viernes, 13 de febrero de 2015

Concentración de disoluciones

Para estudiar la estequiometría en disoluciones, es necesario conocer la cantidad de los reactivos presentes en una disolución y saber controlar las cantidades utilizadas de reactivos para llevar a cabo una reacción en disolución acuosa.
La concentración de una disolución es la cantidad de soluto presente en una cantidad dada de disolvente o de disolución. La concentración de una disolución se puede expresar en muchas formas distintas, para este texto consideraremos una de las unidades más utilizadas en la química, la molaridad (M), o concentración molar, que es el número de moles de soluto en 1 litro (L) de disolución. La molaridad se define por la ecuación:

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

donde "soln" significa "disolución". Así, una disolución 1.46 molar de glucosa (C6H12O6), escrita como 1.46 M de C6H12O6 contiene 1.46 moles de soluto (C6H12O6) en 1 L de la disolución; una disolución 0.52 molar de urea [(NH3)2CO)], escrita como 0.52 M de (NH3)2CO), contiene 0.52 moles de (NH3)2CO) (el soluto) en 1 L de disolución y así sucesivamente.
Por supuesto que no siempre se trabaja con volúmenes de disolución exactamente de 1 L. Esto no represente problema alguno si se hace la conversión del volúmen de la disolución a litros. Así, una disolución de 500 mL que contiene 0.730 moles de C6H12O6 también tiene una concentración 1.46 M:

M = molaridad = (0.730 mol / 0.500 L)
                        = 1.46 mol / L  = 1.46 M

Como se puede ver, la unidad de molaridad es moles por litro, por lo que una disolución de 500 mL, que contiene 0.730 moles de C6H12Oequivalen a 1.46 mol/L, o 1.46 M. Observe que, al igual que la densidad, la concentración es una propiedad intensiva, por lo que su valor no depende de la cantidad de disolución.


miércoles, 11 de febrero de 2015

Número de oxidación

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

H2(g)  +  Cl(g)  -->  2HCl(g)
S(s)  +  O2(g)  -->  SO2(g)

Como el HCl y el SO2 no son compuestos iónicos, sino moleculares, en realidad no se transfieren electrones durante la formación de estos compuestos, lo que si sucede en el caso del CaO. No obstante, los químicos tratan estas reacciones como reacciones redox porque experimentalmente se observa que hay una transferencia parcial de electrones (de H al Cl en el HCl, y de S al O en el SO2).
Para tener un seguimiento de los electrones en las reacciones redox, es conveniente asignar números de oxidación a los reactivos y productos. El número de oxidación de un átomo, también llamado estado de oxidación, significa el número de cargas que tendría un átomo en una molécula (o en un compuesto iónico) si los electrones fueron transferidos completamente. Por ejemplo, las ecuaciones anteriores para la formación de HCl y se podrían escribir como:

0           0       ,      +1-1
H2(g)  +  Cl(g)  -->  2HCl(g)
0           0       ,      +4-2
S(s)  +  O2(g)  -->  SO2(g)


Los números colocados encima de los símbolos de los elementos son los números de oxidación. En ninguna de las dos reacciones hay cargas en los átomos de las moléculas de reactivos. Por tanto, su número de reacción es cero. Sin embargo, para las moléculas de los productos se supone que ha habido una transferencia completa de electrones y los átomos ganaron o perdieron electrones. Los números de oxidación reflejan el número de electrones "transferidos".
Los números de oxidación permiten identificar los elementos que se han oxidado y reducido. Los elementos que muestran un aumento en el número de oxidación, el hidrógeno y el azufre en los ejemplos anteriores, se han oxidado. El cloro y el oxígeno se han reducido, porque los números de oxidación son menores que al inicio de la reacción. Observe que la suma de los números de oxidación del H y del Cl en el HCl (+1 y -1) es cero. Asimismo, si se añaden cargas (+4) en el S y en los dos átomos de O [2 X (-2)], el total es cero. La razón de esto es que las moléculas de HCl y SOson neutras y por lo tanto se deben cancelar las cargas.


lunes, 9 de febrero de 2015

Reacciones de oxidación-reducción

Mientras que las reacciones ácido-base se caracterizan por un proceso de transferencia de protones, las reacciones de oxidación-reducción, o reacciones redox, se consideran como reacciones de transferencia de electrones. Las reacciones de oxidación-reducción forman una parte importante del mundo que nos rodea. Abarcan desde la combustión de combustibles fósiles hasta la acción de blanqueadores domésticos. Asimismo, la mayoría de los elementos metálicos y no metálicos se obtienen a partir de sus minerales por procesos de oxidación o de reducción.
Muchas reacciones redox importantes se llevan a cabo en agua, pero esto no implica que todas las reacciones redox sucedan en medio acuoso. Considere, por ejemplo, la formación de óxido de calcio (CaO) a partir de calcio y oxígeno.

2Ca(s)  +  O2(g)  -->  2CaO(s)

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

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

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

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

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

2Ca  +  O2  -->  2Ca2+  + 2O2-

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

2Ca2+  + 2O2-  -->  2CaO

Por convenio, no se muestran las cargas en las fórmula de un compuesto iónico por lo que el óxido de calcio normalmente se presenta como CaO y no como 2Ca2+O-
El término reacción de oxidación se refiere a la semirreacion que implica la pérdida de electrones. Antiguamente, los químicos empleaban el término "oxidación" para expresar la combinación de elementos con oxígeno. Sin embargo, actualmente tiene un significado más amplio ya que también incluye reacciones en las que no participa el oxígeno. Una reacción de reducción es una semirreacción que implica una ganancia de electrones. En la formación de óxido de calcio, el calcio de oxida. Se dice que actúa como agente reductor porque dona electrones al oxígeno y hace que se reduzca. El oxígeno se reduce y actúa como un agente oxidante porque acepta electrones del calcio y hace que este se oxide.Observe que la magnitud de la oxidación en una reacción redox debe ser igual a la magnitud de la reducción, es decir, el número de electrones que pierde un agente reductor debe ser igual al número de electrones ganados por un agente oxidante.



sábado, 20 de septiembre de 2014

Neutralización ácido-base

Una reacción de neutralización es una reacción entre un ácido y una base. Generalmente, en las reacciones acuosas ácido-base se forma agua y una sal, que es un compuesto iónico formado por un catión distinto del H+ y un anión distinto del OH- u O2-:

ácido  +  base  -->  sal  + agua

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

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

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

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

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

H+(ac)  +  OH-(ac)  -->  H2O(l)

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


miércoles, 17 de septiembre de 2014

Una indeseable reacción de precipitación

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

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

donde HCO3-; es el ión bicarbonato.
El agua que contiene iones Ca2+ y/o Mg2+  se conoce como agua dura y el agua que prácticamente está libre de estos iones recibe el nombre de agua blanda. El agua dura es inadecuada para algunos usos domésticos e industriales.
Cuando el agua que contiene iones Ca2+ y HCO3-;se calienta o se hierve, se invierte la reacción de disolución para producir precipitado de CaCO3.

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

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

CO2(ac)   -->   CO2(g)

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


jueves, 4 de septiembre de 2014

Propiedades generales de los ácidos y bases

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

Ácidos
  • Los ácidos tienen sabor agrio; por ejemplo el vinagre debe su sabor al ácido acético, y los limones y otros frutos cítricos contienen ácido cítrico.
  • Los ácidos ocasionan cambios de color en los pigmentos vegetales; por ejemplo, cambian el color del papel tornasol de azul a rojo.
  • Los ácidos reaccionan con algunos metales como el zinc, magnesio o hierro para producir hidrógeno gaseoso. Una reacción típica es la que sucede entre el ácido clorhídrico y el magnesio:
2HCl(ac)  +  Mg(s)  -->  MgCl2(ac)  +  H2(g)
  •  Los ácidos reaccionan con los carbonatos y los bicarbonatos, como Na2CO3, CaCO3 y NaHCO3, para formar dióxido de carbono gaseoso. Por ejemplo:
2HCl(ac)  +  CaCO3(s)  -->  CaCl2(ac)  +  H2O(l)  +  CO2(g)
  • Las soluciones acuosas de los ácidos conducen la electricidad 
Ionización del HCl en agua para formar el ion hidronio y el ion cloruro


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

sábado, 30 de agosto de 2014

Ácidos y bases

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