Solubilidad

¿Cómo se puede predecir la formación de un precipitado cuando se añade un compuesto a una disolución o cuando se mezclan dos disoluciones? Esto depende de la solubilidad del soluto, que se define como la máxima cantidad de soluto que se disolverá en una cantidad dada de disolvete a una temperatura específica. Los químicos describe a las sustancias como solubles, ligeramente solubles o insolubles en terminos cualitativos. Se dice que una sustancia es soluble si se disuelve visiblemente una cantidad suficiente cuando se agrega agua. Si no es así, la sustancia se describe como ligeramente soluble o insoluble. Aunque todos los compuestos iónicos son electrólitos fuertes, no todos tienen la misma solubilidad.

Algunos compuestos iónicos solubles e insolubles

Precipitado

Metales, no metales y metaloides

Los elementos se clasificaron de diversas maneras, basándose en sus posiciones en la tabla periódica. En otro esquema de clasificación, los elementos suelen dividirse en tres clases: metales, no metales y metaloides.

Los elementos a la izquierda de los que se tocan a la linea zig-zag son metales (con excepción del hidrógeno), mientras que los que se encuentran a la derecha son no metales. Esta clasificación es algo arbitraria y hay elementos que no se adaptan bien a cualquiera de estas clases.

Los elementos adyacentes a la línea marcada suelen llamarse metaloides (o semimetales) porque muestran algunas propiedades características tanto de los metales como de los no metales.

Las propiedades generales de los metales y los no metales son opuestas. No todos los metales y no metales poseen dichas propiedades, pero las comparten en grado variable. Las propiedades físicas del enlace metálico en sí depende del número de electrones, en especial electrones desapareados que se encuentran más allá de la "última" capa con configuración de gas noble.

Como se indicó con anterioridad, los metaloides muestran algunas propiedades características tanto de metales como de no metales. Muchos de los metaoides como el silicio, el germanio y el antimonio, actúan como semiconductores, y son importantes para los circuitos electrónicos de estado sólido. Los semiconductores son aislantes a temperaturas inferiores, pero algunos son conductores a temperaturas más altas.

El aluminio es el más metálico de los metaloides y en ocasiones se clasifica como metal. Tiene apariencia metálica y es un conductor excelente de la electricidad, pero su conductividad eléctrica aumenta al elevarse la temperatura. Las conductividades de los metales disminuyen al elevarse la temperatura.

Glosario de terminos importantes II

Ley de conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma.

Ley de la conservación de la materia. No existe cambio detectable de cantidad de materia durante una reacción química.

Ley de la conservación de la energía y la materia. La cantidad total de materia y energía en el universo es constante.

Masa. Medida de la cantidad de materia que posee un objeto; suele medirse en gramos o kilogramos.

Materia. Todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

Mezcla. Muestra de matera compuesta de dos o más sustancias, cada una de las cuales conserva su identidad y propiedades.

Mezcla heterogénea. Mezcla que no tiene composición ni propiedades uniformes.

Mezcla homogénea. Mezcla que tiene composición y propiedades uniformes.

Molécula. Partícula más pequeña de un compuesto que puede existir en forma individual.

Peso. Medida de la atracción gravitacional de la Tierra sobre un cuerpo.

Precisión. Concordancia entre diversas determinaciones de una misma cantidad.

Propiedad extensiva. Una propiedad que depende de la cantidad de materia de una muestra.

Propiedad física. Véase propiedades.

Propiedad intensiva. Propiedad que no depende de la cantidad de materia de una muestra.

Propiedad química. Véase propiedades.

Propiedades. Características que describen a una muestra de materia. Las propiedades químicas se observan cuando la materia experimenta cambios químicos, y las propiedades físicas se observan cuando se produzcan cambios de composición química.

Símbolo. Letra o gruo de letras que representa (identifica) a un elemento.

Sustancia. Cualquier tipo de materia cuyas muestras tienen la misma composción química y propiedades físicas identicas.

Temperatura. Mide la intensidad de calor, es decir, qué tan caliente o frío se encuentra un objeto o muestra.

Calor y temperatura

Se estableció que el calor es una forma de energía. Asimismo, se indicó que las diferentes formas de energía pueden convertirse entre sí, y que en los procesos químicos la energía química se convierte en energía térmica y vicerversa. La cantidad de calor que requiere una reacción (endotérmica) o que libera (exotérmica) brinda una gran cantidad de información acerca de dicha reacción. Por esta razón es importante oder medir la intensidad de calor.

La temperatura mide la intensidad del calor, si un cuerpo está "caliente" o "frio". ¿Por qué se siente caliente un pedazo de metal a 100º C, mientras que u cubo de hielo a 0º C se siente frio? Esto se debe a que la temperatura del metal es mayor que la temperatura de la mano, y la del cubo de hielo menor. El calor fluye en forma espontánea del cuerpo más caliente al mas frio, nunca fluye en dirección opuesta.

Las temperaturas se miden, por lo regular, mediante termómetros de vidrio que contienen mercurio. Un termómetro de mercurio consiste en un depósito de mercurio en la base de un tubo de vidrio, conectado a una columna ascendente muy delgada (capilar), El mercurio se expande más que otros líquidos conforme aumenta su temperatura. Al efectuarse la expansión, puede observarse a través del capilar o columna de vacío.

Anders Celsius, un astrónomo sueco, desarrolló la escala de temperatura Celsius, la cual en sus inicios se denominó escala centígrada. Cuando se coloca un termómetro Celsius en un recipiente con hielo triturado y agua, el nivel del mercurio indica exactamente 0º C, el punto de referencia inferior. En un recipiente con agua hirviendo, el nivel del mercurio indica 100º C el punto de referencia superior. Hay 100 pasos o divisiones de igual tamaño entre esos dos niveles de mercurio, lo que equivale a un intervalo de 100 grados entre el punto de fusió0n del hielo y el punto de ebullición del agua a una atmósfera.

En Estados Unidos, las temperaturas generalmente se miden en la escala de temperatura diseñada por Gabriel Fahrenheit, un fabricante de instrumentación alemán. En esta escala, los puntos de congelación y ebullición del agua se definen como 32º F y 212º F, respectivamente. En el trabajo de investigación, las temperaturas suelen expresarse en la escara de temperatura absoluta o Kelvin. Como se verá, el punto cero de la escala de temperatura Kelvin se deriva del comportamiento observado en toda la materia.

En las escalas Celsius y Kelvin, los grados tienen la misma separación. Existen 100 grados entre el punto de congelación y ebullición del agua en ambas escalas; cada temperatura Kelvin se encuentra 273,15º por encima de la Celsius correspondiente. La relación entre las dos escalas es como sigue:

? K = ºC + 273.15º     o      ?ºC = K - 273.15º

En el sistema SI, los grados Kelvin se abrevian K en lugar de ºK, y se llaman kelvins.  Comparando con las escalas Celsius y Fahrenheit, se encuentra que los intervalos entre los mismos puntos de referencia son 100º C y 180º F, respectivamente, de manera que el grado Celsius es mayor que el grado Fahrenheit, es decir, 1.8 grados Fahrenheit cubren el mismo intervalo de temperatura que 1.0 grados Celsius. Con esta información, se encuentra el factor unitario:

1.8ºF   y    1.0ºC

1.0ºC        1.8ºF

Pero como los puntos iniciales de las dos escalas son diferentes, no s epuede convertir una temperatura de una escala a una temperatura de otra solamente multiplicándola por el factor unitario. Para convertir ºF a ºC, se debe agregar 32º F para ajustarse al punto cero de la escala Celsius.

?º F =  (xº C X 1.8 ºF) + 32 ºF               y         ? ºC = 1.0º C (xº F - 32º F)

                             1.0 ºC                                                     1.8º F

Presión

La presión se define como fuerza aplicada por unidad de área; esto es,

Presión = Fuerza
                 Área

La fuerza experimentada por cualquier área expuesta a la atmósfera terrestre es igual al peso de la columna de aire que soporte dicha área. La presión ejercida por esta columna de aire se llama presión atmosférica. El valor real de la presión atmosférica depende de la ubicación geográfica, temperatura y condiciones ambientales. Una referencia común de presión es una atmósfera (1 atm), que representa la presión atmosférica ejercida por una columna de aire seco al nivel de mar a 0ºC. La unidad SI derivada para la presión se obtiene aplicando la unidad también derivada de fuerza de un newton sobre un metro cuadrado, el cual a su vez es la unidad derivada de área. Una presión de un newton por metro cuadrado (1N/m²) se denomina un pascal (Pa).

Entonces, una atmósfera se define por medio de la siguiente equivalencia:

1atm = 101,325 Pa
           = 101.325 kPa

 Se utiliza la notacion Inglesa, donde el punto equivale a nuestra coma y la coma a nuestro punto.

 

Escalas de temperatura

Actualmente se utilizan tres escalas de temperatura. Sus unidades son ºF (grados Fahrenheit), ºC (grados Celsius) y K (Kelvin). En la escala Fahrenheit, que es la más utilizada en Estados Unidos fuera del laboratorio, se definen los puntos de congelacion y ebullición normales del agua en 32 y 212ºF, respectivamente. La escala Celsius divide en 100 grados el intervalo comprendido entre el punto de congelacion (0ºC) y el punto de ebullición del agua (100ºC). El kelvin es la unidad fundamental SI de temperatura; es la escala de temperatura absoluta. El término temperatura absoluta significa que el cero en la escala Kelvin, denotado por 0K, es la temperatura teórica mas baja que puede obtenerse. Por otro lado, 0ºC y 0ºF se basan en el comportamiento de una sustancia elegida de manera arbitraria, el agua.

El tamaño de un grado en la escala Fahrenheit es de sólo 100/80, o sea 5/9 de un grado en la escala Celsius. Para convertir grados Fahrenheit a grados Celsius, se escribe

?ºC = (ºF - 32ºF) x  5ºC
                                9ºF

Para convertir grados Celsius a grados Fahrenheit se utiliza la siguiente ecuación

?ºF = 9ºF x (ºC) + 32ºF
         5ºC

Tanto la escala Celsius como la Kelvin tienen unidades de igual magnitud; es decir, un grado celsius equivale a un grado kelvin. Los grados experimentales han demostrado que el cero absoluto en la escala Kelvin aquivale a -273.15ºC en la escala Celsius.

Entonces, para convertir grados Celsius a grados kelvin se utiliza la siguiente ecuación:

?K = (ºC + 273.15ºC)1K 
                                   1ºC

A menudo sera necesario hacer conversiones entre grados Celsius y grados Fahrenheit, entre los grados Celsius y Kelvin. 

Propiedades físicas y químicas de la materia

Las sustancias se caracterizan por sus propiedades y su composición. El color, punto de fusión y punto de ebullición son propiedades físicas. Una propiedad física se puede medir y observar sin que cambie la composición o identidad de la sustancia. Por ejemplo, es posible determinar el punto de fusión del hielo, calentando un trozo de él y registrando la temperatura a la cual se transforma en agua. El agua difiere del hielo sólido en apariencia, no en su composición, por lo que este cambio es físico; es pobile congelar el agua para recuperar el hielo original. Por lo tanto, el punto de fusión de una sustancia es una propiedad física. De igual manera, cuando se dice que el hielo gaseoso es más ligero que el aire, se hace referencia en una propiedad física.

Por otro lado, el enunciado "el hidrógeno gaseoso se quema en presencia de oxígeno gaseoso para formar agua" describe una propiedad química del hidrógeno, ya que para observar esta propiedad se debe efectuar un cambio químico, en ese caso la combustión. Después del cambio, los gases originales, hidrógeno y oxígeno, habrán desparecido y quedará una sustancia química distinta, el agua. No es posible recuperar el hidrógeno del agua por medio de un cambio físico como la ebullición o la congelación.

Cada ves que se prepara un huevo cocido se produce un cambio químico. Al ser sometido a una temperatura de aproximadamente 100ºC, tanto la clara como la yema experimentan cambios que modifican no sólo su aspecto físico, sino también su composición. Al comerse, cambia otra vez la composición del huevo por efecto de las sustancias presentes en el organismo, denominadas enzimas. Esta acción digestiva es otro ejemplo de un cambio químico tanto de los alimentos como de las enzimas implicadas.

Todas las propiedades de la materia que se puede medir, pertenecen a una de dos categorias: propiedades extensivas y propiedades intensivas. El valor medido de una propiedad extensiva depende de la cantidad de materia considerada. La masa que es la cantidad de materia de una cierta muestra de una sustancia, es una propiedad extensiva. Más materia significa más masa. Los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar. por ejemplo, dos monedas de cobre tendran la masa resultante de la suma de las masas individuales de cada moneda, así como la longitud de dos canchas de tenis es la suma de la longitud de cada una de ellas. El volumen, definido como 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, definida como la masa de un objeto dividida entre su volumen, es una propiedad intensiva. La temperatura es también una propiedad intensiva. Suponga que se tiene dos recipientes, de agua a la misma temperatura; si se mezclan en un recipiente grande, la temperatura de esta mayor cantidad de agua será la misma que la del agua del recipiente separado. A diferencia de la masa, la longitud y el volumen, la temperatura y otras propiedades intensivas no son aditivas.

Estados de la materia

La materia se clasifica en tres estados, aun cuando algunos ejemplos no se ajusten completamente a cualquiera de las tres categorías. En el estado sólido las sustancias son rígidas y tienen forma definida. El volumen de los sólidos no varía en forma considerable con los cambios de temperatura y presión; en algunos sólidos denominados cristalinos, las partículas individuales que los conforman ocupan posiciones definidas en la estructura cristalina. Las fuerzas de interacción entre las partículas individuales determinan la dureza y la resistencia del cristal. En el estado líquido las partículas individuales están confinadas en un volumen dado. Los líquidos fluyen y toman la forma del recipiente que los contiene; sin que su volumen varíe. Los líquidos son difíciles de comprimir. Los gases son menos denso que los líquidos y los sólidos, y ocupan todo el recipiente que los contiene; pueden expandirse hasta el infinito y se comprimen con facilidad. Se concluye que los gases consisten principalmente de espacio vacío; esto es, las partículas individuales están bastante separadas.

Los tres estados de la materia son convertibles entre ellos mismos. Un solido se fundirá, por calentamiento, para formar un líquido. (La temperatura a la cual ocurre esto se denomina punto de fusión.) Un calentamiento ulterior convertirá al líquido en gas. (Esta conversión se lleva a cabo en el punto de ebullición del líquido.) Por otro lado, el enfriamiento de un gas lo condensará para formar un líquido. Cuando el líquido se enfría aún más, se congelará para producir un sólido.