Ácidos, Bases y Sales

Química. Electroquímica. Termoquímica. Estados de la materia. Cinética química

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Capitulo 5

Ácidos, Bases y Sales

Los ácidos, las bases y las sales son compuestos indispensables tanto en la vida diaria de los individuos como en los experimentos de los laboratorio y los procesos industriales.

Los compuestos químicos se clasifican como:

  • Binarios. Los formados por dos elementos

  • Ternarios. Los formados por tres elementos

  • Superiores o polielementales. Los formados por mas de tres elementos.

Ácidos

El ácido es la sustancia capaz de ganar pares electrónicos, ceder protones cuando se disuelve en agua y su característica principal es la presencia del Ion hidrógeno en su molécula.

Bases

Las sales son compuestos iónicos formados por un cation distinto al Ion hidrógeno y las sales se forman cuando los ácidos reaccionan con las bases.

Neutralización

La Neutralización es la reacción de un ácido con un base para dar como producto sal y agua.

Relación ácido - base

HCI + NaOH NaCl + H2O

Titulación

La Titulación es uno de los procedimientos mas frecuentes para determinar la concentración de una solución.

Determinación de pH

El pH es simplemente una manera de expresar la concentración del Ion hidrógeno. Así el grado de acidez de las soluciones acuosas se expresa por valores de pH y es la medida de acidez de una solución diluida y se define como el logaritmo de la concentración del Ion hidrógeno en una solución.

PH = -Log [H+)

POH = - Log [OH+]

Capitulo 6

Electroquímica

La electroquímica es el estudio de la interacción entre la energía eléctrica y la energía química.

La energía eléctrica se manifiesta en un flujo de electrones en un medio conductor, mientras la energía química es el resultado de una transferencia de cara eléctrica de una especia a otra.

La base los productos químicos son reacciones químicas de oxidación y reducción, se producen en las celdas electroquímicas.

Reacciones de oxidación y reducción

Reducción indica que hay una disminución en el numero de oxidación y ganancia de electrones. La oxidación como el proceso en el cual un átomo pierde electrones y la reducción es el proceso en el cual un átomo gana electrones.

Numero de oxidación

El numero de oxidación de un elemento es una cifra positiva o negativa que se puede definir como la cantidad de cargas que tendría un átomo en una molécula si los electrones fueran transferidos completamente en la dirección indicada por la diferencia de electronegatividad.

Balanceo por el método de oxidación - reducción (redox)

Para balancear una ecuación química por este método existen diferentes procedimientos, el de numero de oxidación y el de Ion electrón.

Soluciones con electrolitos y no electrolitos

Una solución electrolítica se define como la mezcla homogénea de un electrolito disuelto en agua.

Cuando el soluto es un no electrolito la solución será conocida como no electrolítica. Electrolito es la sustancia que en soluciones acuosas conducen electricidad.

Celdas electroquímicas

Los procesos electroquímicos se realizan en reactores conocidos como celdas electroquímicas. existen dos tipos de celdas la voltaica que tiene semiceldas conectadas eléctricamente y la electrolítica induce ala reacción no espontánea.

Ley de Faraday

“La cantidad de sustancia que se oxida o reduce en un electrodo durante la electrolisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de el y ala masa molar de la sustancia que se oxida o reduce.”

Capitulo 7

Termoquímica

La termodinámica es la rama de la física que estudia las transformaciones de la energía, fundamentalmente calor y trabajo. La termoquímica es la parte de la termodinámica que estudia los cambios térmicos involucrados en las transformaciones química.

energía y calor

La primera ley de la termodinámica dice que para cierta cantidad de energía que desaparece, otra forma de energía aparecerá en la misma cantidad.

Calor de reacción y entalpía

El calor de reacción es la cantidad de energía involucrada en el proceso y depende de la cantidad de reactivos y productos que intervienen en la reacción.

La entalpía es una función termodinámica de estado comúnmente utilizada para representar el calor involucrado en un proceso físico o químico.

Calorimetría

La medición experimental de los cambios del calor se conoce calorimetría.

Entropía

La entropía es una función termodinámica utilizada para expresar la magnitud de la aleatoriedad o del desorden en un sistema.

energía libre de Gibbs

La energía libre es la función de estado útil al establecer un criterio para la espontaneidad de cambio de un sistema.

La energía libre estándar de formación es el cambio de energía libre que ocurre cuando un mol de una sustancia es formada a partir de sus elementos con una atmósfera y una temperatura especificas.

Capitulo 8

Estados de la materia

Sólido

El sólido es el estado de agregación de la materia en el cual las sustancias tienen volumen propio y forma definida.

Liquido

El liquido es el estado de agregación de la materia en el cual las sustancias tienen volumen propio.

Gaseoso

Los gases son una colección de moléculas separadas en una forma amplia y con un movimiento constante y caótico.

Temperatura, presión y volumen

Son las llamadas variables de estado porque definen el estado del sistema. La temperatura y la presión determina el estado de agregación particular de una sustancia.

La temperatura es la medida de la energía cinética de las moléculas de un gas.

La presión es la fuerza ejercida por unidad de área, se debe al choque de sus moléculas contra las paredes del recipiente.

El volumen es el espacio ocupado por todas las moléculas de gas.

Leyes de los gases

a) Relación presión - volumen (ley de Boyle)

La ley establece que el volumen de una determinada masa gaseosa a temperatura constante es inversamente proporcional ala presión del gas.

P1 V1 = P1 V1

b) Relación volumen - temperatura (leyes de charles y gay lussac)

La ley establece que la presión Cte. el volumen de una determinada masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

V1 V2

---- = ----

V1 V2

c) Relación presión - temperatura

La ley establece que si el volumen permanece Cte., la presión del gas es directamente proporcional a su temperatura absoluta.

P1 P2

---- = ----

P1 P2

e) Ecuación de los gases ideales

La relación donde el valor de la constante dependerá de la cantidad de moles del gas y de las unidades.

PV = nRT

R tendrá los sig valores:

R = 0.082atmL/molK

R = 8.314 J/molK

R = 1.9878 cal/molK

R = 62 mmHgL/molK

R = 82 atm cm3/molK

R = 8.3145 Kpa dm3/molK

f) Ley de Dalton de las presiones parciales

La presión total de una mezcla gaseosa será igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de la misma

PT = PA + PB + PC + ... + Pt

Capitulo 9

Equilibrio y Cinética química

Cinética química

La cinética química es el área de estudio de la química en que se describe la velocidad y los mecanismos de las reacciones químicas.

A la razón del cambio con que sucede la transformación de reactivos a productos se le conoce como velocidad de reacción.

a) velocidad de reacción

La velocidad de reacción se define como la razón de cambio en la cambio en la cantidad de sustancia (en moles) de un reactivo o producto en la unidad de tiempo y en la de volumen:

dnð

r = -------

Vdð

b) Ley de velocidad

La ley de velocidad es una ecuación que expresa la velocidad de una reacción en función de las concentraciones de los reactivos elevadas a diversas potencias.

La velocidad de una reacción puede ser afectada por los sig. Factores:

  • Concentración. La velocidad de una reacción aumenta cuando se incrementa la concentración de los reactivos.

  • temperatura. Las reacciones son mas rápidas cuando se aumenta la temperatura.

  • Catalizador. La velocidad de una reacción química puede aumentarse con la presencia de un catalizador, que es una sustancia que incrementa la velocidad de la reacción.

  • Área de la superficie de un reactivo sólido o de un catalizador. Al reaccionar un sólido con un gas o un liquido, el área de la superficie del primero afecta la velocidad de reacción.

  • Equilibrio químico

    a) Ley de acción de masas y la constante de equilibrio (kc)

    La ley establece que los valores de la expresión de la constante de equilibrio son constantes para una reacción en particular a una temperatura constante, siempre que se hayan sustituido las concentraciones al equilibrio.

    [C]ce [D]de

    Kc = ---------------

    [A]ae [B]be

    b) Utilidad de la constante de equilibrio

    Al sustituir las concentraciones iniciales en la expresión de la constante de equilibrio se obtiene un cociente de reacción identificado como Qc. Que comparado con Kc puede ayudar a determinar la dirección de la reacción para lograr el equilibrio.

    [C]c0 [D]d0

    Qc = ---------------

    [A]a0 [B]b0

    Qc es mayo que Kc la reacción ira hacia la izquierda

    Qc es menor que Kc la reacción ira hacia la derecha

    Qc es igual que Kc la mezcla de reacción esta en equilibrio

    c) Principio de Le Chatelier

    Establece que cuando el equilibrio químico de un sistema es perturbado por un cambio de temperatura, presión o concentración, el sistema modificara la composición en equilibrio en alguna forma que tienda a contrarrestar el efecto de esa variable.

    Catálisis

    Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse, y se clasifica así:

  • catálisis homogénea. En la que los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase.

  • catálisis heterogénea. Los reactivos y el catalizador están en fases diferentes

  • catálisis enzimática, altamente especifica, de modo que cada enzima actúa sobre una clase particular de sustrato.

  • Capitulo 10

    Materiales para Ingeniería

    Un material es una clase especifica de materia que presenta ciertas características, en función de sus propiedades físicas y químicas, que la distinguen de los demás.

    Materiales metálicos

    Se conoce como mineral a la sustancia inorgánica de origen natural con composición química característica y estructura cristalina definida. Los materiales metálicos son sustancias inorgánicas tales como el hierro, cobre, aluminio, níquel, magnesio, zinc, titanio y muchos mas que pueden ser utilizados en forma pura.

    Los metales se clasifican en :

  • ferrosos. Los que tienen alto contenido de hierro.

  • no ferrosos. Los elementos metálicos diferentes de hierro.

  • Materiales polímeros

    Un polímero es una especie química de alto peso molecular que se obtiene como resultado de muchas unidades de bajo peso molecular que se repiten.

    Materiales cerámicos

    Son sustancias inorgánicas que se forman por elementos metálicos y no metálicos unidos químicamente por enlaces iónicos y/o covalentes. Su estructura puede ser cristalina, amorfa o mezcla de ambas.

    Materiales compuestos

    Los materiales compuestos son mezclas de dos o mas materiales que difirieren en forma y composición química y que son esencialmente insolubles entre si.

    Materiales electrónicos

    Son materiales semiconductores como el silicio y el germanio, que se pueden obtener con un alto grado de pureza para después añadir impurezas adecuadas en su estructura (doparlos) para modificar sus características.

    La conductividad eléctrica es un factor importantes en la selección de los materiales usados en la ingeniería electrónica, ya que es tan importante un material superconductor como uno poco conductor o aislante.

    Contaminación ambiental

    La actividad industrial del país contribuye de diversas maneras a la generación de contaminantes, en función de las características de los procesos y del tipo de insumos y productos.

    Los procesos de fabricación de los materiales y su transformación en productos útiles comprenden múltiples actividades propias de cada rama en particular.

    Las fuentes principales de estos residuos están en los procesos de separación, transformación y purificación que deben aplicarse a las corrientes de materiales.

    Ejercicio.

    Señalar si es verdadero o falso.

    1. Cinética química es el área de estudio que describe el equilibrio dinámico de las reacciones químicas.

    Verdadero falso

    2. La velocidad de conversión de un reactivo en una reacción química es igual a /\[reactivo]//\t

    verdadero falso

    3. La constante cinética representa la proporcionalidad entre la velocidad y la concentración de los reactivos de una reacción química.

    Verdadero falso

    4. La velocidad de formación de un producto en una reacción química es un valor negativo.

    Verdadero Falso

    5. La suma de los exponentes de las concentraciones de los reactivos que aparecen en la ley de velocidad indica el orden global de reacción.

    Verdadero Falso

    6. La ley de acción de masas establece que cuando el equilibrio químico de un sistema es perturbado por un cambio de temperatura, presiona o concentración, el sistema modificara la composición en equilibrio para contrarrestar el efecto que provoco el cambio.

    Verdadero Falso

    7. Cuando la constante de equilibrio es igual a 1, la reacción se desplazara hacia la derecha ()

    Verdadero Falso

    8. Cuando la cociente de reacción es mayor que la constante de equilibrio, la reacción se desplazara hacia la izquierda. ()

    Verdadero Falso

    9. Los catalizadores son sustancias que alternan la velocidad de una reacción química sin consumirse.

    Verdadero Falso

    10. En todas las reacciones químicas la transformación de reactivos a productos es directa y completa.

    Verdadero Falso

    11. Todos los materiales son sustancias orgánicas

    Verdadero Falso

    12. Se conoce como mineral a la sustancia inorgánica de origen natural con composición química característica y estructura cristalina definida.

    Verdadero Falso

    13. Todos los materiales se clasifican según su uso.

    Verdadero Falso

    14. La bauxita es el mineral del que se extrae aluminio.

    Verdadero Falso

    15. La unidad básica de los polímeros es la resina.

    Verdadero Falso

    16. El caolín es un tipo de arcilla usado en la obtención de polímeros.

    Verdadero Falso

    17. El material mas utilizado en la fabricación de dispositivos electrónicos es el cadmio.

    Verdadero Falso

    18. La rama industrial metal mecánica es la que mas contamina en México.

    Verdadero Falso

    19. Los residuos son considerados peligrosos cuando tienen todas las características señaladas en el código CRETIB

    Verdadero Falso

    20. Todos los productos químicos son peligrosos.

    Verdadero Falso

    Oxidación perdida de e-

    Reducción ganancia de e-