act 8. leccion evaluativa 2. lecturas

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGAS E INGENIERAS

201102- Qumica general Act No. 8. Leccin evaluativa 2

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Act. 8: Leccin evaluativa 2

SOLUCIONES

Entrar al recurso de aprendizaje Minicurso Soluciones que aparece al inicio del tpico 4, donde estn las actividades de la unidad 2, all pueden leer sobre soluciones, solubilidad y realizar varias actividades sobre el tema.

Los diferentes estados de agregacin de la materia, cuando las sustancias son puras,

estn formadas por un mismo tipo de componentes elementales, ya sean tomos,

molculas, o pares de iones. Los cambios de estado, cuando se producen, slo afectan a

su ordenacin o agregacin.

Sin embargo, en la naturaleza, la materia se presenta, con mayor frecuencia, en forma de

mezcla de sustancias puras. Las disoluciones o soluciones constituyen un tipo particular

de mezclas. El aire de la atmsfera o el agua del mar son ejemplos de disoluciones. El

hecho de que la mayor parte de los procesos qumicos tengan lugar en disolucin hace

del estudio de las disoluciones un apartado importante de la qumica.

Las soluciones en qumica, son mezclas homogneas de sustancias en iguales o distintos

estados de agregacin. La concentracin de una solucin constituye una de sus

principales caractersticas. Bastantes propiedades de las soluciones dependen

exclusivamente de la concentracin. Su estudio resulta de inters tanto para la fsica

como para la qumica. Algunos ejemplos de soluciones son: agua salada, oxgeno y

nitrgeno del aire, el gas carbnico en los refrescos.

Todas las propiedades de las soluciones: color, sabor, densidad, punto de fusin y

ebullicin dependen de las cantidades que pongamos de las diferentes sustancias.

La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de solvente, y a la de

menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta.

Algunas de las caractersticas de las soluciones:

Las partculas de soluto tienen menor tamao que en las otras clases de mezclas.

Presentan una sola fase, es decir, son homogneas.



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Si se dejan en reposo durante un tiempo, las fases no se separan ni se observa

sedimentacin, es decir las partculas no se depositan en el fondo del recipiente.

Son totalmente transparentes, es decir, permiten el paso de la luz.

Sus componentes o fases no pueden separarse por filtracin

Las mezclas de gases, son soluciones.

El soluto puede ser un gas, un lquido o un slido, y el solvente puede ser tambin un gas,

un lquido o un slido. El agua con gas es un ejemplo de un gas (dixido de carbono)

disuelto en un lquido (agua).

Algunos metales son solubles en otros cuando estn en el estado lquido y solidifican

manteniendo la mezcla de tomos. Si en esa mezcla los dos metales se pueden

solidificar, entonces sern una solucin slida.

Solubilidad

La solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en otra.

La solubilidad es la medida o magnitud que indica la cantidad mxima de soluto que puede disolverse en una cantidad determinada de solvente y a una temperatura dada.

En qumica la solubilidad es la capacidad de una sustancia de disolver a otra, no necesariamente tienen que ser lquidas, pueden estar en los tres estados de la materia, por ejemplo las gaseosas son gases disueltos en lquidos, el talco es un slido que absorbe lquidos.

Segn su grado de solubilidad las sustancias, en determinados solvente, se pueden clasificar en

Solubles: si su solubilidad es 0,1 M o mayor

Poco Solubles: si su solubilidad se sita entre 0,1 M y 0,001 M

Insolubles: si su solubilidad no llega a 0,001 M



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Algunos lquidos, como el agua y el alcohol, pueden disolverse entre ellos en cualquier

proporcin.

En una solucin de azcar en agua, puede suceder que, si se le sigue aadiendo ms

azcar, se llegue a un punto en el que ya no se disolver ms, pues la solucin est

saturada.

La solubilidad de un compuesto en un solvente concreto y a una temperatura y presin

dadas se define como la cantidad mxima de ese compuesto que puede ser disuelta en la

solucin. En la mayora de las sustancias, la solubilidad aumenta al aumentar la

temperatura del solvente. En el caso de sustancias como los gases o sales orgnicas de

calcio, la solubilidad en un lquido aumenta a medida que disminuye la temperatura.

En general, la mayor solubilidad se da en soluciones cuyas molculas tienen una

estructura similar a las del solvente.

La solubilidad de las sustancias varia, algunas de ellas son muy poco solubles o

insolubles. La sal de cocina, el azcar y el vinagre son muy solubles en agua, pero el

bicarbonato de sodio casi no se disuelve.

Soluciones acuosas

El agua es la biomolcula ms abundante del ser humano, constituye un 65-70 % del

peso total del cuerpo. Esta proporcin debe mantenerse muy prxima a estos valores

para mantener la homestasis hdrica, por lo contrario el organismo se ve frente a

situaciones patolgicas debidas ala deshidratacin o la retencin de lquidos. La

importancia del estudio de la biomolcula agua radica en el hecho de que la totalidad de

las reacciones bioqumicas se realizan en el seno del agua, todos los nutrientes se

transportan en el seno del agua.

Estructura molecular del agua. Es una molcula tetradrica, con el tomo de oxigeno en el

centro y los dos tomos de hidrgeno en los vrtices de dicho tetraedro quedando los

otros dos vrtices ocupados por los electrones no compartidos del oxgeno

El oxigeno es un tomo que posee mayor electronegatividad que el hidrogeno, esto hace

que la molcula de agua sea un dipolo elctrico. Esta estructura explica muchas de las

propiedades fsicas y qumicas del agua bien sea por la formacin de puentes de

hidrogeno o por solvatacin de otras molculas.



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Propiedades Coligativas de las soluciones

Cuando se aade un soluto a un solvente, se alteran algunas propiedades fsicas del

solvente. Al aumentar la cantidad del soluto, sube el punto de ebullicin y desciende el

punto de solidificacin. As, para evitarla congelacin del agua utilizada en la refrigeracin

de los motores de los automviles, se le aade un anticongelante (soluto) y cuando se

aade un soluto se rebaja la presin de vapor del solvente.

Otra propiedad destacable de una solucin es su capacidad para ejercer una presin

osmtica. Si separamos dos soluciones de concentraciones diferentes por una membrana

semipermeable (una membrana que permite el paso de las molculas del solvente, pero

impide el paso de las del soluto), las molculas del solvente pasarn de la solucin menos

concentrada a la solucin de mayor concentracin, haciendo a esta ltima ms diluida.

El fenmeno de smosis se presenta cuando una solucin esta separada de su solvente

por una membrana semipermeable. La smosis es la difusin de solvente a travs de la

membrana desde la parte de menor a la de mayor concentracin. La presin osmtica es

la presin que ejerce la solucin de mayor concentracin para impedir el paso del

solvente (smosis) a travs de la membrana.

Las membranas biolgicas tienen permeabilidades distintas y se dice que son

semipermeables, es decir que son permeables para las molculas del solvente o

pequeas molculas, pero no permiten el paso libre todas las molculas disueltas.

El osmol es una unidad biolgica que se usa para soluciones que tienen actividad

osmtica

Clasificacin de las soluciones

Ver video http://www.youtube.com/watch?v=_w0t1CzQgV8&feature=related

ferneyResaltado

ferneyResaltado



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Por su ESTADO FISICO Por su CONCENTRACION

ejemplo

SLIDAS

Gas en

slido

Lquido

en slido

Slido

en

slido

Hidrgeno en nquel

Amalgama

(Mercurio en

Plata)

Aleacin (Oro y

Cobre)

SOLUCION NO-SATURADA; es

aquella en donde la fase dispersa y la

dispersante no estn en equilibrio a una

temperatura dada; es decir, ellas

pueden admitir ms soluto hasta

alcanzar su grado de saturacin.

Ej: a 0 C 100 g de agua disuelven 37,5

NaCl, es decir, a la temperatura dada,

una disolucin que contengan 20g NaCl

en 100g de agua, es no saturada.

LIQUIDAS

Gas en

lquido

Lquido en

lquido

Slido en

lquido

dixido de

carbono en

agua

Acetona en agua

Sal en agua

SOLUCION SATURADA: en estas

disoluciones hay un equilibrio entre la

fase dispersa y el medio dispersante,

ya que a la temperatura que se tome en

consideracin, el solvente no es capaz

de disolver ms soluto. Ej una

disolucin acuosa saturada de NaCl es

aquella que contiene 37,5 disueltos en

100 g de agua 0 C.

GASEOSAS

Gas en

gas

Lquido en

gas

Slido en

Gas

Aire (mezcla de

gases)

Nubes

Humo

SOLUCION SOBRE SATURADA:

representan un tipo de disolucin

inestable, ya que presenta disuelto ms

soluto que el permitido para la

temperatura dada.

Para preparar este tipo de disoluciones

se agrega soluto en exceso, a elevada

temperatura y luego se enfra el

sistema lentamente. Estas soluciones

son inestables, ya que al aadir un

cristal muy pequeo del soluto, el

exceso existente precipita; de igual

manera sucede con un cambio brusco

de temperatura.



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NOTA: Remitirse al mdulo UNIDAD 2 captulo 1 SOLUCIONES y CLASIFICACION

DE LAS SOLUCIONES, leer y conceptualizar los temas antes de entrar a responder

las preguntas sobre el tema en el cuestionario.

UNIDADES DE CONCENTRACION

Las unidades de concentracin expresan la cantidad de soluto disuelta en

una cantidad dada de solvente o de solucin. Entre mayor sea la cantidad de

soluto disuelta ms concentrada estar la solucin. Las unidades de

concentracin se clasifican en unidades fsicas y qumicas.

1. UNIDADES FSICAS.

Las unidades fsicas de concentracin no tiene en cuenta la masa molar de los

componentes de la solucin.

Porcentaje de soluto en la solucin. Puede ser:

- porcentaje en masa (peso) [1], %m/m (%p/p)

Indica la masa de soluto disuelta en 100 gramos de solucin y se puede calcular mediante la expresin:

- porcentaje de masa en volumen, %m/v (%p/v)

Indica la masa de soluto disuelta en 100 ml de solucin y se puede calcular mediante la expresin:

- porcentaje en volumen, %(v/v)

Indica el volumen (en mililitros) de soluto disuelto en 100 mililitros de solucin y se puede calcular mediante la expresin:



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[1] Es importante anotar que los conceptos de masa y peso son diferentes. El peso depende de la

gravedad. Aqu usaremos indistintamente estos conceptos.

-Gramos por Litro, g/L

Indica la cantidad de gramos de soluto por litro de solucin.

- partes por milln (ppm).

Se define como la masa soluto expresada en miligramos contenidos en un litro kilogramo de solucin. El nombre de sta expresin de concentracin se deriva de la relacin entre Kg y mg (1 kilogramo = 106 miligramos).

NOTA: Remitirse al Mdulo UNIDAD 2 Captulo 2 Unidades de concentracin y

revisar los ejemplos sobre las diferentes unidades de Porcentaje de soluto en

solucin y los ejemplos sobre la unidad de concentracin "partes por milln

(ppm)"

2. UNIDADES QUMICAS

Las unidades qumicas de concentracin tienen en cuenta la masa molar de

los componentes de la solucin, se enumeran a continuacin:

Molaridad o concentracin Molar (M).

Se define como la cantidad de sustancia (nmero de moles) presente en un litro de solucin.



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El nmero de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto.

M (moles/litro) = n (moles de soluto) / V (Litros de solucin)

Normalidad o Concentracin normal (N).

La concentracin normal o normalidad (N) se define como el nmero de equivalentes del soluto presente en un litro de solucin.

El nmero de equivalentes del soluto se calcula a partir de la expresin:

donde: Meq = masa molar equivalente o masa equivalente.

La masa molar equivalente o masa equivalente es igual a:

donde Z es un nmero que depende de la naturaleza de las sustancias y de la clase de reaccin dnde participen los compuestos.

Z es un nmero que depende de la naturaleza de las sustancias y de la clase de reaccin dnde participen los compuestos.

Para un cido Z es igual al nmero de H+ que contenga en su molcula o al nmero de H+ que participe en una reaccin qumica.



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Para una base Z es igual al nmero de OH- que contenga en su molcula o al nmero de OH- que participe en una reaccin qumica.

Para una sal Z es igual a la valencia del metal multiplicado por la cantidad de ellos que contenga la molcula.

Otras relaciones: n moles = n equivalentes / Z Molaridad = Normalidad/Z Si Z es 1, la Molaridad es = a la Normalidad Si Z es 2, la M es la 1/2 de la N, por tanto, la N es dos veces la M.

molalidad o Concentracin molal (m).

La concentracin molal o molalidad ( m ) se define como la cantidad de sustancia (nmero de moles) del soluto contenido en 1 kilogramo del solvente. Se calcula mediante la ecuacin.

Como se mostr con las unidades fsicas y qumica existen distintas formas de nombrar la concentracin de una solucin, pero las ms utilizadas son: porcentajes, gramos por litro (g/l) y molaridad (M).

El nmero de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de un mol (masa molar) de soluto.

Concentracin de una solucin

Existen distintas formas de expresar la concentracin de una solucin, pero las dos ms

utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M).

Los gramos por litro indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un

determinado volumen de disolucin, expresado en litros. As, una solucin de cloruro de



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sodio con una concentracin de 40 g/l contiene 40 g de cloruro de sodio en un litro de

solucin.

La molaridad (M) se define como la cantidad de sustancia de soluto, expresada en moles,

contenida en un cierto volumen de solucin, expresado en litros, es decir:

M = n/V. (1)

El nmero de moles de soluto equivale al cociente entre la masa de soluto y la masa de

un mol (masa molar, M) de soluto:

n = m /M (2)

Ejemplo 1.

Para conocer la molaridad de una solucin que se ha preparado disolviendo 70 g de

cloruro de sodio (NaCl) hasta obtener 2litros de solucin, hay que calcular:

1.El nmero de moles de NaCl

La masa molar (M) del cloruro de sodio es la suma de las masas atmicas de sus

elementos, es decir, 23g/mol + 35,5g/mol = 58,5 g/mol,

Reemplazando en (2), el nmero de moles n, ser 70 g / 58,5 g/mol = 1,2 moles por

tanto n = 1.2 moles

2. La molaridad M, reemplazando n y volumen en la ecuacin (1)

M = 1,2mol / 2L = 0,6 moles/L = 0.6 M (0,6 molar).

Ejemplo 2.

Preparar 250 mL de una solucin 1 M de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4. 5H2O)

Ver video http://www.youtube.com/watch?v=2ClzPB2LB7U

Como el video est en ingls a continuacin se explica lo que hacen.

El video les muestra que deben calcular las moles que se van a emplear y pasarlas a

gramos, para ello utilizo la ecuacin de Molaridad (1):

M = n/V

Despejo n, queda:



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n = MxV

Tenemos: V = 0.25 litro M = 1mol/L, reemplazo

n = 1 (mol/L) x 0.25 L = 0.25 moles

- se calculan los gramos que hay en 0.25 moles, para ello utilizo la masa molar del

compuesto y la ecuacin que relaciona la masa la masa molar y los moles (2):

Despejo la masa y queda:

m(g) = M x n

La Masa molar de CuSO4. 5H2O ES la suma de las masas molares de cada uno de ls

tomos que forman la molcula, multiplicados por ls respectivos subndices y

coeficientes.

Masa molar de CuSO4. 5H2O = 247.5 g/mol

m(g) = 0.25mol x 247.5g/mol = 62.4g

- Se pesa el papel (1,20g) + los 62,4 g de la sal = 63.6

- se vierte la sal en un matraz volumtrico de 250 mL , se adiciona agua sin completar a

volumen, se agita para disolver la sal y luego se completa a volumen con agua con

ayuda de un frasco lavador.

- Quedaron preparados los 250 mL de una solucin 1 M de sulfato de cobre

pentahidratado (CuSO4. 5H2O)

Convenciones:



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Nombre smbolo unidades

Molaridad M Mol/L

Masa Molar M g/mol

masa m g

Cantidad de sustancia n mol

PROPIEDADES COLIGATIVAS

Las propiedades coligativas de una solucin son aquellas que dependen solamente de la concentracin de soluto, independientemente de su naturaleza, se trate de tomos, iones o molculas.

Estas son:

1. Descenso de la presin de vapor. Disminucin de la presin de vapor del solvente.

La presin de vapor de una solucin es menor que la presin de vapor del solvente puro que la conforma. Si el soluto no forma iones cuando se disuelve una solucin, la presin de vapor de la solucin (P) es igual a la fraccin molar del solvente (X) multiplicada por la presin de vapor del solvente puro (P0 )

P = X P0

Las soluciones que cumplen esta ley se denominan soluciones ideales. Generalmente son soluciones diluidas.

2. Aumento Ebulloscpico. Aumento de la temperatura de ebullicin.

Una solucin que contiene un soluto no voltil y molecular aumenta la temperatura de ebullicin (?Te), con respecto a la temperatura de ebullicin del solvente puro.

El aumento ebulloscpico esta dado por: Te = m Ke

Donde: m es la molalidad

Ke es la constante ebulloscpica del solvente constante molal del punto de ebullicin.



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3. Descenso Crioscpico. Disminucin de la temperatura congelacin. Una solucin que contiene un soluto no voltil y molecular disminuye la temperatura de congelacin (?Tc), con respecto a la temperatura de congelacin del solvente puro.

El descenso crioscpico est dado por: Tc= m Kc

4. Presin Osmtica.

Cuando dos soluciones de diferentes concentraciones o una solucin y su solvente puro estn separados por una membrana semipermeable (selectiva) que deja pasar solamente a las molculas de solvente, el resultado neto es el paso del solvente de la solucin ms diluida a la solucin ms concentrada o del solvente puro a la solucin, para tratar de igualar las concentraciones. Este fenmeno se denomina smosis. La presin osmtica, es la presin ejercida sobre la solucin ms concentrada para que no ocurra la smosis

La presin osmtica pi( ), esta dada por la siguiente ecuacin:

V = n R T

Donde: V es el volumen de la solucin (L); n es la cantidad de sustancia (nmero de moles de soluto); R es la constante universal de los gases ideales; T temperatura absoluta [K]

Despejando la frmula y reemplazando n = m/M:

V = (m/M )RT M = m R T / V

donde M es la masa molar; m la masa en gramos

Las propiedades coligativas tienen aplicaciones importantes en el clculo de concentraciones de soluciones, de masas molares de solutos, en la preparacin de mezclas anticongelantes, soluciones de uso mdico, entre otras. En este curso se mostraran ejemplo de las propiedades coligativas slo para solutos moleculares, es decir aquellos solutos que no se disocian.

Remitirse al mdulo, unidad 2, cap 4, para ver los ejemplos de clculos y hacer los ejercicios propuestos al final del captulo y de la unidad.



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COLOIDES

Las soluciones verdaderas se diferencian de las soluciones coloidales y de las

suspensiones en que las partculas del soluto son de tamao molecular, y se encuentran

dispersas entre las molculas del solvente.

Las dispersiones coloidales o coloides, son mezclas heterogneas cuyas partculas son mayores que las molculas o iones que forman las soluciones verdaderas, pero ms pequeas que las partculas que forman las suspensiones. El tamao de las partculas coloidales oscila entre los lmites de 1 nm (10-7 cm .) y 1000 nm (10-4 cm .), por esto no pueden ser separadas por membranas (ver tabla 6).

CLASIFICACIN DE LOS COLOIDES.

Existen ocho clases de coloides:

Clase Nombre Ejemplo

Lquido en lquido emulsin leche, mayonesa

Lquido en slido emulsin slida queso, mantequilla, jaleas

Lquido en gas aerosol lquido niebla, nubes,

Slido en lquido sol protena en agua, gelatina en

agua

Slido en slido sol slido vidrio de colores, ciertas

aleaciones

Slido en gas aerosol slido humo, polvo en el aire

Gas en lquido espuma crema batida, espuma de jabn.

Gas en slido espuma slida piedra pmez, espuma plstica.

PROPIEDADES DE LOS COLOIDES

Efecto Tyndall. La trayectoria de un rayo de luz que pasa a travs de una dispersin coloidal se hace visible debido a la dispersin de la luz por las partculas coloidales. Dos ejemplos bien notorios lo constituye la trayectoria de un rayo de sol en un recinto cerrado donde existen partculas de polvo y el haz de luz de un proyector de cine movindose al azar.



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Movimiento browniano. El movimiento desordenado de las partculas en un coloide que es causado por el bombardeo de estas partculas por las molculas del solvente. Esta propiedad es importante para la estabilidad del coloide porque impide que las partculas coloidales se asienten.

El carbn vegetal pulverizado es un ejemplo de una sustancia que tiene muchos usos prcticos debido al tamao coloidal de sus partculas. Se utiliza en las mscaras respiratorias (contra gases) para adsorber gases venenosos en el aire; se usa tambin para eliminar gases y olores del suministro de agua urbana. Se utiliza asimismo para eliminar impurezas cromticas en soluciones en el laboratorio y en la industria, y tambin sirve como antdoto contra venenos ingeridos. Un dispositivo recin desarrollado contribuye a salvar vidas mediante un filtro de carbn que elimina las sustancias txicas de la sangre, de personas que han tomado veneno o dosis excesivas de medicamentos.

EQUILIBRIO QUIMICO

GENERALIDADES DEL EQUILIBRIO QUIMICO.

El equilibrio qumico es un estado dinmico del sistema en el que no se observan cambios a medida que transcurre el tiempo. En este curso consideraremos las reacciones qumicas reversibles como sistemas.

El equilibrio qumico es una consecuencia de la reversibilidad de las reacciones. Por ejemplo, mientras que, el nitrgeno y el hidrgeno reaccionan para formar amonaco:

N2 (g) + 3H2(g) ------> 2NH3(g)

el amonaco se descompone para producir nitrgeno e hidrgeno:

2NH3(g) -----> N2 (g) + 3H2(g)

La reaccin es reversible, y la ecuacin tambin puede escribirse:

N2 (g) + 3H2(g) 2NH3(g)

Para cualquier reaccin: aA + bB cC + dD



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K = cte. de cada reaccin en el equilibrio

Las letras entre parntesis rectangular indican concentracin molar de reactivo o producto y los exponentes son los coeficientes estequiomtricos respectivos en la reaccin. De acuerdo con estas expresiones matemticas:

Si K > 1, la reaccin tiene un rendimiento alto y se dice que esta desplazada a la derecha.

Q= Relacin antes del equilibrio, valor que vara durante la reaccin hasta que llega al equilibrio,

Si se utiliza Q se sabe que:

Si Q < K: la reaccin se lleva a cabo hacia los productos (hacia la derecha), y Q va a aumentar hasta llegar a K, donde se vuelve constante.

Si Q > K: la relacin entre productos y reactivos es muy grande, entonces los productos se convierten en reactivos y la reaccin se lleva a cabo en sentido contrario (hacia la izquierda, pero en menor cantidad).

Si Q = K: el sistema se encuentra en equilibrio.

Tomado del mdulo y de http://www.uia.mx/campus/publicaciones/quimanal/pdf/4equilibrioquimico.pdf

CONSTANTE DE EQUILIBRIO

Cuando una reaccin qumica se encuentra en equilibrio, las concentraciones de los reactantes y productos permanecen constantes. Adems las velocidades de la reaccin directa e inversa son iguales. A partir de estas consideraciones se puede establecer la expresin de la constante de equilibrio, a una temperatura dada.



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Para la reaccin general: aA + bB cC + dD

la expresin de la constante de equilibrio es:

Kes igual al producto (multiplicacin) de las concentraciones en el equilibrio de los productos de la reaccin elevadas a sus respectivos coeficientes estequiomtricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactantes en el equilibrio elevados a sus respectivos coeficientes estequiomtricos, u una temperatura determinada.

Ke es igual al producto (multiplicacin) de las concentraciones en el equilibrio de los productos de la reaccin elevadas a sus respectivos coeficientes estequiomtricos, dividido por el producto de las concentraciones de los reactantes en el equilibrio elevados a sus respectivos coeficientes Ke, es la constante de equilibrio a una temperatura dada.

Las cantidades entre los corchetes [ ] indican concentraciones en moles por litro.

Los superndices a, b, c, d son los coeficientes estequiomtricos de la ecuacin balanceada.

Ntese que en la expresin de la constante de equilibrio las concentraciones de los productos se escriben en el numerador y las de los productos en el denominador. Adems en esta expresin slo se escriben las concentraciones de las sustancias que se encuentren en estado gaseoso y en solucin, porque las concentraciones de las sustancias en estado slido o lquido permanecen constante en el transcurso de la reaccin.

Ver ejemplos de aplicaciones de la constante de equilibrio en el mdulo

EQUILIBRIO IONICO

Un caso particular de equilibrio qumico es el que ocurre en soluciones. Generalmente en las soluciones las especies se encuentran en forma de iones. Es por esto que el equilibrio en soluciones se conoce con el nombre de equilibrio inico.



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Para comprender mejor lo que sucede en un equilibrio inico es necesario tener en cuenta los siguientes conceptos:

Electrolitos:

son sustancias que al disolverse en agua conducen la corriente elctrica debido a que se disocian en iones. Si la disociacin ocurre en todas, o en casi todas las molculas, la sustancia se denomina electrolito fuerte. Si solo un pequeo nmero de las molculas se disocian en iones, generalmente menos del 1%, la sustancia es un electrolito dbil.

Son ejemplos de electrlitos fuertes: los cidos sulfrico, ntrico, clorhdrico y otros; todas las sales, excepto el cloruro mercurioso; todas las bases inorgnicas, excepto el hidrxido de amonio (NH4OH).

Entre los electrlitos dbiles se encuentran todos los cidos orgnicos, cuyo ejem-plo tpico es el cido actico, cidos como el fluorhdrico, carbnico y el fosfrico y bases como el NH4OH.

Los no electrlitos son sustancias que al disolverse en agua no se disocian, es decir, no forman iones; entre estas sustancias se encuentran la sacarosa (azcar de mesa), el etanol, el oxgeno, el metano, el monxido de carbono, etc.

DEFINICION DE ACIDO y BASE. Segn Brnsted-Lowry

En 1884, Arrhenius propuso una definicin de cidos y bases que restringan su aplicacin debido a que estas sustancias se comportaban como tales slo si se disolvan en agua.

En concepto de Brnsted-Lowry define a un cido como toda sustancia que puede ceder o donar un protn (H+) a otra sustancia y una base como toda sustancia capaz de recibir o aceptar un protn (H+) de otra sustancia. Estas definiciones a diferencia de las de Arrhenius son vlidas para cualquier solvente diferente al agua.

Ver . mdulo, unidad 2 cap 6, p 140 y http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Acido_base.htm

Para el equilibrio:

HCl(g) + H2O(l) H3O+

(ac) + Cl -(ac)

cido 1 + base 1 cido 2 + base 2



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El cido 2 (H3O+) se llama cido conjugado. Un cido conjugado es la sustancia

que se forma de la base que recibi el protn. La base y cido conjugado en este equilibrio son H2O y H3O

+respectivamente.

La base 2 ( Cl- ) se llama base conjugada. Una base conjugada es la sustancia que se forma cuando se dona un protn (H+) de un cido . El cido y la base conjugada en este equilibrio son HCl y Cl respectivamente. Un cido y una base conjugada s e les conocen como pares conjugados cido-base.

ACIDOS Y BASES FUERTES Y DEBILES

Los cidos fuertes y dbiles se definen de una manera muy semejante a los electrlitos

fuertes y dbiles. Un cido fuerte es aquel que se ioniza por completo o casi por completo

para donar todos sus protones. Por ejemplo, el cido ntrico es un cido fuerte. En el

HNO3 0.1 M, el 92% de las molculas del cido ntrico estn ionizadas a iones hidronio y

nitrato, y slo el 8% quedan como molculas enteras.

HNO3 + H2O > H3O+ + NO3

Un cido dbil se ioniza slo parcialmente en agua para donar protones. El cido actico

constituye un ejemplo de cido dbil. En una solucin de CH3COOH 0.1 M, slo el 1,3%

de las molculas estn ionizadas.

CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO

-

Equilibrio cido-bsico. Aunque el equilibrio cido-bsico se estudia sin importar la

naturaleza de los cidos y bases, en este curso haremos referencia slo a los equilibrios

de cidos y bases dbiles.



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Cuando un cido dbil HX se disocia se establece un equilibrio dinmico que se

representa as:

HX H+ + X- HX + H2O H3O++ X-

La constante de equilibrio se denomina constante de disociacin del cido (Ka).

Estrictamente el H+ se une a una molcula de agua para formar el in H3O+ (hidronio),

pero se puede representar en una forma abreviada como H+.

La constante de disociacin depende de la temperatura, es caracterstica para cada

electrolito y su valor numrico se determina experimentalmente.

Para las bases el equilibrio de disociacin se representa as

BOH B+ + OH-

La constante de equilibrio se denomina constante de disociacin de la base (Kb).

En la tabla 7. se muestran algunas constantes de disociacin Ka yKb:

Tabla 7. Constantes de disociacin a 25C

cido Ka Base Kb

HCl

HF

H2CO3/HCO3-

2 x 106

6.7 x 10-4

4.4 x 10-7

NH3

CH3NH2

(CH3)2NH

1.75 x 10-5

4.4 x 10-4

7.4 x 10-4



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HCN

HCOOH

C6H5COOH

CH3COOH

cido ctrico

cido lctico

Fenol

4.0 x 10-10

2.1 x 10-4

6.6 x 10-5

1.86 x 10-5

8.7 x 10-4

1.5 x 10-4

1.3 x 10-10

C2H5NH2

Anilina

Piridina

4.6 x 10-4

4.0 x 10-10

1.4 x 10-9

PORCENTAJE DE DISOCIACION

El porcentaje de disociacin () es el nmero de moles, de cido o base dbiles, que se disocian por cada 100 moles iniciales.

Matemticamente se expresa as:

*

Ejemplo :

El porcentaje de disociacin de una solucin de cido actico, CH3COOH, 0.1 M es del 1,3%. Calcular su constante de disociacin.

Solucin:

CH3COOH CH3COO- + H+

Ka = [CH3COO-] x [H+]

[CH3COOH]

Primero se debe calcular las moles disociadas despejndolas de la ecuacin de porcentaje de disociacin ( ) :



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Moles/L disociadas = 0.1 x 1.3 = 0.0013

100 Por la estequiometra de la disociacin 1 mol/L de cido actico disociado, produce 1 mol/L de iones acetato y 1 mol/L de hidrogeniones (0.0013 producen 0..0013).

PRODUCTO IONICO DEL AGUA

El agua es uno de los electrlitos ms dbiles que existen. Algunas de sus propiedades especialmente su conductividad elctrica, muestra que el agua pura tiene la capacidad de disociarse en iones, por lo que en realidad se puede considerar como una mezcla de: agua molecular (H2O), protones hidratados (H3O

+) e iones hidroxilo (OH-).

Su equilibrio de disociacin es:

H2O + H2O H 3 O + + OH

que tambin se puede escribir as:

H2O H+ + OH-

Su constante de disociacin se denomina Kw:

Debido a que los slidos y los lquidos puros no se incluyen en la constante de equilibrio, se obtiene:

Kw = [H+] [OH-]

Kw tambin se denomina producto inico del agua y su valor numrico determi-nado experimentalmente es 1 x 10-14 a 25 C.

Kw = [H+] [OH-] = 1 x 10-14



23

Es evidente que si se aumenta la concentracin de una de las especies que participan en el equilibrio, la otra u otras, deben cambiar hasta que su relacin vuelva a ser igual a la constante de equilibrio.

En el caso del agua, si aumenta la concentracin de hdrogeniones (H+), debe disminuir la de OH- , de tal manera que su producto inico alcance el valor numrico de 1 x 10-14.

Por ejemplo, si la concentracin de hidrogeniones es 1 M, la del OH- ser: 1 x 10-14.

Para el agua pura a 25 C, la ecuacin de disociacin muestra que la cantidad de [H+] y [OH-] son iguales:

[H+] = [OH-] = 10-7

Potencial de iones hidrgeno en una solucin, pH



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En el agua las concentraciones [H+] y [OH-] son muy pequeas, inclusive en las soluciones cidas bsicas muy diluidas. Por esta razn se introdujo el concepto de pH para expresar en nmeros mayores dichas concentraciones.

El potencial de hidrgeno, o pH, de define como:

pH = -log [H+], o tambin

Tambin se define el potencial de iones hidroxilos como pOH:

pOH = - log [OH-]

Entre el pH y el pOH existe la relacin:

pH + pOH = 14

Consultar el mdulo U 2, cap 6 para ver ejemplos sobre como calcular el pH de cidos y

bases fuertes y de cidos y bases dbiles.

Ver enlace http://www.profesorenlinea.cl/Quimica/Agua_Ionizacion.html

Las pginas 149 a 155 de http://galeon.hispavista.com/melaniocoronado/IONICO.pdf

act 8. leccion evaluativa 2. lecturas

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