Principios de QumicaApuntes y CuestionariosLa materia de Principios de Quimica de la Preparatoria Abierta presenta varios inconvenientes para el alumno que estudia en casa, ya que el libro de texto esta dirigido a estudiantes que va a cursar carreras relacionadas con la qumica, y por lo mismo, el tratamiento de los temas resulta elevado para este nivel de estudio. En este material se ha resumido el contenido del curso Principios de Qumica para la Preparatoria Abierta de la SEP. Se han tomado en cuenta los objetivos de la gua de estudios, junto con el libro de texto. Al final de cada captulo se encuentra el cuestionario del libro con los problemas resueltos. Dentro de esos cuestionarios se encuentra una parte correspondiente a conceptos la cual se ha dejado sin contestar para que el alumno la resuelva investigando en el libro o en internet, me parece que el material de Wikipedia puede ser mas fcil de entender que el libro de texto. Espero que este material les sea de utilidad y facilite tambin la labor del asesor en esta materia. Cualquier comentario o sugerencia lo pueden enviar al siguiente correo electrnico: mariolri@hotmail.com

Atte. LCQ. Mario Len Ros

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Modulo # 1 Energa .1. Movimiento.Los cientficos de una de las ramas de la fsica (la mecnica), durante siglos han dedicado especial atencin al anlisis del movimiento. cules son los elementos o los aspectos ms simples en cuyos trminos puede describirse el movimiento? Cules son los elementos ms simples a los que pueden reducirse todas las formas de movimiento? Dos de los "elementos" ms tiles se relacionan con la posicin (la posicin del objeto en el espacio y su posicin respecto al tiempo). La descripcin de un cuerpo en movimiento debe indicar en dnde est y cundo. Se puede describir la forma en que se desplaza un objeto, indicando cmo se relacionan entre s las dos posiciones. La mejor descripcin, la proporciona la ecuacin con la cual podamos decir dnde estar el objeto en un tiempo futuro, o dnde estaba anteriormente. Cinematica: Es la parte de la mecnica que se encarga de estudiar la geometra del movimiento. Velocidad = distancia/tiempo Aceleracin = cambio de velocidad /tiempo

2. Sistema mtrico decimal.Fue implantado por la primera Conferencia General de Pesos y Medidas (Pars, 1889). Se pretenda buscar un sistema de unidades nico para todo el mundo y as facilitar el intercambio cientfico, cultural, comercial, de datos... Hasta entonces cada pas, incluso cada regin, tena su propio sistema de unidades; a menudo, una misma denominacin representaba un valor distinto en lugares y pocas diferentes. - Como unidad de medida de longitud se adopt el metro, definido como la diezmillonsima parte del cuadrante del meridiano terrestre, cuyo patrn se reprodujo en una barra de platino iridiado. El original se deposit en Pars y se hizo una copia para cada uno de los veinte pases firmantes del acuerdo. - Como medida de capacidad se adopt el litro, equivalente a un decmetro cbico de agua a 4 C y 1 atm. - Como medida de masa se adopt el kilogramo, definido a partir de la masa de un litro de agua pura a su densidad mxima[1] (unos 4 C) y materializado en un kilogramo patrn. Las mejoras posteriores de los sistemas de medicin tanto del tamao de la Tierra como de las propiedades del agua mostraron discrepancias con los patrones. La Revolucin industrial estaba ya en camino y la normalizacin de las piezas mecnicas, fundamentalmente tornillos y tuercas, era de la mayor importancia y estos dependan de mediciones precisas. A pesar de que las discrepancias que se encontraron habran quedado totalmente enmascaradas en las tolerancias de fabricacin de la poca, cambiar los patrones de medida para ajustarse a las nuevas mediciones hubiera sido imprctico, particularmente cuando nuevos y mejores instrumentos acabaran encontrando nuevos valores cada vez ms precisos. Por ello se decidi romper con la relacin que exista entre los patrones y sus fuentes naturales, de tal forma que los patrones en s se convirtieron en la base del sistema y permanecieron como tales hasta 1960, ao en el que el metro fue nuevamente redefinido en funcin de propiedades fsicas y luego, en 1983, la Conferencia General de Pesos y Medidas celebrada en Pars hace una nueva definicin del metro como la distancia recorrida por la luz en vaco durante 1/299.792.458 segundo. De esta forma, el metro recobr su relacin con un fenmeno natural, esta vez realmente inmutable y universal. El kilogramo, sin embargo, permanece formalmente definido basndose en el patrn que ya tiene dos siglos de antigedad.El sistema mtrico original se adopt internacionalmente en la Conferencia General de Pesos y Medidas de 1889 y deriv en el Sistema Internacional de Unidades. Actualmente, aproximadamente el 95% de la poblacin mundial vive en pases en que se usa el sistema mtrico y sus derivados. MULTIPLOS Y SUBMULTIPLOS DE SISTEMA METRICO DECIMAL

3. Las tres leyes de Newton sobre el movimiento.Primera ley del movimiento. Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilneo y uniforme siempre que las fuerzas externas no lo obligan a cambiar ese estado. A esta propiedad de la materia se le llama inercia. Segunda ley del movimiento. El cambio en el movimiento es proporcional a la fuerza y dicho cambio se produce en la direccin de la lnea recta a lo largo de la cual acta la fuerza. Fuerza = masa . Aceleracin; F = m a

Tercera ley del movimiento. La fuerza que un cuerpo ejerce sobre otro debe tener igual magnitud y direccin opuesta a la que el segundo ejerce sobre el primero. Tambin conocida como ley de la accin y de la reaccin.

Accin: Peso Reaccin: Fuerza que ejerce el piso sobre el objeto

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4. Concepto de peso.La masa es la cantidad de materia que tiene un cuerpo y es una medida de la inercia. El peso es la fuerza con la que un objeto es atrado por el centro de la tierra. Una persona tiene la misma masa en la tierra que en la luna, pero el peso es diferente, porque la luna atrae con menor fuerza (1/6) que la tierra. Peso = F = mg g= aceleracin de la gravedad = 9.8 m/s 2

5. Principios en que se basa el funcionamiento de una balanza.La balanza de brazos iguales funciona por comparacin de masas; lo que se hace es equilibrar el peso de un objeto con el peso de un peso estndar o patrn, por la cantidad de masa patrn requerida para equilibrar la balanza se obtiene la masa del objeto. Peso objeto = Peso patrn mo.g = mp.g dividiendo todo entre g. mo = mp

6. Diferencia entre energa cintica y energa potencial.La energa potencial es la que tiene un cuerpo debido a su posicin en un campo gravitacional. En la superficie de la tierra es la que tiene un cuerpo debido a su altura. La energa potencial Ep es el trabajo realizado para elevar un cuerpo de masa m a una altura h en contra de la gravedad de la tierra. Ep = m.g.h La energa cintica es la energa Ec que tiene un cuerpo debido a su velocidad. Ec = mv2 La energa potencial se convierte en cintica cuando un cuerpo se suelta desde su posicin original h, a medida que el cuerpo cae y la altura disminuye, la energa potencial disminuye mientras la energa cintica aumenta, pero siempre la suma de energa potencial + cintica es la misma. Etotal = Ep + Ec

7. Los diferentes tipos de energa.Energa calorfica o tmica: Es la que se encuentra en forma de vibracin molecular y que se percibe como calor. Energa qumica: Se encuentra almacenada dentro de los enlaces de las molculas y se libera a travs de la reacciones qumicas. Energa luminosa: Se presenta en forma de radiacin electromagntica y abarca un gran rango de longitudes de onda incluyendo a la luz visible. Energa elctrica: Es la que se suministra a travs del movimiento de electrones en un conductor.

8. Las propiedades de la luz.Absorcin: Una superficie negra absorbe y transforma en calor la mayora de la luz que le llega. Superficies grises o coloreadas absorben parte de la luz y reflejan el resto. Las de color reflejan luz de color, y las grises, luz blanca. Trasmisin: La luz puede atravesar objetos no opacos. Reflexin: Las superficies planas y pulidas reflejan la luz en un ngulo igual al ngulo del rayo incidente respecto a la normal. Refraccin: Es la desviacin que sufre un rayo de luz al pasar de un medio a otro de diferente densidad (como del aire al vidrio), si el segundo medio es mas denso que el primero, el rayo se acercar mas a la linea normal en cambio, si el segundo medio es menos denso que el primero, el rayo se alejar mas de la normal. La refraccin se debe a que la luz viaja a menor velocidad en el medio mas denso. Dispersin: Es la separacin de los componentes de la luz blanca al pasar por un prisma para formar las distintas bandas de color que forman el arco iris. Cada color corresponde a distinta longitud de onda, y todas esas longitudes de onda mezcladas forman la luz blanca. Difraccin: Es la desviacin que sufren los rayos cuando inciden sobre el borde de un objeto opaco. Cuando la difraccin se hace utilizando una doble rendija se observa el fenmeno de interferencia, donde se forman patrones de lineas claras y oscuras. Polarizacin: Como la luz es un movimiento ondulatorio transversal, su plano de vibracin hace un ngulo de 90 con el sentido de propagacin. La luz que emiten las fuentes naturales se encuentra vibrando en todos los planos posibles, pero cuando se le hace pasar por ciertos materiales como la calcita o el vidrio polaroid, se obtiene un filtrado que solo deja pasar los rayos que vibran en un solo plano. A esta luz que ha sido filtrada de esta manera se le llama luz polarizada.

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9. Las diferentes teoras sobre la naturaleza de la luz.Teora ondulatoria: Esta teora, desarrollada por Christiaan Huygens, considera que la luz es una onda electromagntica, consistente en un campo elctrico que vara en el tiempo generando a su vez un campo magntico y viceversa, ya que los campos elctricos variables generan campos magnticos (ley de Ampre) y los campos magnticos variables generan campos elctricos (ley de Faraday). De esta forma, la onda se autopropaga indefinidamente a travs del espacio, con campos magnticos y elctricos generndose continuamente. Estas ondas electromagnticas son sinusoidales, con los campos elctrico y magntico perpendiculares entre s y respecto a la direccin de propagacin. Teora corpuscular: La teora corpuscular estudia la luz como si se tratase de un torrente de partculas sin carga y sin masa llamadas fotones, capaces de portar todas las formas de radiacin electromagntica. Esta interpretacin resurgi debido a que, la luz, en sus interacciones con la materia, intercambia energa slo en cantidades discretas (mltiplas de un valor mnimo) de energa denominadas cuantos. Este hecho es difcil de combinar con la idea de que la energa de la luz se emita en forma de ondas, pero es fcilmente visualizado en trminos de corpsculos de luz o fotones.

10. Problemas que relacionan peso, masa y velocidad.a) Cual es el meso de un objeto cuya masa es 2 kg. Peso = mg = 2 kg x 9,86 m/s2 = 19.72 Newtons b) Un objeto parte del reposo con una velocidad uniforme, a los 15 segundos se encuentra a 40 metros de su punto de arranque, Cul es su velocidad?. V = d/ t = 40 m/ 15 s = 8 m/s c) Un cuerpo de 3 kg se encuentra suspendido a 15 m del suelo, luego se le deja caer. Cul es la energa potencial en el punto mas alto? Cul es la energa cintica y potencial que tiene cuando va cayendo a la mitad del recorrido?Cul es su velocidad en el momento en que toca el suelo? c.1: Ep = mgh = 3 kg x 9.86 m/s2 x 15 m = 441 Kgm2/s2 = 441 Julios c.2: Ep = 3 kg x 9.8 x 7.5 m = 220.5 Julios c.3: Ec = mv = 441 Julios;2

Ec = 441 220.5 = 220.5 Julios

v = 2Ec/m = 2(441)/3 = 17.1 m/s

11. Conversin entre grados Centgrados y Farenheit.C = 5/9(F-32) F = 9/5C + 32

Cuestionario 1. Qu significan las siguientes palabras? NOTA: Los nmeros en parntesis indican la pgina del libro en que se encuentra la respuesta. Esta partetambin se puede contestar consultando internet (Wikipedia). a) cinemtica: (18) d) aceleracin : (19) g) masa: (20) j) densidad: (39) m) propiedad extensiva: (30) p) energa potencial:(29) s) longitud de onda: (34) b) metro:(16) e) inercia: (20) h) peso: (26) k) peso especfico: (39) n) impulso: (28) q) energa mecnica total: (30) t) espectro lineal: (36) c) velocidad: (18) f) fuerza: (22) i) kilogramo: (20) l) calora: (30) o) energa cintica: (29) r) frecuencia de la luz: (34) u) cuanto: (36)

2. De qu maneras puede tener energa un objeto que est en un campo gravitacional?Puede tener energa potencial de acuerdo a la intensidad del campo que lo atrae y energa cintica debido a la velocidad a la que se mueve impulsado por este campo.

3. Utilizando una balanza de brazos iguales, encontramos que un objeto tiene una masa de 0.5 kg. Si la misma balanza se usara para medir este objeto en la Luna, cul sera su masa? Explique.La masa medida en una balanza de brazos iguales sera el mismo en la tierra que en la luna, debido a que hay una comparacin de masas en ambos casos. Como sabemos, en la igualdad: mog = mpg ; aunque gLuna = 1/6 gTierra ambas constantes se anulan al dividir ambos miembros entre g y no afectan la medicin.

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4. Un tipo comn de balanza es el de resorte, como la que se ilustra en la fIgura 1.9. Suponga que la escala se calibra en la Tierra usando como gua el kilogramo patrn y sus unidades fraccionaras, de tal manera que las marcas de la escala correspondan a las masas. Suponga tambin que, usando una escala semejante en la Tierra, en el mismo lugar en donde fue calibrada, encontramos que un objeto tiene una masa de 6 kg. Cul sera la lectura si se utilizara la misma escala para determinar la masa del mismo objeto en la Luna? Explique.Como la balanza de resorte mide la fuerza con que un objeto es atrado por el lugar en que est, y como la balanza fue calibrada en la tierra, entonces el peso registrado ser 1/6 del que tendra en la tierra, ya que la aceleracin gravitacional de la luna es 1/6 de la de la tierra. Por tanto el peso registrado en la luna ser de 1 kg.

5. El siguiente ejemplo ilustra el clculo en que intervienen los impulsos. Con un rifle cuya masa es de 4 kg, se dispara una bala de 10 g. a una velocidad de salida de 800 m/seg. Si el rifle tiene libertad de retroceso (no se lo tiene firmemente sujeto contra el hombro), a qu velocidad retroceder y chocar contra el hombro? Se da por supuesto que se aplica la ley de conservacin del impulso y se la aplica a este problema de la siguien te manera:MrifleVretroceso + MbalaVbala = MrifleVantes disparo + MbalaVantes disparo = 0 (ya que antes de disparar es cero la velocidad tanto del rifle como de la bala) 4000 g X Vretroceso + 10 g X 800 m/ seg = 0 Vretroceso = -(10) (800) = 4000 El signo menos indica que el rifle retrocede, es decir se mueve en direccion opuesta a la de la bala. La velocidad de retroceso es 2 m/seg, que es aproximadamente 7.24 km/h. - 2 m/seg

Problema. Un bloque de madera de 4 kg descansa en una superficie horizontal tan lisa, que no existe friccin. Se dispara horizontalmente hacia l una bala de 10 g, a una velocidad de 800 m/seg, la cual se incrusta en la madera. A qu velocidad se movern el bloque y la bala de la posicin de reposo que tenia el bloque? (masa bala)(velocidad bala) = (masa bala+bloque)(velocidad bala+bloque) (velocidad bala+bloque) = (masa bala)(velocidad bala) /(masa bala+bloque) (velocidad bala+bloque) = (10 g)(800 m/s) /(4010 g) = 1.9950 m/s Respuesta: 1.99 m/seg. 6. Convierta -40C a grados Fahrenheit.F = 9/5 C + 32 = 9/5(-40) + 32 = - 40 F

7. Calcule el nmero de kilocaloras que se requieren para elevar 10 grados centgrados la temperatura de 4 litros de agua.Considerando la densidad del agua en 1 g/cc, entonces 4 litros son 4000 g de agua. La calora est definida como el calor necesario para elevar 1 C la temperatura de 1 g de agua. Entonces se requieren Q = CH2O . gH2O. (T2-T1) = (1 cal/g.C)(4000 g) (10C) = 40,000 caloras

8. Cuntos gramos de plomo hay en un volumen de 1000 cc? Cuntos de aluminio?Densidad = masa / volumen; masa = densidad . volumen; dplomo = 11.2 g/cm3, daluminio = 2.7 g/cm3 masaaluminio = 2.7 x 1000 = 2,700 g masaplomo = 11.2 x 1000 = 11,200 g,

9. Una enfermera alemana inform que la temperatura de un paciente era de 39C. Estaba sano o enfermo el paciente?Enfermo

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Modulo # 2 Los Atomos y los Elementos.1. Principales modelos atmicos (Thomson, Ruterford, Boh).Ao 1808 Cientfico John Dalton Descubrimientos experimentales Durante el s.XVIII y principios del XIX algunos cientficos haban investigado distintos aspectos de las reacciones qumicas, obteniendo las llamadas leyes clsicas de la Qumica. Modelo atmico La imagen del tomo expuesta por Dalton en su teora atmica, para explicar estas leyes, es la de minsculas partculas esfricas, indivisibles e inmutables, iguales entre s en cada elemento qumico. De este descubrimiento dedujo que el tomo deba de ser una esfera de materia cargada positivamente, en cuyo interior estaban incrustados los electrones.

1897

J.J. Thomson

Demostr que dentro de los tomos hay unas partculas diminutas, con carga elctrica negativa, a las que se llam electrones.

1911

E. Rutherford

Demostr que los tomos no eran macizos, como se crea, sino que estn vacos en su mayor parte y en su centro hay un diminuto ncleo.

Dedujo que el tomo deba estar formado por una corteza con los electrones girando alrededor de un ncleo central cargado positivamente.

1913

Niels Bohr

Espectros atmicos discontinuos originados por la radiacin emitida por los tomos excitados de los elementos en estado gaseoso.

Propuso un nuevo modelo atmico, segn el cual los electrones giran alrededor del ncleo en unos niveles bien definidos.

2. Estructura atmica de los elementos a partir de el numero y la masa atmica (colocacin de electrones, protones, neutrones).Numero atmico: indica el nmero de protones que hay dentro del ncleo y el nmero de electrones que se encuentran girando al rededor. Masa atmica: la masa atmica que se encuentra en la tabla peridica es en realidad el promedio de los pesos atmicos de todos los istopos de acuerdo a su abundancia relativa. Cuando se trata de un solo istopo, la masa atmica representa la suma de protones y neutrones en el ncleo. Distribucin de electrones en los distintos niveles energticos: El principio de Aufbau contiene una serie de instrucciones relacionadas a la ubicacin de electrones en los orbitales de un tomo. El modelo, formulado por el erudito fsico Niels Bohr, recibi el nombre de Aufbau (del alemn Aufbauprinzip: principio de construccin) en vez del nombre del cientfico. Tambin se conoce popularmente con el nombre de regla del serrucho. Los orbitales se 'llenan' respetando la regla de Hund, que dice que ningn orbital puede tener dos electrones antes que los restantes orbitales de la misma subcapa tengan al menos uno. Se comienza con el orbital de menor energa. Primero debe llenarse el orbital 1s (hasta un mximo de dos electrones), esto de acuerdo con el nmero cuntico l. Seguido se llena el orbital 2s (tambin con dos electrones como mximo). La subcapa 2p tiene tres orbitales degenerados en energa denominados, segn su posicin tridimensional, 2px, 2py, 2pz. As, los tres orbitales 2p puede llenarse hasta con seis electrones, dos en cada uno. De nuevo, de acuerdo con la regla de Hund, deben tener todos por lo menos un electrn antes de que alguno llegue a tener dos. Y as, sucesivamente: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6 Ejemplo: Llenemos las capas de los siguientes elementos:6

C: 1s22s22p2

1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz 3s 1s 2s 2px 2py 2pz 3s 3px 3py 3pz

Las flechas hacia arriba o hacia abajo indican el cuarto nmero cuntico spin o giro del electrn con los valores +1/2 () o -1/2. (). Cuando se llega a los subniveles p,d ,f, se llenan primero todos los orbitales con electrones de spin , y cuando ya estn todos llenos se procede a colocar los de spin hasta donde lleguen. SUBNIVELES: El nmero mximo de electrones en cada subnivel es el siguiente: s 2, p 6, d 10, f 14

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Na:1s22s22p63s1

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Cl: 1s22s22p63s23p5

3. Los istopos de los elementos.Se denominan istopos (del griego: , isos = mismo; , tpos = lugar) a los tomos de un mismo elemento, cuyos ncleos tienen cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en masa. La mayora de los elementos qumicos poseen ms de un istopo. Solamente 21 elementos (ejemplos: berilio, sodio) poseen un solo istopo natural; en contraste, el estao es el elemento con ms istopos estables. Ejemplo: El elemento cloro tiene dos istopos 35Cl y 37Cl esto significa el cloro tiene 17 protones pero sus istopos tienen 18 y 20 neutrones respectivamente, para dar las masas atmicas 35 y 37.

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4. La Ley peridica.La ley peridica es la base de la tabla peridica de los elementos. Esta ley establece que las propiedades fsicas y qumicas de los elementos tienden a repetirse sistemticamente a medida que aumenta el nmero atmico. La tabla, por lo tanto, es un esquema que presenta a los elementos qumicos segn el orden creciente del nmero atmico.

5. Colocacin de los grupos y perodos en la tabla peridica.Las columnas verticales de la tabla peridica se conocen como grupos e incluyen elementos con una misma valencia atmica (y, por lo tanto, propiedades similares entre s). Las filas horizontales reciben el nombre de periodos y presentan elementos con propiedades diferentes pero masas similares. El numero de perodo (del 1 al 7) indica la capa en que se ha colocado el ltimo electrn; los elementos que se encuentran en un mismo perodo tienen su ltimo electrn en la misma capa.

6. Localizacin en la tabla peridica de metales, no metales, de transicin y gases nobles.Este es el esquema general de una tabla peridica (debe tenerse una tabla completa a la mano).Metaloides o anfteros

En el extremo izquierdo en rojo se han resaltado los elementos de los grupos IA y IIA (grupos 1 y2), que corresponden a los metales alcalinos y alcalinotrreos, estos son los metales que reaccionan ms fcilmente con el agua y el oxgeno, por eso se les llam metales reactivos. Al lado de ellos, en azul, estn los metales de transicin. Al extremo derecho en color amarillo se han resaltado los gases nobles, se les llama as porque normalmente no reaccionan con nada (como el oro y la plata). Junto a ellos, en verde, se encuentran los no metales. Entre los metales de transicin y los no metales, en color naranja se encuentran los elementos anfteros o metaloides (se les llama as por que algunas veces se comportan como metales y otras como no metales).

En la parte inferior, en color rosa, se han colocado los elementos de transicin interna divididos en dos familias que derivan su nombre del primer elemento que comienza la serie (el Lantano y el Actinio). Esta serie se ha colocado aqu para evitar alargar demasiado la tabla.

7. Problemas que relacionan al Numero de Avogadro.El nmero de Avogadro (A) representa el nmero de partculas (tomos o molculas) que se encuentran presentes en 1 mol de substancia. A = 6.02 x10 23 Ejemplo: Cantas molculas hay en los siguientes casos a) 1 mol de Cl2. b) 28 g de nitrgeno gas. c) 125 g de CaCO3 Respuesta: 1 mol x 6.02 x10 23 ) = 6.02 x10 23 molculas de Cl2 Respuesta: 28/28* = 1 mol de N2 = 1X 6.02 x10 23 = 6.02 x10 23 molculas de N2 Respuesta: 125/100* = 1.25 moles = 1.25 x 6.02 x1023

= 7.525 x10 23 molculas de CaCO3

NOTA: * 28 Y 100 son los pesos moleculares del N2 y el CaCO3 respectivamente.

8. Problemas que relacionan el concepto de mol.1 mol es un nmero definido de tomos o molculas, el nmero de Avogadro ( A = 6.02 x1023

)

1 mol tambin es la cantidad en gramos de un elemento segn se encuentra en la tabla peridica (en este caso se le llama tomo gramo) 1 mol es la cantidad en gramos expresada en el peso molecular (la suma de pesos atmicos) de un compuesto. Cuando se trata de gases en condiciones normales de temperatura y presin (0 C, 1 atm ) 1 mol de cualquier gas ocupa 22.4 litros. Numero de moles = peso / peso molecular; Ejemplos. Cuantas moles hay en los siguientes casos? a) 18 gr de H2O. b) 35 gr de CuCl2 c) 75 gr de AgNO3 Respuesta: 18/18 = 1 mol de agua Respuesta: 35/ 134.44 = 0.26 moles de CuCl 2 Respuesta: 75/ 169.86 = 0.4415 moles de AgNO3 Peso molecular = suma de pesos atmicos de la molcula.

Dado el nmero de moles, encuentre la cantidad en gramos de substancia ( Peso = moles x peso molecular) d) 0.25 moles de NaCl e) 1.75 moles de H2SO4 Respuesta: gr = 0.25 moles X 58.45 = 14.61 g de NaCl Respuesta: gr= 1.75 moles X 98 = 171.5 g de H2SO4

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9. Tipos de radiacin que provienen de fuentes naturales.Las fuentes naturales de radiacin emiten tres tipos de partculas: Alfa( ): Son ncleos de helio ( 42He+2), cuando un elemento sufre una desintegracin pierde dos protones y dos neutrones, por tanto su nmero atmico disminuye en 2 y su masa atmica en 4. Beta( ): Son electrones de alta energa que emergen del ncleo, cuando un tomo sufre desintegracin su nmero atmico aumenta en una unidad, pero su masa permanece sin cambio, esto se debe a que un neutrn se transformado en protn. Gamma( ): Son rayos de radiacin electromagntica como la luz y los rayos x, la desintegracin no afecta ni al nmero ni a la masa atmica.

10. Reacciones nucleares en el tomo de Uranio.Ejemplo 1: El Uranio 238 se desintegra emitiendo partculas alfa, observe la siguiente reaccin nuclear.

Como se puede ver el Uranio con nmero atmico 92, ha perdido dos protones y se ha convertido en Thorio cuyo nmero atmico es 90. La masa atmica tambin ha disminudo en 4 unidades debido a la perdida de dos neutrones junto con los dos protones, quedando en 234, en lugar de los 238 que tena originalmente. Ejemplo 2: El Thorio producido en la reaccin anterior es inestable y se descompone emitiendo una partcula beta.

La desintegracin beta hace que el Thorio (nmero atmico 90 y masa atmica 234) convierta un neutrn en protn, cambiando su nmero atmico en 91 y transformndolo en otro elemento, el Paladio. En este caso la masa atmica permanece sin cambiar ya que la masa del neutrn y del protn es casi la misma. El exceso de energa se emite en forma de radiacin gamma.

11. El concepto de vida media.El periodo de semidesintegracin, tambin llamado vida mitad, semivida, hemivida o simplemente periodo, es el lapso necesario para que se desintegren la mitad de los ncleos de una muestra inicial de una sustancia radiactiva. Se toma como referencia la mitad de ellos debido al carcter aleatorio de la desintegracin nuclear. Se calcula siguiendo la siguiente frmula. t1/2 = ln (Co/Ct)/k t1/2 = semivida ; Co= concentracin inicial , constante de semidesintegracin. Ct = concentracion en el tiempo t , k=

12. Un ejemplo de series de desintegracin radiactiva.La figura muestra las reacciones nucleares que tienen lugar en la desintegracin del Uranio 238 hasta llegar al istopo estable de plomo 106

13. Interacciones de la radiacin con la materia.Transmutaciones inducidas. Cuando las partculas radiactivas chocan con elementos qumicos y penetran en el ncleo pueden dar lugar a las transmutaciones nucleares, que conisten en la formacin de nuevos elementos a partir de los anteriores. El primer ejemplo lo encontr Rutherford al bombardear nitrgeno gaseoso con rayos alfa, como resultado de la reaccin se encontr el istopo Oxgeno 17 y protones libres de alta velocidad.

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Si se bombardea Berilio con partculas alfa se obtiene una corriente de neutrones de alta velocidad, segn la siguiente reaccin.

Radiactividad artificial. Las reacciones anteriores proporcionan proyectiles con los que se puede bombardear toda clase de elementos y a partir de ellos obtener istopos radiactivos artificiales que son tiles para diversos propsitos - algunos en el tratamiento de enfermedades, como el cncer.

Cuestionario1. En este captulo se presentaron varios trminos nuevos. Escriba, con sus propias palabras, la definicin de cada uno de ellos, empleando ilustraciones cuando sea necesario. a) electrn. d) estado estacionario g) principio de exclusin de Pauli j) nmero atmico m) peso atmico p) partcula beta s) transmutacin v) roentgen b) protn e) orbital atmico h) regla de Hund k) propiedad fsica n) nmero de Avogadro q) rayo gamma t) vida media w) RBE c) neutrn f) nmero cuntico principal i) istopos l) reaccin qumica o) partcula alfa r) radiactividad u) Curie

2. En qu difera el modelo atmico de Thomson del de Rutherford? . R: En el modelo de Thomson los electrones se encontraban incrustados dentro de una gelatina de carga positiva. En el modelo de Rutherford toda la carga positiva se encuentra concentrada en un pequeo espacio en el centro, y los electrones deban estar girando al rededor. Ruterford no especific orbitas. 3. Describa en trminos generales los puntos fuertes y los dbiles del modelo de Rutherford. Fuertes: explicaba la dispersin de partculas alfa al colocar la carga positiva en el centro. Dbiles: el electrn girando al rededor del ncleo debera caer hacia el ncleo emitiendo energa electromagntica, eso no pasaba. 4. Qu experimento clave llev al rechazo del modelo de Thomson? . R: La dispersin de partculas alfa efectuada por Rutherford, que mostraban la existencia de una concentracin de carga positiva en el centro. 5. En lo que respecta a la teora clsica, cul era la objecin principal al modelo de Bohr? Cmo resolvi Bohr este problema? R: La objecin era que un electrn girando al rededor de una carga positiva caera emitiendo energa. Bohr resolvi la cuestin estableciendo estados estacionarios en los que el electrn no absorbe ni libera energa. Dichos estados estacionario se definan por el nmero cuantico n que indicaba en nivel o capa energtica. Para que un electrn absorbiera o emitiera energa, deba pasar de una capa a otra, y la energa emitida o absorbida era la diferencia de las energas de los dos niveles entre los cuales el electrn saltaba. 6. Describa en trminos generales las semejanzas y las diferencias entre las orbitales del tomo de hidrgeno y las de otros tomos. R: El tomo de hidrgeno tiene un solo electrn ocupando el nivel n=1; los dems tomos contienen muchos electrones y su estructura, s como la forma de sus orbitales vara de acuerdo a los nmeros cunticos que ocupa cada electrn. 7. Cuntos protones debe contener el ncleo de un tomo que tiene la configuracin electrnica 1s 22s22p6 3s23p6 3d5 4s2? R: Al sumar los electrones se obtiene su nmero atmico, el cual es 25, ste es tambin el nmero de protones. 8. Qu representa el nmero atmico?. R: Representa el nmero de protones en el ncleo y el nmero de electrones que giran al rededor de l. 9. Tomando como base la configuracin de la pregunta 8, diga qu es ms probable, que este elemento sea uno de transicin o que pertenezca a otro grupo. Explquelo. (Debe poder contestar a esta pregunta, sin necesidad de consultar una tabla peridica o una tabla de los elementos.) R: La existencia de niveles d incompletos (como d5), hace que pertenezca a la serie de elementos de transicin. 10. Sin usar tablas o grficas, debe poder expresar las configuraciones electrnicas de cualquier elemento del 1 al 20. a) Utilizando el simbolismo condensado (vase la pregunta 8), escriba las configuraciones electrnicas de los elementos cuyos nmeros atmicos son 3, 7, 5, 19, 14, 10, 20, 9, 5, 17 y 13. b) Sin consultar tablas, y basndose en las configuraciones electrnicas que acaba de escribir para la parte (a), diga si el elemento en cuestin puede ser metal o no metal. Explquelo.N. A 3 7 5 19 14 Configuracin 1s22s1 1s22s22p3 1s22s22p1 1s22s22p63s23p64s1 1s22s22p63s23p2 Tipo de elemento metal no-metal no-metal metal no-metal N.A 10 20 9 17 13 Configuracin 1s22s22p6 1s22s22p63s23p64s2 1s22s22p5 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p1 Tipo de elemento no-metal metal no-metal no-metal no-metal

Explicacin: Los metales tienen su ltimo electrn en orbitales S, mientras que los no-metales lo tienen en orbitales P.

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11. Indique la configuracin electrnica y la composicin para los ncleos de un istopo lgico del elemento de nmero atmico 12 y masa atmica 25. La composicin del ncleo es: 12 protones y 13 neutrones La configura cin electrnica es:1s22s22p63s2

12. El diagrama adjunto indica una parte de una tabla peridica. Tambin se han usado smbolos atmicos hipotticos. Debe poder contestar a las siguientes preguntas, sin necesidad de recurrir a una tabla peridica real. (Los nmeros son los atmicos.) a) Escriba el nmero atmico de un elemento en la misma familia que Y. b) Escriba el nmero atmico de un elemento del mismo perlodo queW. Resp = 9 Resp = 14

e) Qu es ms probable que sean los elementos mostrados, metales o no metales? Resp = no-metales d) Si hay seis electrones en la capa exterior de X (nivel energtico ocupado ms alto, cuntos tendrn las capas exteriores de los elementos 8, 15 y 36? (Debe poder deducir las respuestas sin construir configuraciones electrnicas.). Resp: 8= 6e; 15= 5; 36= 8 13. Cul sera el peso de una muestra de sodio que tiene el nmero de Avogadro de tomos de sodio? (Indique la unidad de peso.) R: Puesto que es un nmero de Avogadro = 1 mol. , entonces el peso es el peso atmico = 22.9898 gr. 14. Cul sera el peso de una muestra de criptn que tenga 3.01 X 10 23 tomos de criptn? R: moles = 3.01 X 1023 / 6.02 X 1023 = 0.5; peso = 0.5 X 83.8 g = 41.9 gr de Kr

15. Cules son los pesos de las siguientes muestras? Incluya la unidad correcta de peso.

a) 1 X 6.941 = 6.914 gr Li e) 25.6 X 1.0 = 25.6 gr H i) 978 X 40.07 = 39.18 kg

b) 0.34 X 32 = 10.88 gr S f) 0.002 X 39.94 = 0.0798 gr j) (6.02 x1022 /6.02x1023 )12 = 1.2 g C

c) 25.6 X 22.98 = 588.28 gr Na g) 3.4 x10-6 X 238 gr = 809 g U

d) 25.6 X 6.91 = 176.896 gr Li h) 1.56 x10 -3 X 200.6 = 312.93 mg Hg

16. Qu volumen ocupa 1 mol de Na (d20 = 0.97 g/cc)? R: Masa de 1 mol de sodio = 22.9898 g; si Densidad = masa / volumen, entonces: volumen = masa / Densidad VNa = 22.9898 / 0.97 = 23.7 cm3. 17. Qu volumen ocupa 1 mol de He a 0 C y una presin de 1 atmsfera, si su densidad, en esas condiciones, es de 0.1785 g por litro? Note las unidades de la densidad en este caso. El helio es un gas. R: V = m/ d; VHe = 4 g/ 0.1785 g/L = 22.4 litros

18. Cul es el volumen ocupado por cada uno de los gases siguientes, a 0 C y 1 atmsfera de presin, si tienen en esas condiciones las densidades dadas? a) Ne, d 0.9002 g/litro b) Ar, d = 1.7824 g/litro c) Kr,d = 3.708 g/litroc) VKr = 83.798 /3.708 = 22.5 litros

a) VNe = 20.1797/ 0.9002 = 22.41 litros

b) VAr = 39.948/1.7824 = 22.41 litros

19. Revisando los resultados de sus clculos en las preguntas 17 y 18, cul de las propiedades de esos gases parece ser substancialmente constante? (Asegrese de especificar las unidades correctas.) R: Cuando las condiciones son las mismas el volumen es el mismo para cualquier gas. 20. Suponiendo que esta constante se aplique a otros gases, como el nitrgeno, el oxgeno, el cloro y el flor, cul es el peso frmula del nitrgeno, si su densidad medida es 1.2506 g/litro? Cmo se compara esta respuesta con el peso atmico del nitrgeno? R: Suponiendo que las condiciones son 0C y 1 atm, y el volumen involucrado son 22.4 litros; entones la masa molecular debe ser masa=densidadXvolumen; m= 1.2506 g/l X 22.4 l = 28.01 gr; este resultado es el doble del peso atmico debido a que la molcula de nitrgeno es diatmica (N2). 21. Cuntos moles habr en cada una de las muestras siguientes?

a) 23/23 = 1 mol Na e) 1000 / 55.84 = 17.90 moles Fe

b) 6/12 = 0.5 moles C f) f) 0.500/ 26.98 = 0.0185 moles Al

c) 40/ 20.17 = 1.9831 moles Ne g) 454/ 6.94 = 65.41 moles Li

d) 500/39.098 = 12.78 moles K h) 28.6 / 32 = 0.8937 moles S

22. Agregue los smbolos de las partculas del bombardeo que se usan en las siguientes transmutaciones a) +2 b)1 0

n

23. Cuando el nitrgeno 14 se bombardea con partculas alfa para producir oxgeno 17 y protones, se cree que se forma un tomo intermedio con un "ncleo compuesto" y que, luego, se desintegra a los productos observados Escriba el smbolo atmico, incluyendo el nmero y la masa atmicos del intermediario.

10

R: intermediario =

18

9

F

24. Cuando se bombardea el boro 10 con partculas alfa se forma nitrgeno 13:

El nitrgeno 13 es tambin radiactivo (tl/2 = 10 minutos). Se desintegra para formar carbono 13 ms una nueva partcula, denominada positrn:

Calculando de la ecuacin dada, cul es la carga elctrica de un positrn? Cul es su masa? Compare el positrn con el electrn. R: carga del positrn positiva (+), la masa es la misma del electrn y no altera la masa atmica. 25. Suponga que tiene una muestra de 100 g de un elemento radiactivo, cuya vida media es de 10 das. Cunto quedar de este elemento despus de cinco perodos de vida media? R: como la vida media es el tiempo que tarda en desintegrarse la mitad de la muestra original. Cinco perodos son 50 das, en los cuales queda:10 das 10 das 10 das 10 das 10 das

100 g 50 g 25 g 12.5 g 6.25 g 3.125 g

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Modulo # 3 Las Substancias y el Cambio.1. Ley de las proporciones definidas y Ley de las proporciones mltiples.Ley de las proporciones definidas (J. L. Proust): establece que en una substancia pura, los elementos siempre se combinan en las mismas proporciones de peso, sin que influya para nada dnde o cmo se obtuvo la substancia original. Ejemplo: en el xido de platino, la proporcin entre el oxgeno y el platino es, evidentemente, 6.08 : 1, en peso. Pt = 195 g; O = 16.00 x2 = 32 g ; Frmula = PtO2 ; Proporcin = 195/32 = 6.09

Ley de las proporciones mltiples (J. Dalton): stos quedan generalizados por la ley de proporciones mltiples: Si dos elementos forman ms de un compuesto, los diferentes pesos del elemento que se combina con el mismo peso del otro, se encuentran relacionados en una proporcin de nmeros enteros pequeos. Ejemplo: SnO y SnO2Compuesto SnO SnO2 88.1 78.7 % Sn 11.9 21.3 %O Relacin Sn/O 88.1/11.9 = 7.4:1 78.7/21.3= 3.7:1 Relacin Sn/Sn 7.4/3.7 = 2:1 3.7/7.4 = 1:2

Esto significa que el SnO contiene el doble de estao respecto al oxgeno que el SnO 2. Esto fue lo que llev Dalton a concluir que la materia debera estar formada por partculas muy pequeas, a las que llam tomos.

2. Teora atmica de Dalton. La materia est compuesta de tomos. Los tomos son indestructibles y las reacciones qumicas son simplemente un reacomodo de tomos. Todos los tomos de un elemento son iguales, en lo que respecta a peso y propiedades. Los distintos elementos se componen de diferentes tipo de tomos, cuya principal diferencia reside en el peso. En la formacin de un compuesto, un nmero definido, aunque pequeo de tomos se combinan para formar las partculas compuestas.

3. Clculo del peso molecular de compuestos usando la tabla peridica.Para obtener el peso molecular, se suman los pesos atmicos de los elementos, tomando en cuenta los subndices. Ejemplos: NaCL Na = 22.98 g Cl = 35.45 C= 12 g O= 16 x2 = 32g CO2 Ca= 40 g C= 12 g O= 16 x3 = 48 g PMNaCl= 58.43 PMCO2= 44 g PMCaCO3= 100 g CaCO3 Na2CO3 Na= 22.98 x2= 45.96 C=12 g O= 16 x3 = 48 g PMNa2CO3= 105.96 g H2SO4 H = 1 x2= 2 g S = 32 g O =16 x4= 64 g PMH2SO4= 98 g

4. Clculos que involucran pesos moleculares y moles de substancias.1 mol es una unidad qumica que tiene distintos significados: a) Son 6.02 x1023 tomos o molculas., b) Es el peso de substancia correspondiente a su peso molecular (suma de pesos atmicos).

c) En el caso se gases, son 22.4 litros de cualquier gas en condiciones normales de temperatura y presin (0C y 1 atm) Para calcular el nmero de moles de cualquier substancia, solo tenemos que dividir su peso entre el peso molecular: Moles = Peso/ Peso molecular Ejemplo: calcule los moles que hay en las siguientes substancias: a) 10 g de O2 10/32 = 0.3125 moles b) 14 g de H2O 14/18 = 0.7777 moles c) 23 g de Li 23/6.941 = 3.3136 moles 32 g de CaCO3 32/100 = 0.32 moles

.

5.Teora cintica de los gases.Esta teora permite estudiar a los gases como a partir de sus partculas: 1. Un gas consta de un nmero extremadamente grande de partculas diminutas en un estado de movimiento constante catico y totalmente al azar. 2. Estas partculas son muy duras y perfectamente elsticas (lo cual significa que cuando chocan no se registra ninguna prdida por friccin). 3. Entre una colisin y otra, las partculas se mueven en lnea recta. (En otras palabras, no existen fuerzas de atraccin entre ellas.) 4. Los movimientos de cada partcula obedecen todas las leyes de la mecnica clsica.

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En esta teora la energa cintica media de las molculas est dada por la ecuacin: Ec = mv ; y es proporcional a la temperatura absoluta. mv T

6. Leyes de los gases (Boyle, Gay Lussac, Charles).Ley de BoyleA temperatura constante, el volumen de un gas vara en proporcin inversa a la presin ejercida sobre l. V1P1 = V2 P2

Ley de Gay LussacA volumen constante, la presin que ejerce un gas sobre las paredes del recipiente es directamente proporcional a la temperatura absoluta P1 / T1 = P2 / T2 Temperatura absoluta (K)= C + 273

Ley de CharlesA presin constante, el volumen de un gas vara en proporcin directa a su temperatura absoluta. V1 / T 1 = V 2 / T 2 Temperatura absoluta (K)= C + 273 1.5 litros de un gas a 20 C se han colocado en un globo. Luego el globo se sumerje en agua hasta alcanzar los 35C, Cul ser ahora el volumen del gas contenido en el globo? T1= 20 + 273 = 293 K; T2 = 35 + 273 = 308 K V2 = V1 T2 / T1 ; V2 = (1.5)(308)/293 = 1.5767 litros

10 litros de un gas se encuentran a 1 atm de presin. Cul ser su volumen si la presin se aumenta a 2 atm? V2 = V1P1/ P2; V2= 10 L. x 1 atm/ 2 atm = 5 litros

2 litros de un gas a 30C y 1 atm de presin se calientan hasta alcanzar 50C. Cul ser su nueva presin, si el volumen se mantiene constante? T1= 30 + 273 = 303 K; T2 = 50 + 273 = 323 K P2 = P1 T2/ T1 ; P2= (1)(323)/(303) = 1.066 atm.

7. Ley General del estado gaseoso.Combina las tres leyes anteriores en una sola:P1 V1 / T1 = P2V2 / T2

Ejemplo: 40 litros de un gas a pesin de 1 atm y temperatura de 25 C se han calentado hasta 85 C y sometidos a una presin de 2.7 atm. Cul ser ahora su volumen? T1= 25 + 273 = 298 K ; T2= 85 + 273 = 358 K V2 = P1 V1T2 / T1P2; V2 = (1)(40)(358)/(298)(2.7)= 17.79 litros

8. Cmo tiene energa un sistema?.Un sistema tiene energa asociada al movimiento de sus molculas, esta energa se conoce como energa interna. En los gases ideales se asume que las molculas solo adquieren energa de traslacin al moverse y chocar entre s y con las paredes del recipiente. En los gases reales intervienen adems otros movimientos, como el de vibracin y rotacin, que tambin absorben energa. Adems de la energa interna, un sistema tiene otros tipos de energa que no estn asociados al movimiento molecular, dentro de esas energas se encuentran la energa elctrica (que est disponible para las reacciones qumicas) y la energa nuclear (contenida en el ncleo, y que se intercambia en las reacciones nucleares). E total= E sistema total + E interna E total= E nuclear + E elctrica + E rotacin + E vibracin + E traslacin

9. Como gana y pierde energa un sistema?.a) Mediante transferencia de calor (el calor fluye del medio mas caliente al mas fri), b) Mediante trabajo mecnico ( ej. expansin o contraccin de un gas) , c) mediante procedimientos elctricos.

10. La primera Ley de la Termodinmica.El calor absorbido por un sistema (Q), a partir del medio ambiente, es igual a la suma del cambio de energa interna (E) de sus molculas, mas el trabajo realizado por el sistema (w). Q = E + w , bien: E = Q w

Nota: Q es positiva cuando el sistema absorve calor (se enfra) y negativa cuando pierde calor (se calienta); w es positivo cuando el sistema efecta trabajo (se expande) y negativo cuando el trabajo se efecta sobre l (se le comprime).

EL CONCEPTO DE ENTALPA (H): La entalpa es el calor absorbido por el sistema a presin constante, de manera que dicho calor se utiliza para aumentar la energa interna de las molculas y efectuar un trabajo de presin-volumen. H = E + PV ; H = Entalpa, P = presin, V= volumen.

11. Principios generales que rigen al estado lquido.Los lquidos se caracterizan por molculas con movimiento mas lento que los gases, que estn mas firmemente unidas al resto y de manera constante. Entre las caractersticas que se presentan en los lquidos se encuentran: a) la presin de vapor, b)la tensin superficial, c) la capilaridad, d) la viscosidad y otras. En este mdulo solo se ve la presin de vapor.

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Presin de vapor. Un lquido en un recipiente cerrado se encuentra en equilibrio con sus molculas que se encuentran en estado gaseoso, estas molculas ejercen una presin sobre las paredes del recipiente que depende de la temperatura. A mayor temperatura, la presin ser mayor; cuando la presin de vapor iguala a la presin atmosfrica, se produce la ebullicin.

12. Principios generales que rigen al estado slido.Los slidos conservan su forma, debido a que sus molculas se encuentran fijas firmemente unidas por fuerzas de atraccin. Si el slido se calienta, sus molculas comienzan a vibrar hasta que se separan deslizndose unas sobre otras para formar el estado lquido.

13. Problemas que involucran las leyes de los gases.Ver preguntas 11, 12, 13, 15, 16 y 17 del cuestionario.

14. Problemas que involucran las leyes de la termodinmica.Ver preguntas 19, 20 y 21 del cuestionario.

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Cuestionario1. Revise el significado de los siguientes trminos, escribiendo su definicin con sus propias palabras. (Puede consultar en internet para contestarlas). a) substancia qumicamente pura d) mol g) sistema aislado j) Presin y temperatura estndares (STP) m) entalpa p) fuerzas de Van der Waals b) peso frmula e) sistema h) ley de los gases ideales k) volumen molar n) exotrmico q) presin de vapor en equilibrio c) peso frmula-gramo f) medio ambiente i) constante universal de los gases l) energa interna o) endotrmico r) calor especfico de fusin

2. Enumere los hechos que actualmente se consideran errneos en los postulados de la teora atmica de Dalton. R: Los tomos no son indivisibles, sino que est, constituidos por partes mas pequeas llamadas partculas subatmicas. Los tomos de un mismo elemento pueden diferir en el peso, debido al diferente numero de neutrones (istopos). Los elementos se distinguen principalmente por su nmero atmico y no por su peso. 3. Con el fin de resolver con facilidad los problemas prcticos de relaciones de peso, es conveniente manejar ciertas operaciones de rutina con el mnimo de problemas. Una de estas operaciones es la determinacin de los pesos frmula, a partir de las frmulas y los datos que se dan en la tabla de pesos atmicos. Como prctica, calcule los pesos frmula de cada uno de los siguientes compuestos. Redondee los pesos atmicos al entero ms cercano, pero use 35.5 para el cloro. Grupo 1 a) S8 = 32x8 = 256 b) AI(N03)3 = 27 +14x3+16x9 = 213 c) (NH4)2C03 = 14x2+1x8+12+16x3 = 96 d) C9H804 (aspirina)= 12x9+1x8+16x4= 180 e) AI2(S04)3 = 27x2 +32 x3+ 16x12= 342 Br2 = 80 x2 = 160 H3P04 = 1x3+31x1+16x4= 98 Mg(H2P04)2 =24+1x4+31x2+16x8= 218 C27H460 (Colesterol)= 12x27+1x46+16= 386 Ca3(P04)2 = 40x3+31x2+16x8= 310 Grupo 2 NaOH = 40 Ca(N03)2 = 164 Ba(HS04)2 = 331.3 C8H18 (octane) = 114 Sn3[Fe(CN)6]2 = 777.6 Grupo 3

Respuesta: Grupo 3: a) 40, b) 164, c) 331, d) 114, e) 781. 4. Otra operacin importante es calcular el nmero de moles de una substancia que se encuentran en una muestra de cualquier tamao dado. Como prctica, calcule el nmero de moles que se encontrarn presentes en cada situacin (las frmulas dadas aqu aparecen en el ejercicio 3). Frmula: n moles = gramos de substancia/peso molecular Grupo 1 a) 1000 g AI(N03)3.; b) 100 g NaOH.; e) 1.6 g Br2; d) 9.6 g (NH4)2C03; 1000/213= 4.7 moles 100/40 = 2.5 1.6/160 =0.01 9.6/96 = 0.1 4.5/180 = 0.025 10 g Mg(H2P04)2; 9.8 g H3P04; 2 g NaOH; 0.387 g colesterol; 1 lb (NH4)2C03; Grupo 2 10/218 = 0.045 9.8/98 = 0.1 2/40 = 0.05 0.387/386 = 0.001 454 g/96 = 4.73 25 g Ca(N03)2; 10 g Ba(HS04)2;-3

Grupo 3 R= 0.154 R= 0.0302

10 g Ca3(P04)2; R= 3.22X10-6 193 mg colesterol; R= 005 1 kg Br2; R= 6.25

e) 4.5 g aspirina (C9H804);

5. Los instrumentos para pesar cantidades inferiores a 1 X 10 -6 gr. son muy especializados y raros. a)Cuntas unidades de frmula (molculas) de agua (H20) se encontrarn presentes en 1 X 10-6 g, suponiendo que el nmero de Avogadro sea 6.02 X 10 23. b) Si pudiera contar una por segundo, cuntos siglos necesitara para contar las molculas de agua de una muestra tan pequea? R: a) PMH2O = 18 g/mol; b) Seran 3.34 x10 segundos; = 10,540,000 siglos 6. Si un tomo de carbono 12 pesa 2 X 10 -23 g, cunto pesa una molcula de agua? Respuesta: 18/12= x / 2 X 10-23 x = (18 )(2 X 10-23)/12 = 3 X 10-23 g.16

N moles = 1 X 10-6 gr / 18 g/mol = 5.6 x10-8 moles; 1 ao = 365 x 24 x 60 x 60 = 31,536,000 segundos;

N Molculas = (5.6 x10-8 moles) (6.02 x1023) = 3.34 x1016 Tiempo = 3.34 x10 16/ 31,536,000 = 1.054 x109 aos

7. Otra operacin encontrada frecuentemente en qumica es calcular el nmero de gramos presente en cualquier nmero dado de moles de un compuesto. Como prctica, calcule el nmero de gramos presentes en cada uno de los casos siguientes (todas las frmulas aparecen en el ejercicio 3). Respuesta: Los gramos se obtienen multiplicando las moles por el peso molecular ( g = moles x PM) Grupo 1 a) 0.1 mol de aspirina; (0.1 x 180= 18) b) 0.3 mol de C8H18; (0.3 x 114= 34.2) e) 0.02 mol de H3P04; (0.02 x 98= 1.96) Grupo 2 Grupo 3

0.002 mol de Ca(NO3)2; (0.002 x 164 =0.328) 0.5 mol de NaOH; = 20 1.69 moles de Ca3(P04)2; (1.69 x 310 =523.9) 1.17 moles de Br2; = 27.2 25 moles de colesterol; (25 x 386 =9,650 ) 10-6 mol de colesterol; = 3.86 x10-4

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d) 2.63 moles de Br2; (2.63 x 160= 420.8) e) 5 moles de NaOH; (5 x 40= 200)

0.125 mol de (NH4)2CO3; (0.125 x 96=12 ) 1.11 moles de H3P04; (1.11 x 98=108.78 )

0.25 mol de Br2; = 40 0.33 mol de H3P04

8. Determine cuntos gramos de cada una de las substancias siguientes se necesitaran para obtener 0.1 mol: a) HF, b) HCI, c) HBr, d) HI. a) HF = 0.1 x 20 = 2.0 g b) HCl = 0.1 x 36.45 = 3.64 g c) HBr = 0.1 x 81 = 8.1 g d) HI = 12.8 g

9. Cuntos moles hay en 100 gramos de cada uno de los compuestos del ejercicio 8? a) HF = 100/20 = 5 moles b) HCl = 100/36.45 = 2.74 moles c) HBr = 100/81 = 1.23 moles d) HI = 0.78 moles

10. Calcule los porcentajes de composicin de los elementos en las substancias siguientes. A continuacin se da un ejemplo. a) H20 (agua); O=88.8 % , H= 11.2 % d) C2H6O (ter) Ejemplo: C2H60. Para facilitar las cosas tabulamos los elementos del compuesto de la siguiente forma: a Elemento C H O b Cantidad 2 6 1 c Peso atmico 12 1 16 d Peso por elemento (b).(c) 2 x12 = 24 6 x1 = 6 1 x 16 =16 Suma= 46 g e Razn (d/Suma) 24/46 = 0.5218 6/46= 0.1304 16/46= 0.3478 S= 1 f % (e x 100) 52.18 13.04 34.78 S= 100 % b) CH4 (metano); C= 75%, H= 25% e) CHCl3 (cloroformo); C=10%, H=0.83%, Cl=89.17% e) NH3 (amoniaco); N=82.3%, H= 17.7% f) C12H22011 (azcar); C=42.1% ,H=6.4% , O=51.5%

11. Con la ecuacin de los gases ideales, demuestre que el peso frmula (peso molecular) de un gas puede calcularse utilizando la ecuacin siguiente:

Peso frmula =Respuesta: PV = nRT ... (1);

w RT PV

Donde w es el peso en gramos de muestra de gas.

pero n = w/Pf ...(2),

donde Pf = Peso frmula. despejando Pf, se tiene: Pf= wRT/PV

Substituyendo (2) en (1), se tiene:

PV = wRT/Pf;

12. Una muestra de un gas "desconocido" que pesa 0.065 g, ocupa un volumen de 100 cc, a una temperatura de 27C y a una presin de 760 mm de Hg. Calcule su peso frmula. Nota. Para usar la ecuacin de los gases ideales, o su forma dada en el ejercicio 11, deben ponerse todos los datos en las unidades correctas para un valor de R = 0.082 (litro)(atm)/(K)(mol). R: w= 0.065 g; R= 0.082 (litro)(atm)/(K)(mol); T= 27 + 273 = 300 K; P= 760mmHg/760= 1 atm; V= 100 cc/1000 = 0.1 litros

Peso frmula = (0.065 g)(0.082 litro.atm/K.mol)(300K) / (1 atm )(0.1 litro) = 15.99 g/mol 13. Se analiz el gas del ejercicio 12 y se descubri que contiene los siguientes porcentajes de sus elementos: carbono= 75.0%; hidrgeno= 25.0% Calcule su frmula molecular. a) Calculamos primero su frmula mnima (si tabulamos los resultados es mas fcil): Elemento (a) C H Peso atmico (b) 12 1 % (c) 75 25 Moles (d)=c/b 75/12=6.25 25/1=25 Relacin d/dmenor 6.25/6.25 = 1 25/6.25 = 4 CH4 Formula mnima

b) Calculamos su frmula molecular. R: Aqu solo hay que obtener el peso molecular de la frmula mnima y, luego, dividir el peso molecular obtenido antes, entre este valor para obtener el factor por le que se van a multiplicar los elementos. PMCH4= 12+4 = 16; Como el peso molecular del gas obtenido en el ejercicio 12 es 16, entonces el factor (f=16/16) es igual a 1 y, por tanto, la frmula molecular es igual a la frmula mnima = CH 4. 14. Calcule el porcentaje de composicin de los elementos de las frmulas HO y H 202. La primera, como est escrita, es hipottica, y la segunda es la frmula real del perxido de hidrgeno. Nota. Este problema introduce una excepcin principal a la regla (p. 96), que debe usarse la proporcin ms pequea en nmeros enteros para representar una substancia. La proporcin ms pequea de nmeros enteros representa la frmula emprica; la frmula molecular puede estar constituida por un mltiplo simple de la frmula emprica, y siempre indicar la composicin real de una unidad de la frmula. El benceno (C 6H6) y el acetileno (C2 H2) tienen diferentes frmulas moleculares, aunque la emprica es la misma, CH.

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Elemento O H Suma

Cantidad 1 1

Peso atmico 16 1

Peso total 16 1 17

% 94.1 5.9

Elemento O H Suma

Cantidad 2 2

Peso atmico 16 1

Peso total 32 2 34

% 94.1 5.9

a) Cmo se comparan los porcentajes de composicin de HO y H 202?

R: son iguales

b) Qu otros datos cuantitativos experimentales se necesitaran, adems de los porcentajes de composicin, para conocer cul de las dos se ha analizado? R: Se necesita calcular el peso molecular. c) Calcule los porcentajes de composicin del benceno y el acetileno. Benceno (C6H6)Elemento Cantidad Peso atmico Peso total % Elemento Cantidad

Acetileno (C2H2)Peso atmico Peso total %

C H Suma

6 6

12 1

72 6 78

92.3 7.7 100

C H Suma

1 1

12 1

12 1 13

92.3 7.7 100

15. Un compuesto orgnico desconocido, un gas, se analiz y se obtuvieron los siguientes datos: carbono, 85.7% y H, 14.3% (Podran estar presentes otros elementos? Cmo podra saberlo?) Una muestra de este gas, con un peso de 0.171 g, ocupa un volumen de 100 cc a la temperatura de 27C y a la presin de 1 atmsfera. a) Calcule su frmula emprica. b) Calcule su frmula molecular. Respuesta a) Calculamos su frmula emprica: Elemento (a) C H Peso atmico (b) 12 1 % (c) 85.7 14.3 Moles (d)=c/b 85.7/12= 7.14 14.3/1=14.3 Relacin d/dmenor 7.14/7.14= 1 14.3/7.14 = 2 Pf= wRT/PV; CH2 T= 27C+273= 300 K, V= 0.1 L, P= 1 atm. Formula mnima

El peso frmula del CH2 es igual a 12 + 2 = 14. Respuesta b) Calculamos el peso molecular (peso frmula): Pf = (0.171g)(0.082 L.atm/mol.K)(300K)/(1atm)(0.1 L) = 42 g/mol Para obtener la frmula molecular, dividimos este peso entre el peso del CH2: 42/14 = 3, este nmero es el factor por el que debemos multiplicar CH2 para obtener la frmula molecular; el compuesto buscado es: (CH2)3 = C2H6 16. Escriba las ecuaciones balanceadas que representen los siguientes enunciados. a) El hidrgeno (H2) reacciona con cloro (CI2), para formar cloruro de hidrgeno (HCI). R: H2 + Cl2 2 HCl

b) El sodio se combina con cloro (CI2), para formar cloruro de sodio (NaCI). R: 2 Na + Cl2 2 NaCl

c) El metano (CH4) reacciona con oxgeno (02) para formar dixido de carbono (C02) y agua (H20). R: CH4 +2 02 C02 + 2 H20

17. Si un peso fijo de gas se mantiene a una temperatura constante y si su volumen a 760 mm de Hg, es 100 cc, calcule su volumen a cada una de las siguientes presiones: a) 800 mm Hg, b) 380 mm Hg y c) 2 atmsferas. Respuesta: Frmula (Ley de Boyle): Presin: Volumen: * 1 atm = 760 mmHg 18. Si un peso dado de gas se mantiene a presin constante y si su volumen a 25C es 100 cc, calcule su volumen a cada una de las siguientes temperaturas: a) 0 C, b) 100C, c) 200C. Recuerde convertir a la escala Kelvin. Respuesta: Frmula (Ley de Charles): Temperatura: Volumen: V1/T1 = V2/T2 ; V2= V1T2 /T1 T2=100+273 = 373 K b) (100)(373)/298= 125.16 cc T2=200+273 = 473 K c) 158.72 cc V1P1 = V2P2 ; 760 mmHg 100 cc V2= V1P1 /P2 800 mm Hg 95 cc 380 mm Hg 200 cc 1,520 mmHg* 50 cc

T1= 25 +273= 298K V1=100 cc

T2=0 +273 = 273 K a) (100)(273)/298 = 91.61 cc

19. Cuntas caloras se necesitan para convertir un kilogramo de hielo en agua, a 0 C? R: Necesitamos conocer el calor latente de fusin, el cual obtenemos de tablas (p. 121): H fus = + 79.7 cal/g, con este dato procedemos a hacer el calculo.

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Calor necesario = gramos x calor de fusin = (1000 g )(79.7 cal/g) = 79,700 caloras 20. Cuntos gramos de alcohol etlico podrn convertirse de slido a lquido, en su temperatura de fusin, si se utiliza la misma cantidad de calor de la respuesta del ejercicio 19? R: El calor de fusin de alcohol etlico es H fus = + 25 cal/g ; usando la misma frmula anterior obtenemos la cantidad en gramos: Q = (g )(H fus); g = Q / H fus = 79,700 cal / 25 cal/g = 3,188 g = 3.188 Kg de alcohol

21. Cul es el cambio de entalpa que se registra en la conversin de 100 g de agua a vapor, a 100C, en su punto de ebullicin? R: para esto necesitamos el calor latente de vaporizacin del agua: H vap = + 540 cal/g Q = (g)(H vap) = (100 g)(540 cal/g) = 5,400 caloras 22. Utilizando el modelo mecnico de tomos y molculas en movimiento, as como ciertas caractersticas de todos los estados de la materia comprobados en este modelo, explique cada una de las siguientes observaciones comunes. En otras palabras, explquelas desde el punto de vista molecular. a) La humedad se evapora ms rpidamente cuando hay brisa que cuando no la hay. b) El hielo se derrite ms rpidamente si se despedaza que si se deja en un bloque. c) El agua tibia se evapora ms rpidamente que el agua fra. d) Si se tiende ropa hmeda a secarse, cuando est helando, finalmente se secar del todo, a pesar de que se "congelar" primero. e) Una rebanada de pan se secar en cuestin de minutos en el Valle de la Muerte, cuando se calienta a una temperatura de 90C; pero, necesitar ms tiempo en AtIantic City, exactamente a la misma temperatura. (Supngase que no existen diferencias de viento.) Nota. El Valle de la Muerte es un desierto en California y Atlantic City es un puerto. a) El viento arranca las molculas de agua de la tela hmeda, favoreciendo su evaporacin. b) En el hielo despedazado, hay mas superficie expuesta a la temperatura del medio ambiente lo que implica un mayor nmero de molculas de hielo intercambiando calor con las molculas de aire, esto acelera el cambio de fase. c) Las molculas del agua tibia contienen mayor energa cintica que las del agua fra y por lo mismo hay una mayor nmero de dichas molculas golpeando a las molculas de aire, lo que favorece su evaporacin. d) El aire fro es muy seco y esto permite que las molculas de agua congeladas sean disueltas por dicho aire, provocando el secado. e) La diferencia se debe al grado de saturacin del aire en ambos lugares; en un desierto el aire es mucho mas seco que en un puerto, donde el aire est prcticamente saturado de humedad.

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Modulo # 4 Las Substancias y la Estructura.( Enlaces Qumicos )

1. Diferencias entre substancias inicas y substancias covalentes.SUBSTANCIAS INICAS: Si son solubles en agua, la solucin conducir electricidad. Si son insolubles en agua; pero se funden con calor, la masa fundida conducir electricidad. El porcentaje de miembros de este grupo que son algo solubles en agua, es relativamente alto. Casi ninguno de sus miembros se disuelve en solventes como tetra cloruro de carbono, gasolina, benceno, ter, alcohol, etc. (solventes orgnicos). El elemento carbono raramente proporciona ncleos para estos compuestos (excepciones: bicarbonatos, cianuros). Todos son slidos a la temperatura ambiente. Casi todos son no inflamables. Los puntos de fusin estn casi siempre encima de 350C y, por lo comn, son mucho ms elevados. EJEMPLOS: - Sales (como cloruro de sodio, sulfato de bario). - xidos metlicos (xido de sodio, xidos de hierro). - Carbonatos y bicarbonatos. SUBSTANCIAS COVALENTES Si son solubles en agua, la solucin no conducir electricidad (excepto en unos cuantos casos). Si son insolubles en agua, pero se funden con calor, la masa fundida no conducir electricidad. Slo un porcentaje pequeo es soluble en agua. Sus miembros son generalmente ms solubles en solventes orgnicos. Es muy comn encontrar ncleos de carbono en estos compuestos (esta clase incluye prcticamente a todos los compuestos orgnicos). Esta clase incluye a todos los gases, todos los lquidos y a muchos slidos (suponiendo una temperatura ambiente). Casi todos son combustibles. Los puntos de fusin estn habitualmente muy por debajo de 350C; pero algunos de ellos se carbonizan y descomponen antes de fundirse. EJEMPLOS: - Agua, alcoholes, azcares, grasas y aceites, lacas, perfumes, y la mayor parte de las drogas y los colorantes.

2. La electro-valencia a partir de esquemas atmicos.A la capacidad de los elementos para combinarse se le llama valencia, o electro-valencia. La valencia surge de la estructura atmica. Cuando un tomo gana o pierde electrones queda con un exceso de carga negativa o positiva, que necesita ser neutralizada. Observe el siguiente ejemplo de reaccin entre el Sodio y el Cloro: El tomo de cloro que es fuertemente electronegativo, arranca un electrn de la ltima capa del sodio que tiene baja electronegatividad. El electrn arrancado es acomodado el la ltima capa del cloro para completar los ocho electrones y adquirir as la estructura de gas noble. Observe que el tomo de sodio tambin ha quedado con 8 electrones en la ltima capa despus de perder el electrn, de manera que tambin adquiere la estructura de gas noble. Recuerde que todos los elementos que se combinan tienden a completar su ltima capa con 8 electrones para tener la estructura de gas noble.

3. El proceso de oxido-reduccin.En una reaccin de xido reduccin existe la transferencia de electrones de un elemento a otro. En la reaccin anterior el sodio transfiri su electrn al cloro. Se dice que en una reaccin redox hay dos agentes: el oxidante y el reductor. OXIDANTE: es el elemento que recibe o quita los electrones (como el cloro), el oxidante siempre se reduce. Cl2 ClCloro oxidado Cloro reducido REDUCTOR:es el elemento que cede los electrones (como el sodio) el reductor siempre se oxida. Na Na+ Reaccin de oxidacin: el reductor se oxida. Reaccin de reduccin: el oxidante se reduce.

Cmo saber cual se oxida y cual se reduce? R: cuando el la valencia se vuelve negativa hay una reduccin y cuando se vuelve positiva hay una oxidacin.

4. La Ley de Hess.La Ley de la suma constante de calores de Hess, dice: El calor producido o absorbido a presin constante, en una reaccin qumica, es el mismo, sin importar el mtodo que se haya usado para efectuar este cambio. Ejemplo: La reaccin entre el Sodio y el cloro tiene el cambio neto de entalpa siguiente: Hf = -98.2 Kcal/mol

Si esta reaccin se lleva acabo a travs de una serie de etapas intermedias se llega al mismo valor de entalpa*: *La entalpa es el calor liberado o absorbido a presin constante.

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5. La afinidad electrnica de los grupos de la tabla peridica.. Los elementos del grupo I tienen baja energa de ionizacin (la 1 ionizacin) y ceden fcilmente su electrn para formar un in positivo (+1). Los elementos del grupo II de la tabla, tiene baja energa de ionizacin (para la 1 y 2 ionizacin) y ceden 2 electrones para formar iones positivos de carga +2. Los elementos del grupo II, tienen baja energa de ionizacin (para la 1,2 y 3 ionizacin) y ceden 3 electrones formando iones positivos de +3. Los elementos de grupo IVA y VA, tienen altas energas de ionizacin y no forman iones. Los elementos de los grupos VI y VII tienen muy altas energas de ionizacin y tienden a atraer electrones hacia su ultima capa para adquirir la estructura de gas noble. Los del grupo VI atraen 2 electrones para formar un ion negativo -2. Los del grupo VII atraen 1 electrn y forman el ion negativo -1. Los elementos del grupo VIII tienen completo su octeto en la ltima capa, esto los hace muy estables, por lo que no se combinan con otros elementos.

Flecha en Rojo

Flecha en Azul

6. El enlace inico.Cuando los electrones de los tomos de sodio se han redistribuido entre tomos de cloro, de tal modo que formen iones de sodio y cloro, estas nuevas partculas, de carga contraria, se atraen. Los ncleos estn protegidos y actan de tal modo que impiden que los electrones se escapen. Esta atraccin electrosttica entre iones de carga opuesta la llamamos enlace inico. Ejemplo: Na+ + Cl- [Na+] [Cl-] (iones unidos por atraccin electrosttica)

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7. Frmulas de los principales iones mono atmicos.

8. El enlace covalente.El enlace covalente se forma cuando dos tomos se unen compartiendo electrones para generar una capa comn de 8 electrones (el octeto). La estructura de Lewis, tambin llamada diagrama de punto, modelo de Lewis o representacin de Lewis, es una representacin grfica que muestra los enlaces entre los tomos de una molcula y los pares de electrones solitarios que puedan existir. Esta representacin se usa para saber la cantidad de electrones de valencia de un elemento que interactan con otros o entre su misma especie, formando enlaces ya sea simples, dobles, o triples y estos se encuentran ntimamente en relacin con los enlaces qumicos entre las molculas y su geometra molecular, y la distancia que hay entre cada enlace formado. Las estructuras de Lewis muestran los diferentes tomos de una determinada molcula usando su smbolo qumico y lneas que se trazan entre los tomos que se unen entre s. En ocasiones, para representar cada enlace, se usan pares de puntos en vez de lneas. Los electrones desapartados (los que no participan en los enlaces) se representan mediante una lnea o con un par de puntos, y se colocan alrededor de los tomos a los que pertenece.

9. Orbitales atmicos y orbitales moleculares.Los ORBITALES ATMICOS son aquellos orbitales que existen entre los tomos libres sin combinar. Cuando dos tomos se unen para formar un enlace, lo hacen a travs de uno o mas orbitales comunes llamados ORBITALES MOLECULARES. El orbital molecular es, entonces, un orbital formado por la superposicin de orbitales atmicos que se encuentran incompletos (es decir que tienen un electrn solitario en cada orbital). Los orbitales moleculares reciben nombres con letras griegas como sigma (), o pi (). Ejemplos:

Orbitales atmicos s de Hidrgeno

Orbital molecular de H 2

Orbitales atomicos traslapados Orbitales Atmicos p de Flor

Orbital molecular de fluor gaseoso ( F2 )

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Esquema de orbitales moleculares para la formacin del cido Fluorhdrico (HF). Obsrvese que la distribucin de la nube de electrones es desigual, siendo mayor la densidad de carga negativa cerca del fluor. Esto se debe a la mayor electronegatividad de el fluor.

Mismo proceso representado por estructuras de Lewis

10. Caractersticas de las molculas polares.Las molculas polares se forman cuando tomos de diferente electronegatividad se unen para formar la molcula. En este caso el tomo de mayor electronegatividad tender a jalar la nube de electrones provocando una distribucin desigual y generando zonas de carga positiva y negativa. A esta distribucin desigual se le llama dipolo y para el caso del cido fluorhdrico (ltimo ejemplo de el inciso anterior 9) se representa de la forma siguiente: Las letras griegas indican una carga parcial positiva ( ) o negativa ( ). Esto significa que la molcula de HF se comporta como un dipolo. Cuando se tiene un dipolo, las molculas tienden a agruparse formando cadenas haciendo que las propiedades de la substancia sean diferentes de las esperadas segn su peso atmico (el aumento en el punto de ebullicin es una consecuencia de esto).

11. Clculo de las valencias de los radicales inicos.

12. Covalencia de algunos elementos comunes.La covalencia eles el nmero de enlaces covalentes que puede formar un tomo ya sea con tomos del mimo tipo o con otros diferentes. El carbono, por ejemplo, puede formar cuatro enlaces con otros tomos; el hidrgeno solo puede formar un solo enlace, el oxgeno y el azufre forman dos enlaces cada uno.

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Cuestionario1. Conociendo solo el nmero atmico de cualquiera de los primeros veinte elementos debe ser capaz de escribir su configuracin electrnica correcta y responder las preguntas siguientes: a) En qu familia o grupo se encuentra el elemento? D el nmero romano y el nombre de la familia, si tiene alguno, como halgenos, gases nobles, metales alcalinos, metales alcalino trreos. b) Puede presentarse el elemento en la forma de partculas elctricamente cargadas (iones)? Si es as, cul es la configuracin electrnica del ion? Qu carga elctrica tiene? Cul es el smbolo correcto? Cul es su electro valencia? c) El elemento puede participar en el proceso de compartir electrones, es decir, en enlaces covalentes o covalentes coordinados? Si es as, cul es su covalencia? Ejercicio. Sin consultar grficas o tablas, sino, ms bien, construyendo y estudiando las configuraciones electrnicas correspondientes, conteste estas preguntas con relacin a los elementos de los siguientes nmeros atmicos: 20, 9, 5, 17, 2, 6, 13, 18, 19, 8, 16. Respuesta: N Atmico 20 9 5 17 2 6 13 18 19 8 16 Configuracin 1s22s22p63s23p64s2 1s22s22p5 1s22s22p1 1s22s22p63s23p5 1S2 1s22s22p2 1s22s22p63s23p1 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p64s1 1s22s22p4 1s22s22p63s23p4 Configuracin del in 1s22s22p63s23p6 1s22s22p6 1s2 1s22s22p63s23p6 1S2 1s22s22p2 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 1s22s22p63s23p6 1s22s22p6 1s22s22p63s23p6 a) Grupo (familia) II A, (Alcalinotrreos) VII A (Halgenos) III A VII A (Halgenos) VIII A IV A III A VIII A (Gases nobles) IA VII A (Halgenos) VI A b) In (valencia) Ca+2 F B Cl He C Al Ar K O S (+2) ( -1) (+3) (-1) No No (+3) No (+1) (-2) (-2) c) Covalencia No 1 3 1 No 4 No No No 2 2

2. Explique por qu sera poco razonable que el flor tuviera una electrovalencia de 7 + . R: Tendra que perder 7 electrones, y arrancar el segundo y tercer electrn requiere mucho mayor energa que el primero (y lo mismo ocurre con los dems electrones) adems la gran electronegatividad del fluor hace que le sea mas fcil atrapar electrones que perderlos. 3. El cloruro de sodio puede prepararse a partir de sus elementos, siguiendo este procedimiento de dos pasos (se suponen condiciones normales):

a) Escriba la suma algebraica de esas dos reacciones. R: Na(s) + Cl2 (g) NaCl(s) Hf = - 98.2 Kcal/mol

b) Cul es la entalpa neta de formacin para la reaccin que es la contestacin de la parte a? R: Hf = ( -22.06 76.17 ) = - 98.2 Kcal/mol

c) Cmo se compara este valor con el Hf del cloruro de sodio? R: Es el mismo 4. Dados los siguientes datos del fluoruro de litio, LiF, calcule su energa de rejilla.

R:

Li + F = LiF(s)

Hrejilla = ? Sumando y despejando se obtiene: Hrejilla = - 146 99 = - 245 kcal/mol

Hf = +37 + 124 + 18 80 + Hrejilla = -146;

5. Construya un ciclo de Born-Haber para la formacin de LiF.Li(g) + F(g) (Iones en estado gaseoso)

Respuesta:Hg = + 99 kcal/mol Li(s ) + F2(g) = LiF(s ) Elementos en sus estados estandar (25 C, 1 atmsfera) Hrejilla = - 245 kcal/mol (energa de rejilla)

Hf = - 146 Kcal/mol Floruro de Sodio cristalino en su estado estandar

LiF(s)

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6. Defina tomo y molcula, en tal forma que explique claramente en qu se parecen y en qu se diferencian. R: El tomo es la partcula mas pequea de un elemento y no puede descomponerse sin que deje de ser dicho elemento. La molcula es la partcula mas pequea de una substancia, es una agrupacin de tomos unidos por enlaces qumicos, puede estar formada por tomos del mismo elemento o de elementos diferentes; si los tomos o elementos que componen la molcula se separan, la substancia deja de ser la misma y se convierte en otra y con ella cambian tambin sus propiedades. 7. Cul es la diferencia entre una molcula y un mol?. R: Una molcula es una partcula compuesta por la unin qumica de tomos. El mol es un concepto abstracto que se usa para designar una cantidad de tomos o molculas que equivalen al nmero de Avogadro y que es igual a 6.02 x10 partculas. Esta cantidad de partculas se usa como referencia para expresar los pesos atmicos de los elementos en la Tabla Peridica. Cuando se dice que el Hidrgeno H tiene un peso atmico igual a 1 g, significa que 6.02 x10 tomos de hidrgeno pesan 1 g. Cuando se trata de substancias en estado gaseoso como el Hidrgeno (H 2), esta misma cantidad de partculas ocupa un volumen de 22.4 litros cuando las condiciones de presin y temperatura son las estndares (0 C y 1 atm). En el caso del H 2, como la molcula es diatmica, el peso de una mol de H2 es 2 g, pero el nmero de molculas de gas sigue siendo 6.02 x 10. 8. En qu se parecen y en qu difieren una molcula y un radical inico? R: La molcula no tiene carga neta, pero el radical inico ha ganado o perdido electrones y por lo mismo pose una carga efectiva (positiva si ha perdido electrones Como el NH4, o negativa si los ha ganado como el SO 4). 9. Tomando como base las reglas de covalencia, cul es la estructura posible del HN0 2? Respuesta : Los tomos participantes tienen las siguientes covalencias: N= 3, O= 2, H=1 ; por tanto, los acomodamos de manera que se satisfagan (cada covalencia est representada por un guin y significa un par de electrones que se comparten). O As: NOH 10. Dada la estructura electrnica de puntos del ion sulfato: a) Cul es el nmero total de electrones, incluyendo los de las capas internas, que no se representan con puntos; pero existen? R: El numero total de electrones lo tomamos del nmero atmico de cada elemento, y luego le sumamos los electrones capturados (que le dan la carga de -2). Electrones totales = 4 (No. Atmico del oxgeno) + No. Atmico del Azufre + 2 = 4 x 8 + 16 + 2 = 50 electrones b) Cul es la carga positiva total que se suma en todos los ncleos? Estn de acuerdo estas dos respuestas con la carga neta indicada? R: La carga positiva total es la suma de los nmeros atmicos como en el caso anterior, sin sumar los electrones capturados ( = + 48). Estan de acuerdo por el hecho de que se trata de un grupo de tomos cargado (un in poliatmico) y tiene un exceso de dos electrones que se manifiestan con una carga de -2. e) En qu punto es ms probable que se unan dos iones H+ a este radical? R: Se pegarn a la molcula en la parte de los oxgenos donde estn las cargas negativas. d) Suponiendo que cuando se enlazan al radical, se forman enlaces covalentes, escriba la estructura del H 2S04, utilizando un guin para representar cada par compartido de electrones. Respuesta: O HOSOH ONota. Las flechas indican que el par de electrones los aporta solo el azufre (no es un par compartido, sino cedido, y por lo mismo no es una covalencia), se trata de un enlace coordinado.

e) Examine esta estructura, y compruebe si se obedecen todas las leyes de covalencia. Observe especialmente si el nmero de lneas que parte de cada tomo es igual al de covalencia. R: Si no se toman en cuenta los enlaces coordinados podra parecer que el azufre tiene 4 covalencias en lugar de 2. f) En el H2S04 existen dos enlaces covalentes coordinados. Cules de ellos estaran en su estructura? R: ya los hemos indicado con flechas.

g) A qu conclusin llevan estas preguntas, respecto a situaciones en las que los nmeros de covalencia de la tabla 4.6 no puedan aplicarse? R: Cuando hay enlaces covalentes coordinados, las covalencias aparentan ser mas. 11. Si se tiene en cuenta que no existen enlaces covalentes coordinados en las frmulas moleculares anotadas, siga las reglas de covalencia y determine una estructura lgica para cada una. Use primeramente guiones para indicar los enlaces; luego, utilice el simbolismo electrnico de puntos propuesto por Lewis, que muestra octetos (o capas exteriores K completas). Respuesta: a) b) H-O-O-H c) H-S-S-H HH H-C-C-H HH d) e) H-CN H H-N-O-H

f)

H H-C-O-H H

g)

F F F-C-C-F F F

h)

H H-C-N-H HH

i)

Cl Cl-P-Cl

12. Escriba las frmulas empricas de los siguientes compuestos. a) fosfato dicido de sodio c) fosfato de aluminio e) fosfato dicido de potasio g) xido de hierro (III) NaH2PO4 AlPO4 KH2PO4 Fe2O3 b) hidrxido de calcio d) nitrato de estroncio f) sulfuro de aluminio h) sulfato de cobre (II) Ca(OH)2 Sr(NO3)2 Al2S3 CuSO4

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i) dicromato de potasio k) fosfato de litio m) cloruro de magnesio o) cloruro de estroncio q) sulfito cido de potasio s) fosfato de amonio

K2Cr2O7 Li3PO4 MgCl2 SrCl2 KHSO3 (NH4)3PO4

j) carbonato de bario 1) cromato de sodio n) carbonato de calcio p) cianuro de sodio r) sulfito de sodio t) carbonato de amonio

BaCO3 Na2CrO4 CaCO3 NaCN Na2SO3 (NH4)CO3

13. Escriba las configuraciones electrnicas completas, incluyendo las composiciones de los ncleos de cada una de las siguientes partculas. Consulte en las tablas los nmeros y pesos atmicos. Las configuraciones que escriba deben reflejar el hecho de que las partculas cargadas elctricamente no tienen el mismo nmero de protones que de electrones. HCa+2 Al+3(1+2- = -1) H : 2s2 Ca : 1s22s22p63s23p6 (20+ 18- = +2) 2 2 6 (13+ 10- = +3) 13Al : 1s 2s 2p 1 20

H 0-2 F-

H: 2s1 (1+1- =0) O: 1s22s22p6 (8+ 10- = -2) 2 2 6 (9+ 10- = -1) 9F: 1s 2s 2p1 8

H+ K+ HO-

H: 2s0 (1+0- =+1) K: 1s22s22p63s23p6 (1+8+ 1- 10- = -1 ) 1H 8O:1 19

(19+ 18- =+1)

14. A unos pares de elementos se les dan los smbolos hipotticos X e Y y sus nmeros atmicos se incluyen en la lista. Indique la frmula emprica del compuesto inico que se espera formar con cada par. Si no puede predecirse ninguno, escriba "ninguno". No deber tener necesidad de consultar los elementos reales que tienen estos nmeros atmicos. Para resolver esto hay que obtener las configuraciones de cada elemento:

R: a) b) c) d) e) f)

Configuracin de X 1s22s22p5 1s22s22p63s23p6 1s22s1 1s22s22p63s23p5 1s22s22p63s23p64s2 1s22s2

Configuracin de Y 1s22s22p63s2 1s22s22p63s23p2 1s22s22p5 1s22s22p63s23p1 1s22s22p4 1s22s22p6 3s1

Valencia X -1 0 +1 -1 +2 +2

Valencia Y +2, 4 -1 +3 -2 +1

Compuesto YX2 Ninguno XY YX3 XY Ninguno

15. En la tabla 4.7 se dan datos sobre los puntos de ebullicin y fusin de los cloruros de los elementos del segundo y el tercer perodos. a)Cules son compuestos inicos probables?, b)Cules son probablemente compuestos covalentes?, c)Qu forma geomtrica tendra BCI 3 si fuera no polar? Resp. a y b: Por sus puntos de fusin y ebullicin podemos saber cuales son compuestos inicos o covalentes, ya que los inicos tienen alto punto de fusin y de ebullicin. Inicos LiCl BeCl2 NaCl MgCl2 AlCl3 Pf C 614 405 801 708 190 Covalentes BCl3 CCl4 NCl3 OCl2 FCl SiCl4 PCl3 SCl2 Cl2 Pf C -107 -23 -40 -20 -155 -70 -112 -70 -105

Resp. c) El Boro tiene 3 electrones en su ltima capa, si el compuesto es covalente va a distribuir los tomos de Cloro de manera que estn lo mas alejados entre s. Esto se consigue solo mediante una estructura TRIANGULAR.

16. a) Escriba una "estructura Lewis" para el amoniaco, NH 3.

b) Escriba la configuracin electrnica del nitrgeno, distinguiendo los subniveles 2p, por medio de 2px' 2py, y 2pz. Qu orbitales se encuentran disponibles para superponerse con los orbitales 1s de los tomos de hidrgeno. Resp. 7N: 1S22S22P3 ...... 1S22S2 2Px, 2Py, 2Pz 1S del Hidrgeno para formar enlaces covalentes. Hay tres orbitales P incompletos ( 2Px, 2Py, 2Pz ) que pueden superponerse con los orbitales

c) Cuntos tomos de hidrgeno podran combinarse con uno de nitrgeno? R: Tres, uno en cada orbital 2p que est incompleto.

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d) Haga un dibujo, dndole una perspectiva tridimensional, de la estructura orbital del amoniaco, suponiendo que los orbitales de los tomos de hidrgeno se superponen en los sitios en que se cuenta con los orbitales atmicos del nitrgeno.

H N H HEstructura real Estructura supuesta

e) Cules son los ngulos de enlace "previstos"? (los ngulos H - N H). R: ngulos = 360/3 = 120 f) Los ngulos de enlace H-N-H del amoniaco son todos de 106 47'. Cmo puede explicarse esta desviacin del valor previsto? . R: La molcula no es triangular como se supona, sino piramidal (pirmide triangular) con el nitrgeno en uno de sus vrtices. Este cambio de estructura se debe a que existe un orbital hbrido lleno (el par de electrones no compartido) que empuja hacia abajo a los orbitales del enlace N-H, reduciendo el ngulo entre ellos y dndole una estructura piramidal. g) Se han medido los siguientes ngulos de enlace de la familia del nitrgeno: Explique esta tendencia.Resp: Al aumentar el nmero atmico, aumenta el radio atmico del tomo central, y con ello aumenta tambin el tamao del orbital que tiene el par no compartido (los electrones que estn mas alejados del ncleo ocupar un mayor volumen). En cambio, los orbitales del hidrgeno permanecen iguales. Esto hace que los enlaces Atomo central-hidrgeno sean empujados hacia abajo con mayor fuerza reduciendo as sus ngulos de enlace.

h) D una explicacin para el cambio relativamente grande del ngulo de enlace, al pasar de NH 3 a PH3, y los cambios mucho menores en el resto de la serie. Resp: Esto se debe a que el tomo de fsforo usa orbitales p en lugar de los orbitales sp 3 que usa el NH3 para formar enlaces; el resto de los tomos tambin usan orbitales p. Ver: http://quimica.laguia2000.com/gases/fosfina 17. Resuma las caractersticas esenciales de la teora de Lewis. Segn Lewis, los tomos pueden obtener configuracin electrnica estable al compartir sus electrones con otros tomos. Un tomo obtiene configuracin estable de gas noble cuando posee en su ltima capa 8 electrones. Los electrones no se transfieren de un tomo a otro, sino que se comparten al formar una molcula. Cada par de electrones compartidos constituye un enlace covalente. 18. Defina los trminos siguientes: a) b) c) d) e) f) mdula enlace inico afinidad electrnica calor estndar de formacin electronegatividad radical g) h) i) j) k) l) enlace covalente polar enlace covalente energa de rejilla no saturado enlace covalente coordinado enlace metlico m) Interpenetracin o sobreposicin de orbitales n) energa de sublimacin o) estado estndar (de entalpa) p) orbital molecular q) electrovalencia

Esta parte se deja al alumno, se recomienda consultar en internet para mejor comprensin de los conceptos.

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Modulo # 5 Las Soluciones y las Dispersiones Coloidales.1. Caractersticas de los diversos sistemas de suspensin de acuerdo al tamao de partcula.Los componentes de una mezcla son SOLUTO Y DISOLVENTE. El soluto es la parte que est en menor cantidad, solvente es la parte que se encuentra en mayor proporcin. De acuerdo al tamao de partcula, las mezclas se clasifican en a) Soluciones verdaderas, b) Dispersiones coloidales y c) Suspensiones. Sus caractersticas se muestran en la tabla de al lado.Efecto Tyndall

2. Explicar las propiedades del agua basadas en la estructura molecular (polaridad,tensin superficial,hidratos)ESTRUCTURA DEL AGUA: La molcula de agua presenta una estructura angular segn se ve en la figura (a). POLARIDAD: Adems, la carga electrnica se encuentra desbalanceada debido a la mayor electronegatividad del oxgeno sobre el hidrgeno. Esto genera un dipolo (dos polos en la molecula), en el que hay una carga parcial negativa sobre el oxgeno (-) y una carga parcial positiva sobre el hidrgeno (+). En la fig (b) observamos la tendencia de las molculas de agua a juntarse entre s por la atraccin de los dipolos para formar el enlace puente de hidrgeno. Este enlace es el responsable de las caractersticas especiales del agua.

(a)

(b) (c)

TENSIN SUPERFICIAL: Cuando la superficie del agua est en contacto con el aire o con aceites y grasas, se comporta como si tuviera una membrana elstica. A esto se debe que el polvo fino o los insectos pequeos e incluso agujas limpias de acero puedan flotar sobre el agua (fig. c), a pesar de ser ms densos que ella. Bajo la superficie, las molculas de agua experimentan fuerzas elctricas de atraccin hacia las circundantes, en todas las direcciones. Sin embargo, arriba de la superficie no hay molculas de agua, ni molculas de polaridad comparable, si arriba de la capa de agua hay aire, aceites o grasas. Por lo tanto, una molcula de agua que est en una superficie, no puede experimentar fuerzas de atraccin iguales en todas las direcciones. Existe una atraccin hacia el interior (figura 5.5), pero por supuesto, las molculas de la superficie no pueden ser arrastradas muy lejos, de manera que se aglutinan con mayor fuerza en esta parte que en cualquier otro punto del lquido. Este aglutinamiento produce el efecto de una membrana delgada, invisible y elstica, que cubre la superficie; este fenmeno se llama tensin superficial.

HIDRATOS. Hidrato es un trmino utilizado en qumica orgnica y qumica inorgnica para indicar que una sustancia contiene agua. En qumica inorgnica, los hidratos contienen molculas de agua que (o bien estn ligadas a un ncleo metlico o estn cristalizadas con el complejo metlico). Tales hidratos se dice que poseen "agua de cristalizacin" o "agua de hidratacin". sta es liberada cuando el hidrato es sometido a alta temperatura, la red se rompe y deja escapar una o ms molculas de agua. Los hidratos se forman debido a que el agua de cristalizacin se incorpora a la red cristalina por medio de puentes de Hidrgeno.

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3. Explicar a que se debe la accin disolvente del agua.Accin disolvente: El agua es el lquido que ms sustancias disuelve, por eso decimos que es el disolvente universal. Esta propiedad, tal vez la ms importante para la vida, se debe a su capacidad para formar puentes de hidrgeno con otras sustancias que pueden presentar grupos polares o con carga inica ( alcoholes, azcares con grupos R-OH , aminocidos y protenas con grupos que presentan cargas + y - , lo que da lugar a disoluciones moleculares.Tambin las molculas de agua pueden disolver a sustancias salinas que se disocian formando disoluciones inicas. En el caso de las disoluciones inicas. los iones de las sales son atrados por los dipolos del agua, quedando atrapados y recubiertos de molculas de agua en forma de iones hidratados o solvatados.

4. Problemas que involucran concentracin molar, concentracin porcentual y ppm.Hay varias formas de expresar que tan concentrado est un SOLUTO dentro de un SOLVENTE, toma en cuenta que a la suma de soluto y solvente se le llama SOLUCION. Cuando disolvemos un slido en un lquido el volumen de solucin es mayor que el volumen de lquido que tenamos originalmente. A. MOLARIDAD(m): La molaridad se define como el numero de moles de soluto que hay en un litro de solucin. Para conocer la molaridad (m) de 10 gr de Amonaco (NH3) disueltos en 1000 ml de solucin Necesitamos conocer el peso molecular (M) del amonaco y obtener el nmero de moles(n) que se han disuelto en 1000 ml de agua. FORMULAS: M = suma de pesos atmicos n = peso de substancia en gr / M m = n x 1000 / volumen en mililitros o centmetros cbicos B) CONCENTRACIN PORCENTUAL (%). Puede ser porcentaje peso-peso (p/p), peso-volumen (p/v) o volumenvolumen (v/v). % (p/p): gramos de soluto que hay en 100 g de solucin.% (p/p) = gr Soluto x 100 gramos de solucin

EJEMPLO: 10 g. NH3 en 1000 ml de agua. Peso molecular (M) del NH3 = 14+3 = 17 g Numero de moles (n) de NH3 = 10 g / 17 = 0.5882 moles Como este numero de moles se disolvi en un litro (1000 ml) de agua, entonces la molaridad (m) es 0.5882 Todas estos pasos se pueden resumir en uno solo: m = Peso x 1000 ; M x ml 10 g x 1000 = 0.5882 molar 17 x 1000

Ejemplo: Se pesan15 g de azucar y se les aade agua hasta completar 50 ml de solucin. cal es el porcentaje (p/v) de la solucin? R: Si hay 15g en 50ml de solucin final cual ser la cantidad que hay en 100 ml? % (p/v) = g x 100 ; ml 15 g x 100 = 30 % 50 ml

% (p/v): gramos de soluto que hay en 100 ml de solucin.% (p/v) = gr Soluto x 100 ml de solucin

% (v/v): ml de soluto que hay en 100 ml de solucin.% (v/v) = ml de Soluto x 100 ml de solucin

B) PARTES POR MILLN (ppm): Son los Miligramos de soluto que hay en 1 litro de solucin.ppm = mg de Soluto x 1000 ml de solucin

EJEMPLO: Se disuelven 0.27 g de Cloro en 250 ml de agua (se supone que el cloro no aumenta el volumen de la solucin) Cal es la concentracinde Cl2 en partes por milln?.Ppm = 270 mg Cl 2 x 1000 = 1080 ppm. 250 ml de solucin

5. Problemas sobre propiedades coligativas de las soluciones.Las PROPIEDADES COLIGATIVAS Son aquellas propiedades que dependen del nmero de partculas disueltas, entre ellas se encuentran: A. Descenso de la PRESIN DE VAPOR: Cuando se disuelve una substancia no voltil en un solvente (como azcar en agua o parafina en hexano) se observa que la presin de vapor del solvente ha disminuido respecto a la presin que tena original mente el solvente puro a las mismas condiciones de temperatura y presin atmosfrica. Esto se debe a que las molculas de soluto que se encuentran en la superficie, bloquean la salida de las moleculas de solvente, reduciendo as su presencia en el aire circundante. EJEMPLO: la presin de vapor del