19.  Petróleo

o    El petróleo es una mezcla líquida de compuestos orgánicos , es siempre de una mezcla muy compleja en la que los principales constituyentes son hidrocarburos .

o    El refinado del petróleo - proceso indispensable para la obtención de productos útiles - consiste esencialmente en dividirlo en fracciones de distinto punto de ebullición mediante destilación fraccionada y aplicar después diferentes tratamientos a las fracciones obtenidas para que conduzcan a los productos deseados.

o    La división en fracciones de distinto punto de ebullición se produce fácilmente teniendo en cuenta que el punto de ebullición de los hidrocarburos aumenta al aumentar el número de átomos de carbono de la cadena .

4.13 COMPUESTOS DE IMPORTANCIA ECONOMICA, INDUSTRIAL Y AMBIENTAL.

 

 

     Elemento de Importancia Económica:

 

   Hidrogeno (H) Los principales uso del hidrogeno son:

a)    para la producción de amoniaco (N3H) por el proceso (Haber).

b)    En la producción del ácido clorhídrico al combinarse con cloro, en la síntesis del alcohol metilito (CH3OH) al combinar con monóxido de carbono.

c)    Refinación de petróleo.

d)   Hidrogeno de aceite.

 

   Boro (B) este no metal se utiliza como fertilizante foliar y edáfico.

   

    Carbono (C) este metal es importante ya que forma parte de numerosos compuestos y son importantes para la vida cotidiana del ser humano.

    También forma parte de las estructuras de las grasas o lípidos de la cual la parte estructural está formada por el glicerol y glicerina el cual es un alcohol.

    El carbono también forma parte de las estructuras de ácidos nucleícos, vitaminas.

     

    Nitrógeno (N) la mayor parte del nitrógeno se encuentra en el aire de la atmósfera y se usa para fabricar amoniaco al combinarse con el hidrogeno en su forma líquida, el nitrógeno se utiliza como congelante.

 

    Oxigeno (O) este elemento también se encuentra en el aire de la atmósfera y es muy importante en la vida del ser humano ya que el depende de su respiración.

    También se utiliza ampliamente en la industria y también se utiliza en la soldadura autógena o acetilénica.

 

    Flour (F) los usos de los fluoruros principalmente el fluoruro de sodio se utiliza en la fluoración del agua potable y en las pastas dentales para prevenir las caries.

   

    Cloro (Cl) se utiliza para la elaboración de plástico disolvente, pesticidas, producto farmacéutico, refrigerante y colorante. También se utiliza en la desinfección y para blaquiar textiles.

 

    Bromo (Br) los compuestos orgánicos que contienen bromo se utilizan como intermediarios en las síntesis industriales de colorantes. Los bromuros inorgánicos se utilizan como medicina en el blanqueo de tejidos y en fotografías bromuro de plata.

     

    Yodo (I) sus compuestos no se usan tan extensamente como las de otros halógenos del grupo 7ª y sus principales  usos: productos farmacéuticos, pinturas, para fotografía en su forma de yoduro de plata y también como desinfectantes.

 

 

     Elemento de  Importancia Industrial:

 

    Aluminio es resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por los que se emplea en la construcción de vehículos, aviones y utensilios domésticos. Se extrae de la bauxita por reducción electrolítica.

 

    Cobalto se emplea en la elaboración de aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción. Se emplea en herramienta mecánica de alta velocidad, imanes y motores. En forma de polvo, se emplea como pigmento azul para el vidrio. Su isótopo radiactivo se emplea en el Instituto Nacional de Investigación Nuclear (ININ) de México, por que produce radiaciones gamma.

 

    Mercurio es resistente a la corrosión y un bueno conductor eléctrico. Se usa en la fabricación de instrumentos de presión, baterías, termómetro, barómetro, amalgamas dentales, sosa cáustica, medicamentos e insecticidas.

 

    Antimonio se utiliza, metal de imprenta, baterías y textiles.

 

    Plata se emplea en la acuñación de monedas y manufacturas de vajillas y joyas, en fotografías, aparatos eléctricos, aleaciones y soldaduras.

 

    Cobre usado principalmente como conductor eléctrico, en la elaboración de monedas y aleaciones como el latón y bronce.

 

    Plomo se emplea para la fabricación de de barias y acumuladores, de pinturas, soldaduras e investigaciones nucleares.

 

    Hierro se utiliza en la industria, el arte y la medicina. Para fabricar acero, cemento, fundiciones de metales ferrosos, además es un componente importante de la sangre contenido en la hemoglobina.

 

    Oro es el patrón monetario internacional, sus aleaciones se emplean en joyerías, y ornamentos, piezas dentales y equipo científicos de elaboración. En la actualidad se ha reemplazado por iridio y rutenio en la joyera, y en piezas dentales, por platino y paladio.

 

 

         Elementos de Importancia Ambiental:

 

     Bromo sus vapores contamina el aire, además sus compuestos derivados solo la crimogenos y venenosos.

   

     Azufre sus óxidos (SO2 Y SO3) contaminan el aire y mezclados con agua producen la lluvia ácida. Algunas sustancias como los derivados clorados, sulfatos y ácidos son corrosivos, el gas H2S es sumamente toxico y contamina el aire.

 

     Cadmio contamina el agua y el aire es constituyente de algunos fertilizantes que contaminan el suelo.

 

      Mercurio contamina el agua, el aire y causa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos lo retienen y como el hombre los ingiere, lo incorpora a sus tejidos. También puede absorberse por la piel.

 

     Antimonio el envenenamiento por antimonio se produce por ingestión, inhalación de vapor y principalmente por un gas llamado estibina.

 

     Arsénico en general, todos sus compuestos y derivados son altamente tóxicos.

 

     Fósforo debido a que se emplea en la síntesis de pinturas, plaguicidas y fertilizantes, contaminan el aire, el suelo y el agua.

 

     Plomo contaminan el aire, el agua y el suelo (produce graves daños a la agricultura), y cuando se inhala o se ingiere como alimento, se acumula en el cuerpo y produce una enfermedad conocida como saturnismo.

 

     Cloro sus vapores contaminan el aire y son corrosivo. En forma de clorato, contamina el agua, además de forma mezcla explosiva con compuestos orgánicos que dañan el hígado y el cerebro. Algunos medicamentos que contienen cloro afectan al sistema nervioso.

 

     Cromo en su forma de cromato soluble contamina el agua. Sus compuestos son perjudiciales para el organismo, pues destruyen todas las células.

 

      Manganeso los polvos y humos que contienen manganeso causan envenenamientos y atrofian el cerebro, cuando se inhala, además de contaminar el agua.

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