Benemrita Universidad Autnoma de PueblaDireccin de Enseanza Media Superior

Qumica II GUA PARA EL ALUMNO

Academia de Qumica 2005

Qumica II. Gua para el alumno del Bachillerato Universitario, fue elaborado por la Vicerrectora de Docencia de la Benemrita Universidad Autnoma de Puebla.

D.R. Universidad Autnoma de Puebla, 2004 Calle 4 Sur No. 104, Centro Histrico C.P. 72000 Puebla, Pue. Este libro electrnico ha sido elaborado por la Benemrita Universidad Autnoma de Puebla, como parte de las acciones de fortalecimiento del Bachillerato Universitario. La edicin de este libro no tiene carcter lucrativo, es para uso exclusivo de alumnos de la BUAP. Los juicios y opiniones de la comunidad universitaria son indispensables para mejorar el contenido de este libro, stos pueden ser enviados a: Vicerrectora de Docencia Av. Juan de Palafox y Mendoza No. 219 Centro Histrico, C.P. 72000, Puebla, Pue. Telfono 2295500, extensin 5602 Correo electrnico: vdocencia@siu.buap.mx

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DIRECTORIOMtro. Enrique Agera Ibez Rector M.A. Armando Valerdi Rojas Secretario General M.A. Jos Alfonso Esparza Ortiz Tesorero General M.A. Oscar Gilbn Rosete Contralor General Mtro. Jos Jaime Vzquez Lpez Vicerrector de Docencia Lic. Georgina Maldonado Lima Directora de Educacin Media Superior

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Presentacin La Benemrita Universidad Autnoma de Puebla ha producido las Guas para el maestro y para el alumno como parte de las acciones para elevar la calidad acadmica del Bachillerato Universitario. Su finalidad es respaldar el aprendizaje de los estudiantes v apoyar el trabajo de los profesores en cada una de las asignaturas que integran el nuevo plan de estudios de la preparatoria (Plan 5). La produccin de estas Guas tiene como base el trabajo colegiado de las Academias de Maestros del Nivel Medio Superior de la BUAP. En ellas se han podido conjugar las experiencias de los docentes, cada vez ms exitosas en materia de superacin acadmica. Se han incorporado tambin a estos textos el trabajo de profesores y especialistas de otras instituciones educativas, con quienes nuestros maestros mantuvieron un intenso v fructfero trabajo. La Vicerrectora de Docencia reconoce el empeo que ha tenido, para la produccin de esta Gua, la Academia General de Qumica del Nivel Medio Superior de la BUAP, periodo 2004-2005, particularmente los maestros: Martha Araiza Ramrez, Teresa Irma Ariza Gonzlez, Mara Flix Bastida Aguilar, Sergio Carranza Tllez, Mara de la Luz Cruz Romero, Martha Durn Domnguez, Mara Guadalupe Fernndez Rodiles, Mara de Lourdes Fuentes Cuautle, Jos Carlos Garca Bez, Mara Felicitas Garca Castillo, Isabel Garca Mendoza, Luciano Guevara Conde, G. Elosa Hernndez Leyva, Mara de la Consolacin Hernndez Lima, Trinidad Herrera Mora, Felipe Mrquez Garca, Tomasa Eleazar Marroqun Bravo, Mara Laura Mendez Ovando, Mara Guillermina Mondragn Cuevas, Mara del Carmen Palafox Gonzga, Flora Reyes Cardoso, Mara Ofelia Rodrguez Alvarado, Malinali Snchez Aguilar, Mara Lourdes Concepcin Snchez Ramrez, Miguel Vargas Nava, Yolanda Villegas Lpez. Ma. del Pilar Quiroz Carcao. En el diseo de las Guas para el maestro y para el alumno se han contemplado los avances de las Academias en la actualizacin y precisin de los contenidos de las asignaturas, y se incorporaron estrategias para un mejor aprendizaje a partir de nuevos enfoques pedaggicos que orienten las actividades de la educacin media superior en la BUAP., Todo ello contribuir a cumplir de una mejor manera los objetivos de calidad y pertinencia educativa que se ha propuesto nuestro bachillerato. La publicacin de estas Guas corresponde al compromiso sostenido del rectorado de contribuir a la mejor formacin de los jvenes preparatorianos y de apoyar el buen desempeo de sus profesores, orientaciones prioritarias que han sido recogidas en el Plan General de Desarrollo 2002- 2005 de nuestra Benemrita Institucin.42

Vicerrectora de Docencia

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INDICEUNIDAD V Nomenclatura inorgnica y aplicaciones UNIDAD VI Estequiometra Unidad VII Sistemas dispersos, disoluciones, Equilibrio cido-base y concepto de pH UNIDAD VIII Nomenclatura y caracterstica de compuestos orgnicos

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UNIDAD V NOMENCLATURA INORGNICA Y APLICACIONES

Primera Sesin Actividad de Diagnstico

Examen Diagnstico 1. Qu entiendes por Ion? 2. Qu entiendes por un compuesto? 3. Cmo relacionas a los compuestos inorgnicos con tu vida cotidiana? 4 Escribe 5 iones con smbolo y nmero de oxidacin. 5. Escribe el nombre y la frmula de 5 compuestos inorgnicos que conozcas

Conceptos fundamentales de la nomenclatura qumica Introduccin

Sols Correa, Hugo E. Nomenclatura Qumica. Conceptos Fundamentales:Introduccin en Nomenclatura Qumica: Configuraciones Electrnicas, Mc. Graw Hill, Mxico, 1994.

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La nomenclatura es el conjunto de reglas que se emiten para dar nombre y clasificacin a los individuos de una especie. As, por ejemplo, existen reglas de nomenclatura para designar a los individuos pertenecientes a los reinos animal, vegetal y mineral. Por ejemplo, independientemente del idioma que se hable, el Citrus Sinesis es el rbol que produce la naranja dulce (o naranja de China), el gato es el Felis Cattus y los alumbres son las rocas constituidas por sulfatos de un in alcalino y un metal trivalente, como el sulfato de aluminio y amonio. La nomenclatura qumica incluye reglas que nos permitan asignar un nombre a cada una de las sustancias qumicas. Podemos hacer algunas aproximaciones al enunciado anterior. El objeto de la nomenclatura es identificar a una sustancia qumica. Esta identificacin debe ser inequvoca, es decir, a cada nombre debe corresponder una sustancia y a cada sustancia un nombre. A diferencia de otras disciplinas, la nomenclatura qumica contiene reglas y nombres que se han modificado con el tiempo y se siguen modificando a medida que se obtienen nuevos compuestos o se establecen acuerdos internacionales para designar a los ya existentes. Las reglas de nomenclatura actuales provienen de los acuerdos internacionales tomados en una asociacin mundial de qumicos, denominada International Union of Pure and Applied Chemistry, conocida como IUPAC, por sus reglas en ingls (Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada, UIQPA). Al decir que a cada sustancia se le asigna un nombre, no se puede explicitar un nombre y slo un nombre, ya que ste pudo cambiar con el tiempo. Por ejemplo, existe un compuesto conocido desde hace ya varios siglos y que en la farmacopea tradicional se llam sublimado corrosivo. A principio de este siglo recibi el nombre de cloruro mercrico, que le corresponde a su composicin HgCl2 y que actualmente se llama cloruro de mercurio (II). Existe otro compuesto que contiene cloro y mercurio y es el cloruro de mercurio (I), cloruro de mercurioso o calomel. A pesar de las reglas emitidas por la IUPAC y de la tendencia a ser adoptadas por los qumicos en todo el mundo, la nomenclatura qumica es tolerante con los nombres que se han arraigado y que persisten, en la mayora de los casos, a nivel comercial.

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Otras caractersticas de la nomenclatura sistemtica es la de asignar nombres a sustancias puras. Hay dificultades para definir la palabra sustancia y para decir cuando es pura. Por ejemplo, existe un conjunto de sustancias comerciales denominadas agua oxigenada. Todas ellas contienen agua y perxido de hidrgeno, aunque la concentracin de este ltimo vara del 3 al 30%. El agua oxigenada tambin contiene alguna sustancia adicional llamada conservador que se utiliza para evitar que el perxido se descomponga, y que frecuentemente es la hidroquinona. Sin embargo, en los catlogos comerciales de, productos qumicos, el agua oxigenada se localiza bajo el rubro perxido de hidrgeno.

Actividad experimental 1 Agua - vino - agua Procedimiento: En la mesa de trabajo se colocan tres vasos enumerados del 1 al 3. El vaso 1 contiene una solucin de hidrxido de sodio al 0.1%. El vaso 2 contiene 10 gotas de fenoftalena, El vaso 3 contiene una solucin de cido clorhdrico al 0.1% El contenido del vaso, se transforma en vino, con solo vaciar su contenido al vaso 2, y si lo vacas en el vaso 3, lo vuelves a convertir en agua. El profesor pedir a sus alumnos que escriban sus observaciones y sus conclusiones.

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Segunda Sesin: Funciones Inorgnicas y Su Nomenclatura En la siguiente tabla encontraras los nombres de las funciones qumicas inorgnicas y las principales reglas para nombrar a los compuestos por los sistemas comn y Stock reconocidas por la IUPAC

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Tercera Sesin Clculo del Nmero de Oxidacin Compuestos qumicos inorgnicos (Resumen) Nmero o estado de oxidacin* El nmero de oxidacin se define determinarlos son: A) Para un elemento no combinado es cero. B) En un compuesto el elemento ms electronegativo tiene carga negativa, mientras que el elemento menos electronegativo tiene carga positiva. C) En un compuesto la suma de las cargas debe ser igual a cero. D) El Hidrgeno tiene estado de oxidacin de +1, excepto en los hidruros que es de 1. E) El Oxigeno presenta un estado de oxidacin de -2, excepto en los perxidos que es de 1. F) En un ion poliatmico su carga es igual a la suma de los estados de oxidacin de cada uno de los tomos que lo forman. como la carga del in. Algunas reglas para

*G. A Ocampo e tal., Nmero o estado de oxidacin en Fundamentos de qumica I, 2da. reimp. Ed. Publicaciones Cultural, S. A de C.V. 1998.

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Cuarta Sesin xidos metlicos: Un lquido... slido: el vidrio*

Kohler, Pierre, et. al., Al descubrimiento de la tecnologa, Conacyt Limusa Mxico, 1988.

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El vidrio est presente en todas partes, tanto en la vida cotidiana como en los laboratorios cientficos: desde la bombilla un material asombroso por donde se le mire. De hecho, ms que un material, es un estado particular de la materia, que todava intriga a fsicos y qumicos. Si se examina de un potente microscopio, se puede observar que las molculas del vidrio (especie de ladrillos que lo constituyen), estn dispuestas de manera totalmente anrquica, como ocurre en los lquidos. Ahora bien: al pasar de un cuerpo del estado lquido al estado slido, sus molculas se organizan en una red rgida, con mallas que se repiten y siguen un diseo constante, para dar lo que se denomina un cristal. Tal es el caso de la nieve. Sin embargo, esto no ocurre con el vidrio: tiene la estructura de un lquido al mismo tiempo que es slido. elctrica hasta los parabrisas de los automviles; desde la probeta del qumico hasta la lente de un microscopio. Se trata de

Composicin y Propiedades del vidrio El vidrio se obtiene de la fusin de una mezcla de arena silicosa (72%), de carbonato y de silicato de sodio (14%), y estabilizadores tales como el carbonato de calcio, almina, y magnesia que refuerzan su resistencia. Elevadas a una temperatura de 500oC. Los distintos elementos se funden para formar el vidrio. Despus se les deja enfriar hasta que toman la consistencia de una pasta. Es entonces cuando se les da forma, por medio del soplado o del moldeado, para fabricar los objetos ms diversos. Cuando se desea obtener vidrios de colores, se incorporan a la mezcla, xidos metlicos: el xido de hierro, por ejemplo da vidrios verdes, con los que se fabrican botellas. El xido de plomo, combinado con un poco de potasio, da por resultado un vidrio muy puro: el popularmente llamado cristal . El vidrio posee numerosas propiedades tiles para una gran variedad de aplicaciones. Es transparente, inalterable (excepto en cido fluorhdrico), incomprimible e isotrpico (es decir, conserva las mismas propiedades fsicas en todas direcciones); por otra parte, no se pudre, no es poroso ni flamable. Su inconveniente ms grave es, sin duda, su fragilidad; no obstante, ya se logran vidrios de alta resistencia, como es el

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caso de los utilizados en las ventanillas de las cabinas espaciales. Existe una extensa variedad de vidrios: vidrio plano (o estirado), utilizado para las ventanas; vidrio hueco, para fabricar los frascos y las botellas... y los vidrios especiales, llamados tcnicos, como el Securitt", utilizado en las ventanillas de los automviles fabricados en serie. La dureza particular de este tipo de vidrio se logra al enfriarlo bruscamente con un chorro de aire, justo en el momento en el que alcanza su punto de reblandecimiento. Cuando se rompe, se divide en pequeos fragmentos poco cortantes. Cuando se acta sobre la composicin qumica del vidrio en lugar de sobre la tcnica de fabricacin, se obtiene, verbigracia, el Pyrex o vidrio refractario, que contiene anhdrido brico. Este producto tiene la propiedad de disminuir el coeficiente de dilatacin del vidrio, lo cual le permite resistir grandes cambios de temperatura. Otros tipos de vidrios son: el vidrio laminado, que se emplea en los parabrisas de los automviles y que consiste en dos placas de vidrio, en medio de las cuales hay una lmina de materia plstica; el vidrio armado, que encierra en su masa una estructura metlica; el vidrio catedral, en cuya superficie mediante calor. lleva impreso un motivo realizado

Un material del futuro; la fibra de vidrio. Una propiedad ms del vidrio es que puede ser estirado en fibras, a las cuales se les dan muchos usos actualmente. Incorporado a una resina la fibra de vidrio es por ejemplo, el material constitutivo de pequeas etapas de cohetes, cuya resistencia es superior a la del acero, mientras que su peso es muy inferior. Al igual que las fibras textiles las de vidrio pueden ser hiladas, enrolladas, tejidas y engomadas. En este ltimo caso se obtiene una lana de vidrio, un material aislante profusamente utilizado en la construccin. La fibra de vidrio est destinada a tener un importantsimo papel en el dominio de las telecomunicaciones. En efecto, es capaz de transmitir la luz de un rayo lser que contenga una gran densidad de informacin. Muchas centrales telefnicas estn ya

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enlazadas por haces de fibras de vidrio llamadas tambin fibras pticas: una fibra 25 veces ms delgada que un cabello puede transmitir varios miles de conversaciones telefnicas, convertidas en rayos luminosos. Hidrxidos* El hidrxido de aluminio, Al(OH)3, es un ingrediente anticido comn, De igual manera que el carbonato de calcio, puede producir estreimiento en dosis elevadas. Los iones hidrxido reaccionan con los cidos como lo indica la reaccin de neutralizacin. OH- + H3O+ 2H2O

Existe cierta preocupacin porque los anticidos que contienen iones aluminio quitan al organismo iones fosfato que le son indispensable. El fosfato de aluminio que se forma es insoluble y se elimina. Al3+ (aq) + PO43- (aq) AlPO4(s)

El hidrxido de aluminio es el nico anticido del Amphojel, pero se emplea combinado con otros ingredientes anticidos en muchos productos populares. Tambin se usan como anticidos ciertos compuestos de magnesio, entre los que estn el carbonato de magnesio, MgCO3 y el hidrxido de magnesio, Mg(OH)2. La leche de magnesia es una suspensin de hidrxido de magnesio en agua y se vende bajo diversas marcas comerciales, pero quiz la mejor conocida es Phillips. En dosis pequeas, los compuestos de magnesio actan como anticidos, y en dosis grandes tienen un efecto laxante. Los iones magnesio no se absorben bien en el tubo digestivo. Existen algunas otras sustancias que no se nombran como hidrxidos y que tiene la misma funcin que las bases tal es el caso del carbonato cido de sodio, * Burns, Ralph A., Fundamentos de Qumica, 2a. Edicin, Ed. P.H.H., Mxico, 1996.

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NaHCO3 , llamado soda para hornear. Se considera que su uso ocasional es seguro y eficaz para la mayora de las personas. Su empleo excesivo vuelve a la sangre demasiado alcalina, una condicin que se conoce como alcalosis. El carbonato cido de sodio no es recomendable para quienes padecen de hipertensin (alta presin arterial) porque las concentraciones altas de sodio tienden a agravar esta condicin. El anticido del Alka-Seltzer es carbonato cido de sodio. Este popular remedio contiene tambin cido ctrico y aspirina. Cuando el Alka-Seltzer se coloca en agua, la reaccin de los iones carbonato cido con los iones hidronio del cido produce el familiar burbujeo. HCO3- (aq) + H3O+ CO2(g) + 2H2O(l)

(aq)

Otro ingrediente comn en los anticidos es el carbonato de calcio, CaCO3, tambin llamado carbonato precipitado. Es de accin rpida y no presenta riesgos en pequeas cantidades, pero su uso regular puede provocar estreimiento. Parece ser tambin que el carbonato de calcio puede causar un incremento en la secrecin de cido despus de algunas horas, lo que significa que se logra un alivio temporal con el riesgo de un problema mayor ms tarde. El producto Tums es fundamentalmente carbonato de calcio con sabor. El Alka-2 y la suspensin lquida Di-Gel tambin contienen carbonato de calcio como ingrediente anticido. El ion CO32cido y produce CO 2(g) CO3 2- (aq)+ 2H3O+ (aq) CO 2(g) + 3H2O(l) neutraliza el

Ejercicios Dar el nombre o frmula segn corresponda: 1) Fe2O3 2)CaO 3) Fe2O3

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4) Al (OH)3 5) Li OH 6) xido de Oro (III) 7) xido Cprico 8) Hidrxido de Manganeso (VII) 9) Hidrxido Cobaltoso 10) xido de Mercurio (II) 11) Hidrxido de Radio

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Quinta Sesin xidos no Metlicos y Oxicidos xidos no metlicos* El ozono se produce en la messfera y la estratsfera como resultado de

reacciones del oxgeno atmico con O2. El ozono mismo se descompone por la absorcin de un fotn o por la reaccin con una especie activa como el NO. Las actividades humanas pueden provocar la acumulacin de cloro atmico en la estratosfera, el cual es capaz de reaccionar con el ozono en un ciclo cataltico para convertir el ozono en O2. Una marcada reduccin en el nivel de ozono en la atmsfera superior tendra consecuencias adversas graves, debido a que la capa de ozono filtra ciertas longitudes de onda de la luz ultravioleta que no pueden ser absorbidas por otros componentes atmosfricos. En la tropsfera, la atmsfera inferior en la cual vivimos, la qumica de los componentes atmosfricos que se encuentran en pequeas cantidades es de primordial importancia. Muchos de estos componentes que se encuentran en cantidades pequeas son contaminantes: el dixido de azufre uno de los que ms prevalecen y que son ms nocivos. Al oxidarse en el aire forma trixido de azufre, el cual se disuelve en agua para formar cido sulfrico. Para controlar esta fuente de contaminacin es necesario prevenir la eliminacin de SO2 que escapa de las operaciones industriales en las cuales se forma. Un mtodo para llevarlo a cabo consiste en hacer reaccionar el SO2 con CaO para formar sulfito de calcio, CaSO3. El smog fotoqumico es una mezcla compleja de componentes en los cuales tanto los xidos de nitrgeno como el ozono juegan un papel importante. Los componentes del smog generalmente se derivan de la combustin de los automviles y su control consiste en evitar las emisiones provenientes de los automviles. El monxido de carbono se encuentra en altas concentraciones en la combustin de automviles viejos y en el humo proveniente del cigarrillo. Este compuesto es

* Brown, Theodore L. y Lemay, H. Eugene, Qumica: La Ciencia central. 3a Edicin, De. P.H.H., Mxico, 1987,

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perjudicial para la salud, debido a la capacidad que tiene para formar un enlace fuerte con la hemoglobina y reducir la capacidad que esta sustancia tiene para transportar el oxgeno en la sangre proveniente de los pulmones. El dixido de carbono y el vapor de agua son los nicos componentes de la atmsfera que absorben fuertemente la radiacin infrarroja. El nivel de dixido de carbono en la atmsfera es por tanto muy importante para determinar el clima del mundo. Como resultado del exceso de combustin de petrleo (carbn de hulla, aceite y gas natural) el nivel de dixido de carbono en la atmsfera est aumentando rpidamente. El agua de mar contiene aproximadamente 3.5 por ciento en peso de sales disueltas. Estas sales, cuando se disuelven con dixido de carbono, establecen un sistema buffer que conserva el pH del agua de mar en niveles cercanos a 8.0. Las variedades de vida biolgica que existen en el mar dependen del crecimiento de fitoplancton fotosinttico como base de la cadena alimenticia. La zona fotosinttica se encuentra cerca de la superficie del agua, en donde penetran los rayos solares. Los principales componentes que se necesitan para la fotosntesis son CO2 y algunas formas disponibles de nitrgeno y fsforo. Casi siempre, la disponibilidad de uno o ambos elementos limita la velocidad de la fotosntesis. Debido a que la mayor parte del agua se encuentra en los ocanos, resulta inevitable que la humanidad piense en el agua salada como una fuente de agua fresca. La desalinizacin consiste en quitar las sales que se encuentran disueltas en el agua de mar, en las aguas saladas o aguas salobres, para poder utilizarlas en el consumo humano. Uno de los procedimientos que se pueden utilizar para desalinizar el agua es la destilacin. El agua fresca que se obtiene de los ros, lagos y fuentes subterrneas, puede necesitar tratamiento para poder utilizarla. Los diferentes pasos que se utilizan para el tratamiento del agua consisten en filtracin, sedimentacin, filtracin en la arena, aireacin, esterilizacin y ablandamiento. El tratamiento de las aguas de deshecho se aplica a las aguas negras o a las aguas que se han utilizado en operaciones industriales. Las aguas negras municipales

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reciben un tratamiento primario para remover los desperdicios insolubles, la grasa y otros materiales. El tratamiento secundario consiste en la aireacin de las aguas negras para fomentar el crecimiento de microorganismos que se alimentan de compuestos orgnicos que se encuentran en las aguas negras. Con el tiempo el agua clara se separa de estos microorganismos. El agua es sometida a un proceso de demanda biolgica de oxgeno (DBO) despus del tratamiento. Oxicidos: La lluvia cida* El grado relativo de acidez o bacisidad de una sustancia se expresa en trminos de pH. La escala de pH vara desde cero hasta 14. Usualmente, el agua de lluvia es ligeramente cida y tiene un pH entre cinco y seis, debido a que el dixido de carbono y otras sustancias que ocurren naturalmente en la atmsfera se disuelven en la lluvia y forman una disolucin cida diluida. Con el descubrimiento industrial, en los Estados Unidos y en Europa se han registrado valores para el pH de agua de lluvia de 4.3 e, incluso, ms bajos. Uno de los problemas ms serios de la contaminacin del aire que enfrenta en la actualidad el mundo es la precipitacin cida. Con este trmino se incluyen, en primer lugar, la lluvia cida como tal, es decir, la disolucin en la lluvia de xidos de elementos no metlicos NO2 y SO2, que originan una solucin cida que cae en la tierra en forma de lluvia y la sedimentacin de partculas cidas portadoras de sulfatos, que se separan en el aire. La precipitacin cida, bien sea en forma hmeda, lluvia cida propiamente dicha o en forma seca, sedimentacin de partculas con caractersticas cidas, no es un fenmeno nuevo y representa una seria amenaza para el ambiente. Los orgenes de la lluvia cida se remontan a los comienzos de la revolucin industrial. La expresin lluvia cida fue acuada por los qumicos del siglo XIX,

* Cardenas S, Fidel a. y Gelvez S. Carlos A. Qumica y ambiente, Mxico. Mc Graw Hill. 1995.

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quienes percibieron el deterioro de los edificios de la poca causado por la accin de la lluvia. La precipitacin cida se produce cuando se liberan a la atmsfera xidos de azufre SO2, y de nitrgeno NO2 en grandes cantidades. La combustin del carbono que posee azufre es una de las principales fuentes de SO2, para la atmsfera. Por otra parte, los carros y otros vehculos emiten, a travs de los exhostos, xidos de nitrgeno. Durante la permanencia en la atmsfera, los xidos de azufre y de nitrgeno se transforman en una gran variedad de contaminantes secundarios, que forman disoluciones diluidas de cido ntrico y cido sulfrico. Fenmenos naturales como la lluvia y la nieve retornan estos cidos a la superficie de la tierra, lo cual hace que el pH de los lagos, los ros y los suelos se hagan ms cidos. Los efectos de la precipitacin cida sobre los sistemas acuticos son bien conocidos. Si bien es cierto que existen algunas especies que toleran grandes variaciones de pH, otras, como los mejillones de agua dulce, son muy susceptibles y mueren con variacin muy pequeas de acidez. En general, la acidificacin de los lagos conduce a la desaparicin de los peces. En Europa, E.E.U.U. y el Canad existen lagos, que en el pasado, fueron ricos en peces y otras formas de vida y que, en la actualidad ya no presentan condiciones para mantener esa vida. A pesar de que los efectos directos de la precipitacin cida sobre las plantas son ms difciles de establecer, hoy se saben que son uno de los factores de destruccin de las florestas en el norte de Europa y en los E.E.U.U. Es bien conocida una de las formas como la precipitacin cida destruye las plantas. La precipitacin cida cambia la qumica de los suelos, lo cual, a su vez, altera el desarrollo de las races y por tanto, son arrastrados por el agua antes que las plantas puedan asimilar.

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Finalmente, algunos metales como el manganeso y el aluminio, al disolverse en los suelos cidos, se hacen abundantes en los alrededores de las races, de tal manera que sus concentraciones alcanzan niveles que son txicos para las plantas.

Ejercicios Dar el nombre o frmula segn corresponda: 1) CO 2) H2CO3 3) CI2O7 5) H3PO4 6) cido Ntrico 7) Anhdrido hipocloroso 8) cido Idico 9) cido Crmico 10) xido de Azufre (VI) 11) Anhdrido Sulfuroso

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Sexta Sesin Oxisales Generalidades sobre fertilizantes*

Alcantara, Barbosa, Mara Consuelo, Fertilizantes en Qumica de hoy: Texto preuniversitario, De. Mc. Graw Hill, Mxico, 1994.

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Los fertilizantes son materiales que ayudan a obtener buenas cosechas, aceleran la madurez de las plantas y disminuyen el costo de produccin de los alimentos. Son indispensables para la fertilidad del suelo, especialmente en terrenos de agricultura intensiva. Las plantas necesitan carbono, oxgeno, hidrgeno, nitrgeno fsforo, potasio, calcio, magnesio, azufre y hierro. el hombre tiene que renovarlos. La armona entre el requerimiento y los recursos que el hombre tiene es la base de la conservacin de la humanidad. El objetivo principal de la conservacin de la Tierra es asegurar el mayor beneficio para el mayor nmero de gente, durante el mayor tiempo. Esto pone de relieve la importancia que tienen los fertilizantes para el hombre, ya que su uso racional permite aprovechar al mximo los recursos naturales. Los materiales empleados en la industria de los fertilizantes se encuentran en depsitos naturales, en los productos de la recuperacin industrial de la basura y drenajes, aunque tambin se fabrican, principalmente a partir de las sales de nitrgeno, fsforo y potasio. Es considerable el nmero de fertilizantes derivados del fsforo. Todos estos elementos se encuentran en la atmsfera y en la tierra de manera natural, pero cuando se agotan o se utilizan mucho,

Fertilizantes inorgnicos. El nitrgeno generalmente se usa a partir de la sntesis del nitrato de amonio (NH4NO3) y de all se forman sales, como urea, nitrato de potasio, de calcio, de amonio, fosfato de amonio, etctera. Se utilizan mucho los fertilizantes potsicos debido a que forman sales solubles en agua.

Fertilizantes completos. Un fertilizante completo es una mezcla de sales de nitrgeno, fsforo y potasio. Son muy numerosos los compuestos de fsforo que se usan como fertilizantes. Ejemplos:

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Roca fosfatada, mineral del que se extraen varios productos para hacer diversas sales: Fosfto de amonio y potasio Fosfato clcico: Superfosfato, que se llama fosfato dicido de calcio:Ca3(PO4)2 + H2SO4 Ca(H2PO4)2 + CaSO4

Tambin se fabrica un abono que tiene tres veces ms fsforo til que el fosfato natural, para ello se trata el fosfato natural molido con cido fosfrico al 70%. Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 Ca(H2PO4)2

Ejercicios: Dar el nombre o frmula segn corresponda. 1) KNO2 2) Ca(ClO4)2 3) Na3PO4 4) Li2CO3 5) KMnO4 6) Perclorato de Sdio 7) Hipoclorito de Potasio 8) Carbonato de Magnesio 9) Silicato de Calcio 10) Fosfato de Bario 11) Bicarbonato de Litio 12) Nitrato de Potasio

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Sptima Sesin Obtencin de Compuestos Inorgnicos*

Actividad Experimental 2 Nota: Al terminar la sesin experimental debers definir tanto el ttulo como los

objetivos de la prctica. As mismo, debers anotar todos los materiales y sustancias utilizados en la prctica.

Procedimiento a) Coloca en la flama del mechero de disolverlo y adiciona tres gotas de fenolftaleina. b) En una cucharilla de combustin agregar .75 g de S y somtelo a la flama del mechero. El gas que se desprende debers recolectarlo en un matraz Erlenmeyer de 250 ml el cul contendr 25 ml de agua destilada. Utiliza un tapn de hule para que los gases no se escapen y ten cuidado de que la cucharilla de combustin no haga contacto con el agua. Por ltimo adiciona tres gotas de anaranjado de metilo. c) Mide 3 ml de una de las disoluciones y neutralcela con la otra. Evapore la mezcla obtenida. Bunsen una tira de magnesio de

aproximadamente 1 cm de largo. Agrega el polvo obtenido en el agua necesaria para

Alcntara Barbosa, Ma.. Consuelo, Prcticas de qumica, Ed. Mc. Graw Hill., Mxico, 119 pp. 1993

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Registro de Datos, Anlisis y conclusiones. Anota todas las observaciones, discute los resultados y establece conclusiones de sta experiencia. 1) Qu es un xido bsico? 2) Qu es un xido cido? 3) Qu es una base? 4) Qu es un cido? 5) Qu es una sal? 6) Escribe todas las reacciones qumicas observadas durante la prctica. 7) Escribe el nombre de todas las frmulas reportadas en la pregunta anterior.

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Octava Sesin Hidrcidos y Sales Binarias El cido clorhdrico*

Propiedades fsicas y qumicas del cido clorhdrico Estado natural. Se encuentra libre en las emanaciones de algunos volcanes (Vesubio), en las aguas de ciertos ros, como el ro Vinagre, en los Andes. Est presente tambin en el jugo gstrico de los mamferos; el hombre contiene normalmente de 0.05 a 0.32%. de este cido. Propiedades fsicas. El cido clorhdrico es un gas incoloro, de olor sofocante y sabor cido; ms denso que el aire y extremadamente soluble al agua. La solubilidad se puede demostrar mediante el experimento conocido como fuente del cido clorhdrico. Absorbe humedad del aire y lo condensa formando niebla. Se puede licuar y tambin solidificar. A la temperatura ordinaria, ataca a todos los metales, excepto al mercurio y a la plata, con quienes se combina a 550oC. No ataca directamente al oro ni al platino. La solucin acuosa de HCl es transparente, incolora, de densidad 1.126g/cc. El color amarillo que tiene el HCl comercial se debe a impurezas de la preparacin. En el comercio se encuentra un cido muy puro, de 38.5% y densidad 1.19 g/cc, que despide humos en contacto con el aire, por lo que se le llama cido clorhdrico impuro que se llama cido muritico. Usos del HCl. Adems de usarse mucho como reactivo el laboratorio, el cido clorhdrico tiene grandes aplicaciones industriales, tales como la fabricacin de glucosa, goma para pegar, gelatina y limpiadores de metales (decapadores); en la preparacin* Alcantara, Barbosa, Mara Consuelo, El cido clorhdrico en Qumica de hoy: Texto preuniversitario., De. Mc. Graw Hill, Mxico, 1994, pp. 274-276.

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de hidrgeno, dixido de carbono y cido sulfhdrico. Se utiliza adems en la preparacin de innumerables cloruros, como el KCl, usado en la fabricacin de fertilizantes; el MgCl2 usado para ciertos tipos de cemento; el SnCl2, como germicida; el calomel HgCl2 empleado en medicina, el ZnCl2 se usa para el tratamiento de papel, madera y como fndente en la soldadura; el cloruro de calcio (CaCl2) se emplea para secar gases, para evitar el polvo en algunos caminos, limpiar las ruedas del ferrocarril y en la preparacin de algunas salmueras que se congelan abajo de -48oC; el tetracloruro de carbono (CCl4) se emplea en los extinguidores y el Sn2Cl2 en la vulcanizacin del caucho. Semejanzas y propiedades de los haluros. Los haluros de los cidos halogenhdricos con los cidos formados por los halgenos y el hidrgeno. Son gases incoloros de fuerte olor picante y gran solubilidad en el agua.

Sales binarias El enfriamiento de las chelas* Los conocimientos tericos de fsicoqumica llegan al mundo de las necesidades concretas e insoslayables cuando se trata de... enfriar cervezas. Preprese una solucin saturada de NaCl y virtasele tres charolas con cubos de hielo. En esta mezcla dispngase las cervezas por enfriar y problema resuelto! Desde el siglo XVII se sabe que la salmuera permite reducir la temperatura de fusin del hielo. Precisamente la escala Fahrenheit de temperatura tena como punto de calibracin la fusin del hielo en salmuera. Ingenuamente, para nosotros, Daniel Fahrenheit (1724) consider que sa era la menor temperatura posible. Si al agua se aade un slido no voltil, como la sal, la presin de vapor de la solucin disminuye, de forma que se necesita una temperatura mayor para lograr la* Crdova Frunz, Jos Luis., El enfriamiento de las chelas, en La qumica en la cocina, Ed. F. C. E., Serie la ciencia en Mxico nm. 93. Mxico, 1994.

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presin de vapor correspondiente al agua pura. Como consecuencia la temperatura de congelacin de la solucin agua-sal es menor que la del agua pura. Hay un punto muy interesante al respecto, la disminucin de la temperatura de congelacin es, dentro de ciertos lmites independiente de la sustancia empleada. Slo depende del nmero de partculas disueltas. Svante Arrhenius, a fines del siglo pasado, propuso que ciertas soluciones (como la sal, precisamente) provocan una disminucin de la temperatura de congelacin igual al doble de la que provoca el azcar porque las molculas de sal se disocian, es decir, en el agua: NaCl Na+ + Cl-

Y es claro, una partcula de sal da lugar a dos partculas: una de Cl- y otra de Na+. El gran calor de fusin del hielo (79600 cal/kg) y el alto coeficiente de conductividad trmica del agua, hacen el resto. Ejercicios: Dar el nombre o frmula segn corresponda. 1) NaF 2) CdS 3) K3N 4) HF 5) H2Te 6) Cloruro de Potasio 7) Ioduro de Cobre (I) 8) cido Clorhdirico. 9) cido Sulfhdrico 10) Bromuro de Hidrgeno 11) Sulfuro de Potasio

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Novena Sesin Hidruros Hidruros* As pues, los hidruros inicos se pueden utilizar como fuentes adecuadas (aunque caras) de H2. El hidruro de calcio CaH2 , se vende en cantidades comerciales y se emplea para inflar chalecos salvavidas, globos meteorolgicos y otras aplicaciones en donde se desea una produccin simple y compacta de H2. El CaH2 tambin se utiliza para eliminar el H2O de los lquidos orgnicos. La reaccin entre el H- y el H2O no es solamente una reaccin cido-base, sino que tambin es una reaccin redox. El ion H- puede verse no solamente como una buena base, sino tambin como un buen agente reductor. De hecho, los hidruros son capaces de reducir el O2 hacia H2O. 2NaH(s) + O2 (g) Na2O(s) + H2O(l)

As pues, los hidruros normalmente se almacenan en un medio que debe estar libre tanto de humedad como de aire. Los hidruros metlicos se forman cuando el hidrgeno reacciona con los metales de transicin. Estos compuestos reciben este nombre debido a que conservan su conductividad metlica as como sus propiedades metlicas. En muchos hidruros metlicos, la relacin de tomos de metal con los tomos de hidrgeno no es una relacin entre nmeros enteros pequeos, ni es una relacin fija. La composicin puede fluctuar dentro de varios lmites, segn las condiciones de la sntesis. Por ejemplo, aunque el TiH2 se puede llegar a preparar, usualmente su fabricacin nos proporciona sustancias con cerca del 10% menos de hidrgeno que dicha cantidad, esto es, TiH4. Estos hidruros metlicos no estequiomtricos reciben algunas veces el nombre de hidruros intersticiales. Pueden considerarse como disoluciones de tomos de hidrgeno* Brown, Theodore L. y Lemay, H. Eugene, Qumica: La Ciencia central. 3a. Edicin, De. P.H.H., Mxico, 1987, pp 776 - 707

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en el metal con los tomos de hidrgeno ocupando los intersticios entre los tomos del metal en la malla de enlaces slida. Sin embargo, esta descripcin es una sobresimplificacin, ya que hay evidencia de interacciones qumicas entre el metal y el hidrgeno. Obtener el H2 a partir del hidruro, reduciendo simplemente la presin del gas hidrgeno sobre el metal. Los metales pueden acomodar una densidad extremadamente alta de hidrgeno debido a que los tomos de hidrgeno quedan estrechamente empacados en los sitios intersticiales entre los tomos del metal. En realidad, el nmero de tomos de hidrgeno por unidad de volumen es mayor en algunos hidruros metlicos que en el H2 lquido. En algunos hidruros, el metal puede acomodar dos o tres veces tantos tomos de hidrgeno como tomos del metal presente, esto es, la estequiometra se acerca al nmero MH3 (en donde M es el metal). La absorcin del hidrgeno por los metales tambin tiene sus efectos perjudiciales. Los hidruros tienden a ser ms frgiles. As, el absorber hidrgeno puede debilitar y rajar el acero y otros metales estructurales. Los hidruros moleculares, formados por no metales y semimetales son ya sea gases o lquidos en condiciones estndar. Los hidruros moleculares ms simples se encuentran en en la siguiente tabla.

Compuestos binarios de hidrgeno. El hidrgeno reacciona con otros elementos para formar compuestos de tres tipos generales: (1) hidruros inicos, (2) hidruros metlicos y (3) hidruros moleculares. Los hidruros inicos estn formados por los metales alcalinos y por los tomos alcalino-frreos ms pesados (Ca, Sr y Ba). Estos metales activos osn mucho menos electronegativos que el hidrgeno. En consecuencia, el hidrgeno adquiere electrones de ellos para formar iones hidruro H- como se muestra en las siguientes ecuaciones: 2Li(s) + H2(g) 2LiH(s)

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Ca(s) + H2(g)

CaH2(s)

Los hidruros inicos resultantes son slidos con altos puntos de fusin (el LiH se fusiona a los 680 C). El ion hidruro es muy bsico y reacciona fcilmente con compuestos que tienen protones cidos muy dbiles para formar el H . Por ejemplo, el H reacciona fcilmente con el H2O: H- (aq) + H2O(l) H 2(g) + OH-(ac)

IVA CH4(g) SiH4(g) GeH4(g)

VA NH3(g) PH3(g) AsH3(g) SbH3(g)

VIA H2O(l) H2S H2Se(g) H2Te(g)

VIIA HF(g) HCl(g) HBr(g) HI(g)

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Dcima Sesin Actividad de Evaluacin Por medio de un examen se determinar los aprendizajes logrados en esta unidad de aprendizaje.

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UNIDAD VI Estequiometra

Primera Sesin Conceptos generales para el estudio de la estequiometra

Parte A. Reacciones qumicas Estequiometra, del griego estequio que se refiere a los elementos o parte de los compuestos, y metra que se refiere a la medida de las masas. Por lo tanto, el trmino estequiometra se refiere a las relaciones de masas en las reacciones qumicas. La estequiometra es la parte de la qumica que estudia las relaciones cuantitativas de materia entre los elementos y/o compuestos en una reaccin qumica. Para el estudio de la estequiometra y la realizacin de clculos estequiomtricos, se requiere de ciertos conocimientos previos, como son: Que es una reaccin qumica. Saber escribir la formula de un compuesto. Saber determinar la Masa molar o molecular d un compuesto. Conocer la Ley de la Conservacin de la Masa en una reaccin qumica. Saber balancear una ecuacin qumica. Conocer la unidad mol. Conocer el nmero de Avogadro. Conocer las condiciones estndar de presin y temperatura en el estado gaseoso.

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Reacciones qumicas **La fabricacin de productos qumicos es una de las grandes metas industriales del mundo. La industria qumica es la base de cualquier sociedad industrial. Casi todo lo que comparamos hoy da se ha manufacturado por algn proceso qumico, o implica el uso de productos qumicos. Por razones econmicas, tales procesos qumicos de la produccin de productos qumicos deben ir acompaados del mnimo de desperdicio posible. Cuando ocurre una reaccin qumica (proceso a travs del cual, ciertas sustancias originales se transforman en otras nuevas), los qumicos se preocupan sobre cual ser la cantidad de producto que se forma a partir de las cantidad de producto que se forma a partir de cantidades conocidas de reactivos. Todo ello es muy importante para la investigacin y aplicaciones industriales de las reacciones qumicas. En el mundo actual, gran parte de nuestra actividad humana se dedica a expresar la informacin en una forma concisa y til. Desde nuestros primeros das de la infancia, se nos ense a traducir las ideas y deseos en frases. En matemticas, aprendimos a traducir las relaciones y situaciones numricas en expresiones y ecuaciones matemticas. Un historiador traduce mil aos de historia a un libro de texto de 500 pginas. Una secretaria traduce una carta o documento completos en unas pocas lneas de taquigrafa. Un cinematografista traduce un suceso completo, como los juegos olmpicos a varias horas de distraccin. Tambin as en la qumica. Los qumicos usan ecuaciones especiales para representar las reacciones que se observan en marcos de tiempos muy variables en el laboratorio o en la naturaleza. Las ecuaciones qumicas dan los medios necesarios para; (1) resumir la reaccin, (2) determinar las sustancias que reaccionan, (3) predecir los productos que se forman, y (4) indicar las cantidades de todas las sustancias que participan en una reaccin.

Tomado de Hein, Morris, Qumica, Grupo Editorial Iberoamericana, Mxico, 1993, pp. 167-169 y 175176. ** T. R. Dickson, Introduccin a la Qumica, Publicaciones Cultural, Mxico 1992, p 218.

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La ecuacin qumica. En una reaccin qumica, a las sustancias iniciales se les llama reactivos y a las sustancias que se originan se les llama productos. Durante una reaccin qumica, los tomos, molculas o iones interaccionan y se reordenan entre s para formar los productos, durante este proceso se rompen enlaces qumicos y se forman nuevos ensalces. Los reactivos y los productos pueden estar en estado slido, lquido o gaseoso, o pueden estar en solucin. Una estacin qumica es una expresin taquigrfica de un cambio o reaccin de naturaleza qumica. Es la representacin de una reaccin qumica por medio de smbolos y formulas apropiadas de las sustancias que intervienen como reactivos y productos. Muestra, entre otras cosas, el arreglo de los tomos que esta implicados. Una ecuacin verbal enuncia con palabras en forma de ecuacin, las sustancias que participan en una reaccin. Por ejemplo, cuando se calienta el oxido de mercurio (II), se descompone formando mercurio y oxigeno. La ecuacin verbal para la descomposicin es:

Oxido de mercurio

(II) + calor mercurio + oxigeno

Desde el punto de vista qumica, este mtodo de describir una reaccin es inadecuado. Ocupa mucho lugar y su uso es complicado; adems no da informacin cuantitativa. La ecuacin qumica, con smbolos y frmulas, es un mtodo mucho mejor para describir la descomposicin del oxido de mercurio (II):

2HgO Esta ecuacin

2Hg + O2 da toda la informacin de la ecuacin verbal, y adems las

frmulas, la composicin, las cantidades relativas de todas las sustancias involucradas en la reaccin, y mas informacin adicional. Aun cuando una ecuacin qumica da

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bastante informacin cuantitativa, todava no es una descripcin completa; no dice cuanta energa se necesita para llevar a cabo la descomposicin, lo que se observa durante la reaccin, o cualquier indicio acerca de la velocidad. Esta informacin se debe recopilar de otras fuentes o mediante experimentacin.

Formato para escribir las ecuaciones qumicas. Una ecuacin qumica usa los smbolos y frmulas qumicas de los reactivos y productos, y otros trminos simblicos para representar una reaccin qumica .las ecuaciones se escriben siguiendo este formato: 1. los reactivos se separan de los productos con una flecha ( direcciones y establece un equilibrio entre los reactivos. 2. los reactivos se colocan a la izquierda y los productos a la derecha de la flecha. Un signo mas (+) se coloca entre cada reactivo y entre cada producto cuando es necesario. 3. las condiciones necesarias para efectuar a la reaccin pueden, si se desea, colocarse arriba o debajo de la flecha o signo de igualdad, por ejemplo, una letra delta mayscula () colocada sobre la flecha ( reaccin. 4. Se colocan coeficientes (nmeros enteros) frente a los nmeros con de las sustancias (por, ejemplo, 2H2O) para equilibrar o balancear la ecuacin e indicar el numero de unidades frmula (tomos, molculas, moles, iones)de cada sustancia que reacciona o que se produce. Cuando no se indica nmero alguno se sobreentiende que se trata de una unidad frmula. 5. El estado fsico de las sustancias se indica mediante los siguientes smbolos (s) para el estado slido; (l) para el estado lquido; (g) para el estado gaseoso, y (ac) para sustancias en solucin acuosa. 6. gas que se desprende (se marca despus de la sustancia) por medio de (). 7. slido o precipitado que se forma (se marca despus de la sustancia) por medio de ( ). ) indica que se suministra calor a la ) que indica el sentido de la reaccin. Una flecha doble ( ) indica que la reaccin se efecta en ambas

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Fe ( s ) + S ( s ) = FeS ( s )

Que informacin proporciona una ecuacin dependiendo del contexto especial en el que se use, una frmula puede tener diferentes significados. Los significados se refieren ya sea a una entidad qumica individual (tomo, ion, molcula o unidad formula) o a un mol de dicha entidad. Por ejemplo, la formula H2O se puede utilizar para indicar todo lo siguiente: 1) 2 tomos de hidrgeno y uno de oxigeno. 2) 1 molcula de agua. 3) 1 mol de agua. 4) 6.022x1023 molculas de agua. 5) una masa molar de agua. 6) 18.0g, de agua. Las formulas que se usan en las ecuaciones se pueden expresar en unidades de entidades qumicas individuales, o en moles, siendo lo ultimo lo que mas se usa. Por ejemplo, en la reaccin de hidrgeno y oxigeno para producir agua: 2H2 + O2 2H2O

El 2H2 puede representar 2 molculas o 2 moles de hidrgeno; el O2 una molcula o un mol de oxigeno; y el H2O 2 molculas o dos moles de agua. En trminos de moles, esta ecuacin expresa: 2 moles de H2 reaccionan con un molde O2para dar 2 moles de H2O. Como se indic antes una ecuacin qumica es una descripcin abreviada (taquigrfica) de una reaccin qumica. La interpretacin del la ecuacin balanceada nos da la siguiente informacin: 1. Cules son los reactivos y cuales los productos. 2. Las formulas de los reactivos y de los productos.

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3. El nmero de molculas o unidades de formula de reactivos y productos en la reaccin. 4. l nmero de tomos de cada elemento implicados en la reaccin. 5. El nmero de masas molares de cada una de las sustancias que se usan o se producen. 6. El nmero de moles de cada sustancia. 7. El nmero de gramos de cada sustancia que se usa o se produce. Consideremos la ecuacin:

H2(g) + Cl2(g)

2HCl

Esta ecuacin seala que el gas hidrgeno reacciona con el gas cloro produciendo cloruro de hidrgeno, tambin gas. Resumiendo toda la informacin relacionada con lea ecuacin tenemos que la informacin que puede expresarse sobre la cantidad relativa de cada sustancia, con respecto a las dems sustancias en la ecuacin balanceada, se escribe bajo su frmula en la siguiente ecuacin:

H2(g) Hidrgeno 1 molcula 2 tomos 1 masa molar 1 mol 2.0 g

+ Cloro 1 molcula 2 tomos

Cl2(g)

2HCL (g) Cloruro de hidrogeno 2 molculas 2 tomos de H + 2 tomos de Cl 2 masa molares 2 moles 2 x 36.5g o sean 73.0g

1 masa molar 1 mol 71.0g

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Estos datos son muy tiles para evaluar las relaciones cuantitativas que existen entre sustancias en una reaccin qumica. Por ejemplo, si hacemos reaccionar 2 moles de hidrgeno (el doble de lo que se indica en la reaccin)con 2 moles de cloro, puede esperarse obtener 4 moles, o 146g de cloruro de hidrgeno como producto. Estudiaremos esta aplicacin de las ecuaciones con mayor detalle. Probemos con otra ecuacin. Cuando se quema gas propano en el aire, los productos son dixido de carbono, CO2 y agua H2O. La ecuacin balanceada y su interpretacin son las siguientes:

C3H8 Propano1 molcula 3 tomos de C y 8tomos de H

+

5O2 Oxigeno5 molculas 10 tomos de O

3CO2 Dixido de Carbono3 molculas 3 tomos de C y 6 tomos de O

+

4H2O Agua4 molculas 8 tomos de H y 4 tomos de O

1 masa molar 1 mol 44.0g

5 masas molares 5 moles 5 x 32.0g (160g)

3 masas molares 3 moles 3 x 44.0g (132g)

4 masas molares 4 moles 4 x 18.0g (72.0g)

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Segunda sesin Reacciones qumicas CLASIFICACIN DE LAS REACCIONES QUMICAS* La reaccin de cortar la leche agregndole unas gotas de limn se puede clasificar igual a la de preparar un pastel a partir de harina y dems ingredientes? La qumica es una disciplina dinmica ya que los cambios qumicos involucran el comportamiento de una sustancia frente a otras. Este comportamiento se complica mucho si consideramos los millones de sustancias conocidas a la fecha. Estudiar eL comportamiento de las sustancias frente a once millones de posibilidades es una locura y ningn ser humano en su vida lograra completar este estudio; sin embargo las posibilidades de combinacin de todas las sustancias qumicas se ajustan a cuatro modelos fundamentales. Estos modelos de comportamiento permiten clasificar las reacciones qumicas desde un punto de vista sencillo, facilitan su estudio y se explican molecularmente con base en la ruptura de enlaces y el intercambio de partculas tales como la molcula entera o una parte de la misma, por ejemplo: tomos, grupos de tomos, iones, radicales e incluso electrones. 1. Reacciones de sntesis, adicin o combinacin. Son aquellas en donde intervienen 2 o ms reactivos para dar origen a un solo compuesto.A + B AB

Ejemplo: Fe(s) + S(s) 2H(g) + O2(g) FeS(s) 2H2O(l)

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2. Reacciones de descomposicin. Son aquellas en las cuales se requiere de energa, para que a partir de un compuesto determinado, se obtengan dos o ms sustancias. AB Ejemplo: 2HgO(s) 2AgCl(s) 2Hg(l) + O2 (g) 2 Ag(s) + Cl2(g) A + B

3. Reacciones por desplazamiento, sustitucin o desalojamiento. Son aquellas en las que un elemento ms activo qumicamente desplaza a otro que se encuentra formando parte de un compuesto. El elemento que sale desplazado o sustituido por elemento ms activo. De esta forma se obtiene el elemento libre (el desplazado) y el nuevo compuesto. A + BC Ejemplo:FeSO4(ac) + Ca(s) CaCl2((ac) + F(g) CaSO4(ac) + Fe(s) CaF2(ac) + Cl(g)

AC + B

4. Reacciones de doble sustitucin, doble desplazamiento o mettesis. Reaccin entre dos compuestos en los cuales se efecta un intercambio de elementos. Tpicamente los reactivos son dos compuestos inicos que intercambian iones.AB + CD AD + CB

Ejemplos:AgNO3(ac) + HCl(ac) Pb(NO3)2(ac) + H2SO4(ac) AgCl(s) + HNO3(ac) PbSO4(s) + 2HNO3(ac)

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Tercera Sesin Conceptos generales para el estudio de la Estequiometra Parte B. Ecuaciones qumicas. Balanceo de ecuaciones qumicas As como las formulas expresan en forma simblica, abreviada, la composicin de las sustancias, las ecuaciones qumicas son una expresin semejante para las reacciones qumicas. Una ecuacin qumica debe tener en ambos miembros el mismo nmero de tomos de los mismos elementos para que se cumpla con un principio fundamental de la naturaleza, la ley de la conservacin de la masa. Para que se cumpla con la ley anterior, la ecuacin qumica debe balancearse.

* Tomado de: de Espriella, A. y Ramrez, L., Esencia molecular de la qumica los cambios invisibles y ocultos de lo cotidiano, en Qumica 3, pp. 43-47 y 52-57.

Balancear una ecuacin qumica significa tratarla como una ecuacin algebraica, en la que los valores a determinar son los coeficientes que anteceden a cada compuesto. Recordemos que las ecuaciones qumicas son ecuaciones algebraicas incompletas que mediante el balanceo se productos. Balancear es determinar que valor debe tomar cada coeficiente de tal manera que el nmero de tomos por cada elemento sea igual en los reactivos y productos, y adems que sea el mnimo de todos los mltiplos posibles. Observa las dos ecuaciones siguientes que representan a la misma reaccin, los balanceos mostrados son distintos? 3CH4 + 6O2 3CO2 + 6H2O igualan las relaciones de masa entre los reactivos y

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7CH4 + 14O2

7CO2 + 14H2O

a pesar de que parecen dos balanceos diferentes, en realidad son mltiplos de la ecuacin: CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O

La cual presenta los coeficientes enteros ms pequeos (1,2,1,2). Conclusin Cualquier mtodo que se utilice en el balanceo de una ecuacin qumica solo nos dir qu valores de dichos coeficientes: a) Satisfacen la ley de la conservacin de la masa. b) De preferencia son nmeros enteros. c) Corresponden a los nmeros enteros ms pequeos ya que si se consideran los mltiplos, el conjunto de coeficientes que satisface la ley de la conservacin de la masa se vuelve infinito. Lo que no debes hacer al balancear ecuaciones qumicas. a) No debes cambiar los subndices de las frmulas b) En la expresin final de la ecuacin no debes quitar ni agregar sustancias a tu gusto c) No debes cambiar, sino respetar las condiciones de la ecuacin. Los mtodos ms comunes de balanceo de ecuaciones son los siguientes: a) Por tanteo b) Oxido-reduccin c) Algebraico

Balanceo por tanteo. Es el mtodo ms sencillo. Como su nombre lo indica, se efecta tanteando el nmero de elementos en los compuestos de la reaccin qumica. Este mtodo se aplica en compuestos que no sufran cambio en su nmero de oxidacin (que no sean de oxidoreduccin).

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El balanceo por tanteo estrictamente se realiza a ciegas; sin embargo es ms eficiente si te ayudas con el llamado balanceo por inspeccin. Las reglas ms importantes de este sistema son: 1. Busca aquellos elementos que aparecen una vez a cada lado de la ecuacin con subndice distinto. Los compuestos donde estn estos elementos se balancean primero invirtiendo los respectivos

subndices como coeficientes. Una vez que ya quedaron fijos estos coeficientes se continua el tanteo con el resto de la ecuacin. Generalmente los metales son los elementos que caen en este caso por lo que conviene balancearlos primero. 2. Si en la ecuacin hay elementos que aparecen una sola vez pero con igual subndice, los coeficientes de estos compuestos debern ser iguales

El siguiente ejemplo ayudar a que todas estas reglas queden ms claras: 1. Se escribe la ecuacin qumica y se verifica que est completa

H3PO3 + Ca(OH)2

Ca3(PO)3 + H2O

2. Se cuenta el nmero de elementos que hay en la reaccin de izquierda a derecha, en el siguiente orden: a) Metales b) No metales (excepto el oxigeno e hidrgeno). c) Oxigeno. d) Hidrgeno. 3. se balancean primero los metales 4. se balancean luego los no metales 5. se balancean los oxgenos 6. se balancean los hidrgenos

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Al trmino se tiene la ecuacin balanceada como sigue: 2H3PO3 + 3Ca(OH)2 Ca3(PO)3 + 6H2O

Nota: es importante utilizar tu creatividad en cuanto al balanceo por tanteo. Ejercicios. Balancea las siguientes ecuaciones:a) SnCl4 + NaOH Pb(NO3)2 + NaOH PCl3 + H20 AgNO3 + Na2CO3 H2O + N2 CuCl2 + SO2 + O2 + H2 O MnSO4 + H2O + O2 NaCl + Sn(OH)4 NaNO3 + Pb(OH)2 H2PO3 + HCl Ag2CO3 + NaNO3

b)

c)

d)

e)

NH3 + O2 CuSO4 + HCl

f)

g)

MnO2 + H2 SO4

h)

SO2 + H2S

H2O + S

i)

FeS + HCl

FeCl2 + H2S

j)

NO2 + NaOH

NaNO2 + NaNO3 + H2O

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Cuarta Sesin Conceptos generales para el estudio de la estequiometra

Partes C y D. Clasificacin de las reacciones qumicas y Balanceo de las ecuaciones qumicas.

Balanceo de ecuaciones por el mtodo de OXIDACIN-REDUCCION * La oxidacin - reduccin, a la que a veces se le designa por su nombre abreviado redox, es un proceso qumico en el que cambia el nmero de oxidacin de un elemento. El proceso puede implicar la transferencia completa de los electrones para formar enlaces inicos, o slo una transferencia parcial o corrimiento de electrones para formar enlaces covalentes. Hay oxidacin siempre que el nmero de oxidacin de un elemento aumente como resultado de prdida de electrones. Al revs, la reduccin es cuando el numero de oxidacin de un elemento disminuye como resultado de ganancia de electrones. Por ejemplo, el cambio de numero de oxidacin de +2 a +3, o de -1 a 0, es oxidacin; el cambio de +5 a +2 o de 2 a 4, es reduccin. La oxidacin y la reduccin se lleva a cabo simultneamente en una reaccin qumica; no se puede efectuar una sin que se presente la otra.Oxidacin-7 -6 -5 -4 -3 -2 1 0 1 2 3 4 5 6 7

reduccin

La oxidacin-reduccin sucede en muchas reacciones de combinacin, descomposicin y de desplazamiento sencillo. Veamos la combustin del hidrgeno y oxgeno desde este nuevo punto de vista:

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2H2 + O2

2 H20

Ambos reactivos, el hidrgeno y el oxgeno, son elementos en estado y tienen un nmero de oxidacin de cero. En el producto agua, el hidrgeno se ha oxidado a +1, y el oxgeno se ha reducido a 2. La sustancia que causa un aumento en el estado de oxidacin de otra se llama agente oxidante. La sustancia que causa la disminucin del estado de oxidacin de otra se denomina agente reductor. En esta reaccin, el oxidante es oxgeno libre, y el reductor es hidrgeno libre. En la reaccin:Zn ( s ) + H2SO4 (aq) ZnSO4( aq.) + H2

Se oxida el zinc metlico, y los iones hidrgeno se reducen. El zinc es el agente reductor, y los iones hidrgeno el agente oxidante. Los electrones pasan del zinc metlico a los iones hidrgeno. La reaccin se expresa como:Oxidacin Aumento en el nmero de oxidacin Prdida de electrones Reduccin Disminucin en el nmero de oxidacin Ganancia de electrones Zn0 + 2H+ + SO4-2 Zn2+ + SO42- + H20

El oxidante se reduce y gana electrones. El reductor electrones. La transferencia reacciones redox.

se oxida y pierde

de electrones es una caracterstica de todas las

Balanceo de ecuaciones por xido-reduccin Se pueden balancear muchas ecuaciones sencillas de oxidacinreduccin slo por simple examen, o por tanteo (ensaye y error).Na + Cl2 2 Na + Cl2 Na Cl (no balanceada)

2Na Cl (balanceada)

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El balanceo de esta ecuacin ciertamente que no fue complicado. Pero cuando estudiemos reacciones ms complejas, y sus ecuaciones, como por ejemplo:NO + H3 PO4 P + HNO3 + H2 O (no balanceada) 3P + 5 HNO3 + 2H2O (balanceada) 5 NO + 3 H3 PO4

El mtodo de tanteo para encontrar los coeficientes adecuados que balancean la ecuacin tomara demasiado tiempo. Hay un mtodo sistemtico para balanceo de ecuaciones de oxidacin reduccin, que se basa e la transferencia de electrones entre los agentes oxidantes reductores. De nuevo, consideraremos la primera ecuacin.Na+ClNa0 + Cl20 (no balanceada )

En esta reaccin

el sodio metlico pierde un electrn

por

tomo

al

cambiar a Ion sodio. Al mismo tiempo el cloro gana un electrn por tomo. Como el cloro es diatmico, se necesitan dos electrones por molcula para formar un ion cloruro a partir de cada uno de los tomos. Esos electrones los suministran dos tomos de sodio. Se puede escribir la reaccin por etapas, como dos semirreacciones o medias reacciones, la de oxidacin y la de reduccin:

Semirreaccion de oxidacin

2Na0

2 Na+ + 2 e2 Cl2 Na+ Cl-

Semirreaccion de reduccin Cl0 + 2 e2 Na0 + Cl2 0

Cuando se suman las dos medias reacciones, cada una con el mismo nmero de electrones, los electrones desaparecen. En esta reaccin no hay exceso de electrones; los dos electrones perdidos por los dos tomos de sodio los utiliza el cloro. En todas las reacciones de oxido reduccin, la prdida de electrones por el agente reductor debe

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ser igual a la ganancia de electrones por el agente oxidante. El sodio se oxida; el cloro se reduce. El cloro es el agente oxidante y el sodio es el agente reductor. Los siguientes ejemplos ilustran un mtodo sistemtico para balancear ecuaciones oxido reduccin ms complicadas. Es el mtodo de cambio de nmero de oxidacin. Balancear la Ecuacin:Sn + HNO3 SnO2 + NO2 + H2 O

Paso 1. Asgnense nmeros de oxidacin a cada elemento para identificar a los que se oxidan y a los que se reducen . Escrbanse los nmeros de oxidacin bajo cada elemento para evitar confundirlos con la carga de un ion.

Sn + HNO3 0+ 1+5-2

SnO2 + NO2 + H2 O + 4 - 2 + 4 -2 + 1 -2

Nota: Observa que han cambiado los nmeros de oxidacin del Sn y del N. Paso 2. A continuacin, escrbase dos ecuaciones nuevas, slo con los elementos que cambian de nmero de oxidacin. Despus, sumar los electrones para equilibrar elctricamente las ecuaciones. Una ecuacin representa el paso de oxidacin; la otra representa al de reduccin. El paso de oxidacin produce electrones y el de reduccin utiliza a esos electrones.Oxidacin Sn0 Sn+4 + 4 e- ( Sn0 pierde 4 electrones) Reduccin N+5 + 1eN4+ (N+5 gana 1 electrn )

Paso 3. Multiplquese las dos ecuaciones por los menores nmeros enteros que hagan igual la prdida de electrones del paso de oxidacin y la ganancia de electrones en el paso de reduccin. En esta reaccin, el paso de oxidacin se multiplica por 1, y el paso de reduccin, por 4. Las ecuaciones son:Oxidacin Sn0 Sn+4 + 4 e- ( Sn0 pierde 4 electrones) Reduccin 4 N+5 + 4e4N4+ ( 4N+5 gana 1 electrn )

Hemos establecido la relacin del agente oxidante al reductor, en este caso

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cuatro tomos de N a un tomo de Sn. Paso 4. Despus se transfiere el coeficiente que aparece frente a cada sustancia en las ecuaciones balanceadas de oxidacin reduccin, a las sustancias correspondientes en la ecuacin original. Necesitamos usar 1 Sn, 1 SnO2, 4 HNO3 y 4 NO2:Sn + 4 HNO3 + SnO2 (No balanceada) NO2 + H2 O

Paso 5. Del modo acostumbrado, balancense los elementos restantes que no se oxidan ni se reducen para obtener la ecuacin balanceada final:Sn + 4 HNO3 SnO2 + 4 NO2 + 2H2 O (balanceada)

Al balancear los elementos finales, no se debe cambiar la relacin de los elementos que se oxidaron y se redujeron. Debemos hacer una comprobacin final para asegurarnos de que ambos lados de la ecuacin tiene el mismo nmero de tomos de cada elemento. La ecuacin final balanceada contiene 1 tomo de Sn, 4 tomos de N, 4 tomos de H y 12 tomos de O en cada uno de los lados. Como cada nueva ecuacin puede presentar un problema ligeramente distinto y adems como la eficiencia en el balanceo de ecuaciones requiere prctica, desarrollaremos algunos problemas ms.

* Tomado de: Hein, Morris, op. cit., pp. 495-499.

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Ejercicios Los siguientes ejercicios son de un alto grado de dificultad. Si lo consideras necesario, pueden realizarse en clase paso a paso con el maestro, con el fin de que sigas atentamente el proceso de resolucin del ejercicio. Balancea por el mtodo de oxido-reduccin las siguientes ecuaciones:a) I 2 + Cl2 + H 2 O b) K2 Cr2 O7 + FeCl2 + HCl HIO3 + HCl CrCl3 + KCl + FeCl3 + H2 O

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Quinta sesin Clculos estequimtricos*

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL 1

Cuestionario de conocimientos previos. 1. En qu consiste la Ley de Lavoisier? 2. Cul es la diferencia entre masa y materia? 3. Cul es la diferencia entre masa y peso?

Nota: Al trmino de las sesiones experimentales debers definir tanto el titulo como los objetivos de la prctica. As mismo, debers anotar todos los materiales y sustancias utilizadas en la prctica.

Procedimiento Parte 1 a) Con una pipeta graduada mide 3 mL. de Pb(NO3 ) 2 , virtelo en un matraz Erlenmeyer de 250mL. perfectamente seco. Qu color tiene la disolucin de Pb (NO3) 2? b) Sujeta un tubo de ensaye pequeo con un hilo que mida ms o menos 10 cm. (al cual le llamaremos tubo campana ). c) Con otra pipeta graduada mide 1 mL. De KI y virtelo dentro del tubo campaa. Cul es el color de la solucin de KI? d) Introduce el tubo campa en el matraz Erlenmeyer donde est la disolucin de Pb (NO3)2 y colcale un tapn de hule, tratando de sujetar el hilo, teniendo cuidado de que las disoluciones no se mezclen. Ahora procede a pesarlo. Cunto pesa? e) Retira el matraz de la balanza y deja caer el contenido del tubo campana (KI), sobre la solucin de Pb (NO3)2 que se encuentra en el matraz. Qu sucedi? porqu? f) Ahora psalo nuevamente, Cunto pesa?

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g) Compara el peso que obtuviste inicialmente con el final. Que sucedi?, Porqu? h) Si hay alguna variacin de peso, repite la experiencia. i) Con ayuda de tu profesor escribe la ecuacin que corresponde a la reaccin efectuada. j) Balancala.

Parte 2. a) A un globo sin inflar adicinale 3 gramos de bicarbonato de sodio y amrralo a la boca de un matraz Erlenmeyer que contenga 15 ml. de vinagre, procurando que el bicarbonato no se caiga en el interior del matraz. b) Coloca el matraz amarrado en la balanza y determina su peso. Antalo.* Tomado de: Smoot, C. Robert y Price, Jack, Qumica un curso moderno, CECSA, Mxico, 1986.

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Sexta Sesin Clculos estequiomtricos

DETERMINACIN DE LA MASA MOLAR DE UN COMPUESTO* La masa atmica es la cantidad de materia, expresada en masa relativa, que se asigna a cada elemento cada vez que toma parte en una reaccin. Por ejemplo:Sustancia (frmula) H2O Clculos (No. de tomos x masa atmica) 2H= 2xl=2 1O = 1x16=16 Resultados (u.m.a.) 18

H2SO4 2H = 2x1=2 1S = 1x32 =32 4O = 4x16 =64

98

Masa molecular es la suma de todas las masas atmicas de todos los tomos que forman la molcula en u.m.a. En los ejemplos anteriores, la masa molecular del H2O es de 18 u.m.a. y del H2SO4 de 98 u.m.a.

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COMPOSICIN CUANTITATIVA DE LAS SUSTANCIAS* No es suficiente conocer las sustancias contenidas en un producto para producirlo. Un artista puede crear un increble conjunto de colores partiendo de un nmero limitado de pigmento. Un farmacutico puede combinar las mismas drogas en varias proporciones para obtener diferentes efectos en los pacientes. Los cosmticos, cereales, productos de limpieza y remedios contra el dolor tienen todos ellos una lista de ingredientes en las etiquetas de sus cajas. En cada uno de esos productos la clave de su fabricacin reside en la cantidad de cada ingrediente. La industria farmacutica mantiene estrictos controles sobre las cantidades de los ingredientes en las medicinas que compramos. Las frmulas de los refrescos y de la mayor parte de los cosmticos son secretos de la empresa. Pequeas desviaciones en la composicin de esos productos pueden ocasionar grandes prdidas o demandas legales contra las organizaciones. La composicin de las sustancias es un concepto importante en qumica. Las relaciones numricas entre los elementos dentro de los compuestos y la medicin de cantidades exactas de partculas, demasiado pequeas para poder verlas, son algunas de las [reas fundamentales del qumico.

El mol En el laboratorio se determina normalmente la masa de las sustancias en una balanza en gramos. Pero, cuando llevamos a cabo una reaccin qumica, esa reaccin tiene lugar entre tomos y molculas. Por ejemplo, en la reaccin entre magnesio y azufre, una red cristalina molculas S8 de azufre.8Mg + S8 8MgS

de tomos de magnesio reacciona con

Sin embargo, al medir las masas de los dos elementos que reaccionan, se encuentra que se necesitan 194.5g de Mg para reaccionar con 256.5 g de S. Como el magnesio y el azufre reaccionan con una relacin atmica de 8:1, 56

podemos concluir de este experimento que 194.5 g de Mg contienen el mismo nmero de tomos que 256.5 g de S8 Cuntos tomos hay en 194.5g de Mg o en 256.5 g de S8? De magnesio se tienen 8 moles de tomos y de azufre se tiene un mol de molculas de S8.Como en cada molcula hay 8 tomos, se dice que hay 8 moles de tomos de azufre. El mol (o la mol) es una de las siete cantidades bsicas en el Sistema Internacional (SI)y es la unidad de cantidad de sustancia. El mol es una unidad de conteo, como en otras cantidades que contamos, como la docena (12) de huevos o la gruesa (144) de lpices. El mol, sin embargo, es un nmero mucho mayor, 6,022 x1023. Un mol contiene 6.022 x 1023 unidades de lo que sea. Refirindonos a nuestra reaccin entre magnesio y azufre, 8 moles de Mg (194.5g) contiene 6.022 x 1023 x 8 tomos de magnesio, y 1 mol de S8 (256.5 g) contiene 6.022 x 1023 molculas tomos de azufre, es decir, 4.84 x 1024 tomos de azufre. El nmero 6.022 x 1023 se llama nmero de Avogadro, en honor a Amadeo Avogadro (1776-856),fsico italiano. El nmero de Avogadro es una constante importante en qumica y en fsica y se ha medido experimentalmente mediante varios mtodos independientes.Nmero de Avogadro = 6.022 x 1023

Es difcil imaginar qu tan grande es el nmero de Avogadro en realidad, pero quiz la siguiente analoga ayudar a expresarlo: Si 10 000 personas iniciaran el conteo del nmero de Avogadro y cada una contara a una velocidad de 100 nmeros por minuto cada minuto del da, les tomara un milln de millones de aos (1012) para finalizar el conteo. As, aun la ms diminuta cantidad de materia contiene nmeros extremadamente grandes de tomos. Por ejemplo, 1 mg de azufre (0.001g) contiene 2 x 1019 tomos. El nmero de Avogadro es la base para la cantidad de sustancia que se usa para expresar un nmero determinado de especies qumicas, como tomos, molculas, unidades frmula, iones o electrones. Esta cantidad de sustancia es el mol. se

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define al mol (o a veces la mol) como una cantidad de sustancia que contiene el mismo nmero de unidades frmula como tomos hay exactamente en 12 g de carbono 12. (Recurdese que el carbono 12 es el istopo de referencia para las masas atmicas.) Se usan tambin otras definiciones, pero todas ellas se relacionan con el mol, siendo el nmero de Avogadro de unidades frmula de una sustancia. Una unidad frmula es el tomo o la molcula que indica la frmula de la sustancia que se esta considerando; por ejemplo, Mg, MgS, H2O, As.

elemento

Masa atmica

Masa molar 1.0079g 24.395g

Nmero tomo s

de

H Mg Na

1.0079 uma 24.305 uma 22.9898 uma

6.022x1023 6.022x1023

24.9898g 6.022x1023

El trmino mol es tan comn en la terminologa qumica que se usa tan libremente como las palabras tomo y molcula. El mol se utiliza en conjunto con muchas partculas, como tomos, molculas, iones y electrones, para representar el nmero de Avogadro de esas partculas. Si podemos hablar de un mol de tomos, tambin podemos hablar de un mol de molculas, un mol de electrones y un mol de iones; se entiende que en cada caso se implican 6.022 x 10" unidades de frmula de esas partculas.

1 mol de tomos = 6.022 x 1023 tomos 1 mol de molculas = 6.022 x 1023 molculas 1 mol de iones " 6.022 x 1023 iones

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Para determinar la masa molar de un elemento, se cambian las unidades de la masa atmica que se encuentran en la tabla peridica, de uma. a gramos. El azufre tiene una masa atmica de 32,06 urna. Una masa molar de azufre de 32.06 g contiene 6.022 x 1023 tomos de azufre. Examnese la siguiente tabla.1 masa molar (g)= 1 mol de tomos 1 nmero de Avogadro (6.022x1023) tomos.

Para facilitar sus clculos y encontrarles mayor utilidad, los qumicos plantean y resuelven problemas que necesitan conversiones entre cantidades de masa, nmeros y moles de tomos de un elemento. Los factores de conversin que se pueden usar para este objeto son: a) Gramos a tomos:6.022 x 1023 tomos del elemento 1 masa molar del elemento

b) tomos a gramos:1 masa molar del elemento 6.022 x 1023 tomos del elemento

c) Gramos amoles1 mol del elemento 1 masa molar del elemento

d) Moles a gramos1 masa molar del elemento 1 mol del elemento

Ejemplos 1. Cuntas moles de hierro hay en 25.0 g de Fe? El problema necesita del cambio de gramos de Fe a moles de Fe. Buscaremos la masa atmica o en la tabla peridica, y resulta que es 55.8. A continuacin. Definiremos el factor de conversin adecuado para obtener moles. El factor de conversin es (c),definido arriba.

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gramos de Fe

moles de Fe

gramos de Fe x

1 mol Fe 1 masa molar de

Fe

25.0 g de Fe x

1 mol Fe = 0.448moles 55.8 g de Fe

2. Cuntos tomos de magnesio hay en 5.00 g de este metal? El problema necesita que se cambien los gramos de magnesio a tomos de magnesio.gramos Mg tomos Mg

Se encuentra que la masa atmica del magnesio es 24.3 u.m.a. y se hacen los clculos con el factor de conversin (a) antes definido.gramos Mgx 6.022 x lOZ3 tomos Mg masa molar Mg

5.00 g.

Mg

x 6.022 x lOZ3 tomos Mg 24.3 g. Mg

=

1.24x1023 tomos de magnesio

Una solucin alternativa es primero convertir los gramos de magnesio, a moles de magnesio las cuales se cambian a tomos de magnesio. Gramos Mg moles de Mg tomos Mg.

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Sptima sesin Clculos estequiomtricos

CLCULOS A PARTIR DE ECUACIONES QUMICAS*Tomado de Wood,Jess H. et al., Qumica general, Harla, Mxico.1974.

Con frecuencia, el viejo adagio no desperdicies lo que ya no quieras" se aplica en nuestra vida cotidiana. Por ejemplo, una anfitriona calcula la cantidad de alimentos y bebidas necesarias para atender a sus invitados. Estas cantidades se definen con recetas especficas y un conocimiento de los gustos y preferencias de los invitados. Una costurera calcula la cantidad de material, forros y bordados necesarios para un vestido de su cliente basndose en un modelo o en su experiencia propia, como gua para su seleccin. Un colocador de alfombras calcula la cantidad correcta de alfombra y acolchamiento necesarios para la casa de un cliente, con base en la superficie de piso. El contador calcula la deduccin correcta de impuestos sobre ingresos con efecto sobre un pago recibido basndose en las leyes fiscales. Tambin el qumico sabe que es necesario calcular las cantidades de productos o reactivos con ecuaciones qumicas balanceadas. Con estos clculos, el qumico puede controlar la cantidad de producto ajustando los coeficientes de la reaccin hacia arriba o hacia abajo para adaptarse a las condiciones de laboratorio, reduciendo con ello al mnimo el desperdicio o exceso de materiales que se formaron durante la reaccin.

Relacin entre molcula y mol Una molcula es la unidad ms pequea de una sustancia molecular (por ejemplo, Cl2), y un mol (o una mol) (smbolo: mol) es el nmero de Avogadro, 6.022 x 1023, de molculas de sustancia. Un mol de cloro (Cl2) tiene el mismo nmero de molculas que un mol de dixido de carbono, un mol de agua o un mol de cualquier otra sustancia molecular. Cuando se relacionan las molculas con la masa molar,1 masa molar = 1 mol, o sea 6.022 x 1023 molculas. De la misma

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manera que una docena de tortillas y una docena de naranjas tienen el mismo nmero de unidades, una mol es una entidad que se aplica a cualquier especie qumica y representa el mismo nmero de unidades. Adems de referirse a sustancias moleculares, el trmino mol se puede referir a cualquier especie qumica. Representa una cantidad en gramos igual numricamente a la masa molar, y se puede aplicar a tomos, iones, electrones y unidades frmula de sustancias no moleculares.6.022 6.022 6.022 6.022 x x x x 1023 lOZ3 1023 1023 molculas unidades frmula tomos iones

1 mol

Otras relaciones tiles del mol son:

Gramos de una sustancia

nmero de moles = gramos de una sustancia masa molar de la sust. nmero de moles = gramos de un elemento monoatmico masa molar del elemento

nmero de moles = nmero de molculas 6.022x1023 molculas/mol

Se pueden deducir algebraicamente otras dos igualdades tiles a partir de cada una de las anteriores relaciones. Cules son?

Ecuaciones balanceadas Al emplear ecuaciones qumicas para clculos de relaciones de masa molar o volumen molecular entre reactivos y productos, la ecuacin debe estar balanceada. Recurdese que el nmero ubicado frente a una frmula en una ecuacin qumica balanceada, representa el nmero de moles de tal sustancia en la reaccin. 62

Clculos mol-mol La primera aplicacin del mtodo de relacin molar para resolver problemas de estequiometra es en los clculos llamados mol-mol. La cantidad de sustancia de partida se da en moles, y la cantidad de sustancia deseada se debe expresar tambin en moles. A continuacin presentamos algunos problemas ilustrativos.

Ejemplo Cuntos moles de dixido de carbono se producirn en la oxidacin completa de 2.0 moles de glucosa (C6H12O6) segn la siguiente reaccin.C6H12O6 + 6O2 1 mol 6 mol 6 CO2 + 6 H2O 6 mol 6 mol

La ecuacin balanceada establece que se producirn 6 moles de CO2 a partir de un mol de C6H12O6.An cuando se puede ver fcilmente que se formaran 12 moles de CO2 a partir de 2.0 moles de glucosa, mostraremos a continuacin el mtodo de la relacin molar para resolver este problema. Paso 1. La ecuacin inicial esta balanceada. Paso 2. El nmero de moles de sustancia de partida es 2.00 mol de C6H12O6 Paso 3. La conversin que se necesita es C6H12O6 moles CO2 Paso 4. De la ecuacin balanceada, e encuentra la relacin molar entre las dos sustancias en cuestin, colocando los moles de las sustancias que se busca y los moles de la sustancia inicial en el denominados. El nmero de moles en cada caso, es el mismo que el coeficiente colocado frente a la sustancia en la ecuacin balanceada.Relacin molar = 6 moles de CO2 1 mol de C6H12O6

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Paso 5. Multiplicamos 2.0 moles de glucosa (dado del problema) por esta relacin molar.2.0mol C6H12O6 x 6 moles de CO2 = 12 mol CO2 1 mol de C6H12O6

(Respuesta) Ntese de nuevo el uso de las unidades. Se cancelan los moles de C6H12O6 dejando la respuesta en la unidad mol CO2. Ejemplo Cuntos moles de amoniaco se pueden producir con 8.00 mol de hidrgeno que reaccionen con nitrgeno?

Paso 1. Necesitamos primero la ecuacin balanceada:3H2 + N2 2 NH3

Paso 2. La sustancia de partida es 8.00 mol de Hidrgeno. Paso 3. La conversin necesaria es:moles H2 NH3

La ecuacin balanceada establece que se obtienen dos mol de NH3 por cada 3 mol de H2 que reaccionan. Formulemos la relacin molar de la sustancia deseada (NH3) a la sustancia de partida (H2):Relacin molar = 2 moles de NH3 3 mol de H2

Paso 4. Multiplicando lo 8.00 mol de H2 inicial por esta reilacin molar obtenemos:

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8.0mol H2 x 2 moles de NH3 = 5.33 mol NH3 3 mol de H2

Clculos mol-masa El objeto de este tipo de problemas es calcular la masa de una sustancia que reacciona con, o que se produce a partir de un nmero dado de moles de otra sustancia en una reaccin qumica. Si se da la masa de la sustancia de partida, es necesario convertirla a moles. Se usa la relacin molar para convertir de moles de sustancia de partida a moles de sustancia deseada. Estas se pueden cambiar a continuacin a unidades de masa, s es necesario.

Ejemplo Qu masa de hidrgeno puede producirse haciendo reaccionar 6.0 moles de aluminio con cido clorhdrico? Primero calculemos los moles de hidrgeno que se producen, con el mtodo de la relacin molar, y a continuacin, la masa de Hidrgeno multiplicando los moles de Hidrgeno por sus gramos por mol. La secuencia de las conversiones para el clculo es:moles de Al moles de H2 gramos de H

Paso 1. La ecuacin balanceada es:2 Al(s) + 6HCl(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)

2 mol

3 mol

Paso 2. La sustancia de partida es 6.0 mol de aluminio. Pasos 3 y 4. Calcular los moles de H2 con el mtodo de la relacin molar.6.0mol Al x 2 moles de H2 = 9.0 mol H2 2 mol de Al

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Paso 5. Convertir los moles de H2 a gramos ( g= mol x g/mol). Vemos que se pueden producir 18g de H2 haciendo reaccionar 6.0 mol de Al con HC1. El siguiente planteamiento combina todos los pasos que se describieron en un clculo continuo:9.0mol H2 x 2 g de H2 = 18 g 1 mol de H2 H2

Vemos que se pueden producir 18 g de Hidrgeno molecular haciendo reaccionar 6 moles de Al con HCl. El siguiente planteamiento cambia todos los pasos que se describieron en un clculo continuo.

6.0molAl x 3moles de H2 x 2g de H2 = 18gH2 2 mol de Al 1 mol H2

Clculos masa-masa Para resolver los problemas estequiomtricos masa-masa se necesitan todos los pasos del mtodo de la relacin molar. La masa de las sustancias de partida se conviene a moles. A continuacin se usa la relacin molar para calcular las moles de la sustancia deseada, las que a su vez se convierten a masa expresada en gramos.

Ejemplo Qu masa de dixido de carbono se produce por la combustin completa de 100g del hidrocarburo pentano, C5H12? La secuencia de conversiones en el clculo es:

g C5H12 moles C5H12 moles CO2 g CO2

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Paso 1. La ecuacin balanceada es:C5H12 + 8O2 5CO2 + 6 H2O 1mol 5 mol

Paso 2. La sustancia de partida es lOOg de C5H12. a moles:

Pasos 3 y 4. Determinar los moles de CO2 con el mtodo de la elacin molar: Paso 5. Convertir las moles de CO2 a g

El clculo de la forma continua es:

Ejercicios

a) Dada la ecuacin balanceada:K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 Cr2 (SO4}3 + 4K2SO4 + 312+ 7H20 1 mol 6 mol 3 mol

Calcula (a) el nmero de moles de dicromato de potasio K2Cr2O7 que reaccionen con 2.0 moles de yoduro de potasio (KI); (b) el nmero de moles de yodo(I) que se producen a partir de 2.0 moles de yoduro de Potasio.

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b) Cuntos moles de agua se pueden producir quemando 325 g de octano? c) Cuntos gramos de cido ntrico, HNO3 , se necesitan para producir 8.75gde monoxido de dinitrgeno, de acuerdo con la siguiente ecuacin?

4 Zn(s) + lOHNO3(aq) -+ 4 Zn(NO3)(aq) + N20(g) + 5 H20(l) 10 mol 4 mol

La secuencia de conversiones en el clculo es:Gramos N2O moles de N2O moles de NO3 gramos de HNO3

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Octava Sesin

Clculos estequiomtricos*

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL

Nota: Al trmino de las sesiones experimentales debers definir tanto el titulo como los objetivos de la prctica. As mismo debers anotar todos los materiales y sustancias utilizados en la prctica.

Cuestionario de conocimientos previos 1. Cmo representamos simblicamente una reaccin qumica? 2. Qu informacin nos proporciona una ecuacin qumica? 3. Qu nos indican los coeficientes de una ecuacin qumica? 4. Crees que podemos combinar diferentes cantidades de sustancias arbitrariamente, para obtener otras nuevas sustancias?

Procedimiento a) Determinar en la balanza de la manera ms exacta posible, la masa de un vaso de precipitados de 100 mL (que llamaremos no. 1); sin retirarlo del platillo agrega 1.5 gramos de sulfato de cobre. Registra los datos: Masa del vaso no. 1 vaco Masa del vaso no. 1 con CuSO4

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b) Pesa ahora en la balanza un segundo vaso de precipitados del mismo volumen (que llamaremos no. 2); sin retirarlo del platillo agrega 0.5 gramos de limadura de hierro. Registra los datos: Masa del vaso no, 2 vaco Masa del vaso no. 2 con Fe c) Al vaso no. 1 que contiene el CuSO4 agrgale 25 mL. de agua y calienta hasta disolver los cristales en la solucin, continu el calentamiento a fuego lento hasta que la solucin se encuentre hirviendo. Cuando esto ocurra suspende el calentamiento. d) Vierte lentamente las limaduras de hierro en la solucin de CuSO4. Qu ocurre? Escribe la ecuacin que represente la reaccin que se llev a cabo. e) Deja el vaso en reposo hasta que se enfre y agrega 2 gotas de solucin jabonosa, para evitar que las partculas floten en la superficie. Despus separa con cuidado el lquido transparente. f) Introduce en la estufa el vaso con el slido (o djalo secar al medio ambiente hasta la prxima sesin de laboratorio). Una vez seco y fro, procede a pesarlo. Registra el dato: Masa del vaso no. 1 y producto seco g) Calcula la masa del producto de la siguiente manera: Masa del producto - Masa del vaso no. 1 y producto seco. Masa del vaso no.1 vaco. h) Nombra los materiales y sustancias utilizados para realizar esta actividad.

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Cuestionario de conclusin 1. Que rama de la qumica se dedica al estudio cuantitativo de las relaciones entre reactivos y productos? 2. Las sustancias que intervienen en una reaccin qumica se transforman en otras. Qu es lo que permanece sin cambio o constante? 3. Realiza el clculo terico de cunto cobre se produce en esta reaccin 4. Compara el resultado de la respuesta anterior con la cantidad de cobre que obtuviste experimentalmente. Si hay diferencia explica a qu consideras que se debe? 5. Por qu es importante conocer los clculos estequiomtricos en una reaccin a nivel de: a) Un laboratorio? b) Una industria?

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Unidad VII Sistemas dispersos, disoluciones, Equilibrio cido-base y concepto de pH

Primera sesin Sistemas dispersos

Cuestionario diagnstico. Realizaras este ejercicio en casa y los resultados se revisaran en el saln de clases al inicio de la segunda sesin. 1. Menciona dos caractersticas de una mezcla 2. Busca el significado de sistema en un diccionario. 3. Nombra cinco sustancias que uses en tu vida que consideras son disoluciones. 4. Una mezcla es una disolucin? 5. Podras disolver azcar infinitamente en un vaso con agua? (justifica tu respuesta) 6. Todas las sustancias que se disuelven en un lquido forman disoluciones? (argumenta tu respuesta) 7. Conoces el trmino cido-base? 8. Puedes suponer a que se refiere el trmino concentracin usado en disolucin? 9. Has visto expresado en un producto comercial algn valor de pH? 10. Conoces la importancia del valor pH en productos que usas en tu vida diaria?

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ACTIVIDAD EXPERIMENTAL EN CLASE 1 Preparacin de sistemas dispersos Nota: Al trmino de las sesiones experimentales debers definir tanto el ttulo como los objetivos de la prctica. As mismo, debers anotar todos los materiales y sustancias utilizados en la prctica.

Procedimiento a) Colocar los 10 vasos desechables y enumerarlos, agregar 5ml de agua a cada vaso, adicionar a cada vaso cucharadita de una de las sustancias, hasta tener todas las sustancias en los vasos. b) Agitar con una cucharita. c) Colocar en un tubo un poco de grenetina suelta, calentar suavemente en un mechero de alcohol. d) Observar los sistemas y continuar. e) Segn las caractersticas del cuadro, indica a qu tipo de sistema corresponden cada una de las sustancias en el cuadro 2. Cuadro 1SUSTANCIAS EN AGUA 1. Grenetina 2. Sal 3. Fcula de maz 4. Alcohol 5. Anticido 6. Gel para cabello 7. Jabn de pan 8. Sobre de saborizante para agua 9. Fruta 10. Caf CARACTERSTICAS

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Cuadro 2SUSTANCIAS EN AGUA 1. Grenetina 2. Sal 3. Fcula de maz 4. Alcohol 5. Anticido 6. Gel para cabello 7. Jabn de pan 8. Sobre de saborizante para agua 9. Fruta 10. Caf SISTEMAS DISPERSO

ACTIVIDAD EXPERIMENTAL EN CLASE 2

Procedimiento a) Busca diferentes tipos de aceite (de cocina, lubricante, para motores y otros) b) Agita una pequea porcin de cada uno de ellos con la misma cantidad de agua en recipientes transparentes. Qu sucede? c) Mide el tiempo en que vuelven a formarse dos capas inmiscibles bien definidas d) Prepara una disolucin de detergente en agua y agrega unas gotas a cada recipiente. e) Vuelve a agitar y mide el tiempo de separacin.

Cuestionario de conclusin Qu te sugieren los resultados experimentales sobre la utilidad del detergente para lavar? Por qu no se disuelven el agua y el aceite? Fundamenta tu respuesta

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Segunda Sesin SISTEMAS DISPERSOS*

Las sustancias puras que pueden encontrarse en la superficie terrestre son muy pocas. Tal vez por esto, la bsqueda y el hallazgo del oro en el pasado era todo un acontecimiento. El hombre ha tenido que conocer las propiedades de las mezclas, que es lo que abunda, ya sea para separarlas o para producirlas con ciertas caractersticas. Muchas mezclas forman parte de nuestra vida diaria. Algunas son disoluciones como la limonada o el agua de mar, otras son sistemas coloidales como la leche o gelatina, y otras mas son suspensiones, como una atmsfera polvorienta. Esta seccin trata de todas estas manifestaciones de la materia en forma de mezclas. En particular, las disoluciones de sustancias puras son ampliamente usadas en el laboratorio qumico, as que las estudiaras con mayor profundidad. Es una mezcla homognea o aparentemente homognea- por lo general existe una sustancia que se presenta en mayor cantidad y otra en menor proporcin que se encuentra dispersa en la primera. As hablamos de una fase dispersora y una fase dispersa. Se acostumbra clasificar las dispersiones en disoluciones, coloides y suspensiones, en funcin del tamao de las partculas de la fase dispersa. DISPERSIONES COLIDALES*** Cuando un pequeo terrn de azcar se introduce en agua, las molculas simples se desprenden del cristal y se dispersan en las molculas de agua. Al cabo de cierto tiempo el terrn ha desaparecido y las mezcla resultante es una disolucin. El tamao de las partculas de azcar en la disolucin es esencialmente el de una molcula de dicho compuesto. Debido a este tamao de partcula, el azcar no puede separarse por filtracin, y la disolucin es transparente; de hecho, es tan transparente como el agua pura.*

Chamizo, J.A. y Garritz, A., Qumica Addison Wesley Longman, Mxico, 1993 ** Keenan Woood Bull, Qumica Preuniversitaria SECSA, Mxico 19

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Cuando se agita arcilla con agua que contiene una pequea cantidad de hidrxido de sodio, la arcilla se deshace en partculas muy pequeas que se dispersan entre las molculas de agua. La arcilla no puede separarse por filtracin con un papel filtro comn y corriente, y tampoco se sedimenta con reposo. En este aspecto, la mezcla de arcilla y agua es similar a la disolucin de azcar. Sin embargo, a diferencia de la disolucin de azcar esta mezcla no es transparente. Esto se debe a que la arcilla no se desintegra en molculas (10 a 1000 A) que dispersan la luz en completo desorden. Por lo tanto, la mezcla descrita no es una disolucin. Su nombre apropiado es el de dispersin coloidal o sistema coloidal. Cabe hacer notar que, cuando el agua y arcilla se agitan en ausencia de iones