química para geólogos

7/23/2019 Qumica Para Gelogos

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Nociones Bsicas de Qumica.

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PROGRAMA DE INTRODUCCIN A LA QUMICA PARA GELOGOS

1 - NOCIONES BSICAS

1.1 - Introduccin (Conceptos y Definiciones: Qumica, tomo, Elemento, Electrn, Protn, Neutrn,Istopos radiactivos y estables, Radio inico, Carga inica).

1.2 - Tabla peridica (Organizacin por Grupos, Periodos)

1.2.1 Caractersticas de Metales, No Metales, Metaloides o Semimetales, Elementos

Mayores y Elementos Traza.

2 - REACCIONES QUMICAS

2.1 - Estados de oxidacin o Valencias

2.1.1 - Smbolos y valencias

2.2 - Reacciones qumicas

2.2.1- xidos

2.2.2 - Anhdridos

2.2.3 - cidos

2.2.4 - Hidrxidos o Bases

2.2.5 - Sales

3 - FRMULAS QUMICAS

3.1- Pesos atmicos y moleculares3.2 - Smbolos, Frmulas, Pesos Formulares

3.3 - Frmulas Moleculares, Pesos Moleculares, Moles

3.4 - Clculo de Composiciones y Frmulas

3.4.1 - Composicin a partir de frmula

3.4.2 - Frmulas empricas

4 - ESTEQUIOMETRIA

4.1- Balanceo de ecuaciones

4.1.1 - Simples

4.1.2 - xido-Reduccin

4.2 - Concentraciones

4.2.1Unidades Fsicas

4.2.2Unidades Qumicas

4.2.3 - Clculo de concentraciones a partir de soluciones de concentracin conocida.


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Nociones Bsicas de Qumica.

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CAPITULO I

NOCI0NES BASICAS

_______________________________________________________________________________________1.1 Introduccin (conceptos y definiciones)

Definicin de Qumica. Es la ciencia queestudia la composicin, la estructura y laspropiedades de la materia, junto a los cambiosque experimenta durante las reaccionesqumicas.

tomotomo, la unidad ms pequea posible de un

elemento qumico que mantiene su identidad ysus propiedades. En la filosofa de la antiguaGrecia, la palabra tomo se empleaba para

referirse a la parte de materia ms pequea quepoda concebirse. Esa partcula fundamental,por emplear el trmino moderno para eseconcepto, se consideraba indestructible. Dehecho, tomo significa en griego no divisible.

Estructura interna del tomoEl tomo est formado por un ncleo, en

donde se encuentra casi toda su masa, contienenuetrones (elctricamente neutros) y protones(carga positiva), el que a su vez, est rodeado porelectrones (carga negativa). La carga elctrica deun tomo es nula cuando el nmero de protonescoincide con el de electrones.

El nmero atmico, corresponde al nmero deelectrones o protones de un tomo. El nmero deneutrones determina su istopo.

ElementoEs toda aquella sustancia pura que no se

puede descomponer en otras ms simplesmediante procesos qumicos. Ejemplos deelementos qumicos son: cobre, oro, sodio,hidrgeno, oxgeno, nitrgeno, etc.

1.2 - Tabla peridica

Los elementos qumicos se organizan yclasifican en lo que se conoce como la tablaperidica. Actualmente se conocen 119elementos, por orden creciente de su nmeroatmico. Las propiedades fsicas y qumicas delos elementos varan paulatinamente con elnmero atmico creciente existiendo unarepeticin peridica de propiedades. HenryMoseley propuso que "las propiedades de los

elementos y de sus compuestos son funcionesperidicas del nmero atmico".

La tabla peridica de los elementos estformada por grupos o familias y periodos. Ungrupo o fami l ia es un conjunto de elementos quetienen como caracterstica poseer unaconfiguracin electrnica semejante en el ltimonivel energtico ocupado. Se tienen 8 gruposdivididos en subgrupos A y B. Los gruposcorresponden a las columnas verticales de latabla peridica.

Ejemplo:

Grupo I

Subgrupo A: H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.

Subgrupo B: Cu, Ag, Au

Un periodo es un conjunto de elementosdispuestos en lneas horizontales y agrupa a loselementos que poseen el mismo nmero deniveles energticos ocupados. Se tienen 7periodos y los hay cortos y largos. Cada periodo

comienza con un metal activo y termina con ungas noble, haciendo el recorrido de izquierda aderecha. La distribucin de los elementos enperiodos obedece a la ocupacin progresiva delos electrones en niveles (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) ysubniveles (s, p, d, f) energticos de acuerdo conel siguiente orden de ocupacin:

1s, 2s, 3p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f,5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p

Ejemplo:

El hidrgeno y el helio son elementos que

presentan electrones que ocupan posicionesexclusivamente del nivel y subnivel energtico1s. Los elementos del periodo 4 del K (19) al Kr(36) son elementos que presentan electrones queocupan posiciones hasta el nivel y subnivelenergtico 4p.

1.2.1 - Metales y No metales, Metaloides yGases Nobles
http://definicion.de/ciencia/http://definicion.de/ciencia/http://definicion.de/ciencia/


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Se distinguen dos regiones de elementos, losmetales a la izquierda de la tabla cuyocomportamiento es el de perder electronesconvirtindose en cationes. La otra regin est ala derecha y corresponde a los no m etales, cuyocomportamiento es el de ganar electronesconvirtindose en aniones. Los metaloides sonlos elementos que se encuentran en la reginfronteriza entre metales y no metales y secaracterizan por poseer caractersticas fsicassimilares a los metales. Algunos ejemplos demetaloides son: Al, Si, Ge, As, Sb, Te. Algunosautores opinan que el trmino metaloide est malempleado para estos elementos, que el msapropiado sera "semimetales". Existe un grupode elementos que bajo ciertas condiciones fsico-qumicas se comportan como metales y bajootras condiciones como no metales. Estoselementos, por tanto, son capaces de formar

cidos y bases. A estos elementos se les llamaelementos anfterosy algunos ejemplos de estetipo de elemento son: Al, Zn, V, Mn, Cr, W, Fe, B,Pb, Se, Te, etc.Un grupo especial de elementosque ocupa la posicin a la extrema derecha de latabla recibe el nombre de gases nobles oinertes. Todos estos elementos se caracterizanpor tener una envoltura externa de electronesdotada de la mxima estabilidad. No tienentendencia, por tanto, ni a perder ni a ganarelectrones. De aqu que su valencia sea cero oque reciban el nombre de inertes, aunque a talafirmacin se tiene hoy una reserva ya que sehan podido sintetizar compuestos de nen, xenny kriptn con el oxgeno, el fluor y el agua.

Aproximadamente 78% de los elementos sonmetales, 9% son no metales, 5.5% son gasesnobles y el resto son metaloides o semimetales.

De los 119 elementos conocidos actualmente,solo 90 ocurren en la naturaleza. De estos solounos cuantos constituyen mayoritariamente latierra. Estos elementos reciben el nombre deelementos mayoresy se expresan generalmenteen xidos y su concentracin en las rocas seexpresa en % en peso. Estos elementos son:

SiO2, TiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, MnO, MgO, CaO,Na2O, K2O y P2O5

En los minerales, los elementos mayores sonaquellos que constituyen mas del 99% de lafrmula y, por tanto, estos varan en funcin de lacomposicin qumica de los minerales. Porejemplo, en los feldespatos, los elementosmayores son: SiO2, Al2O3, CaO, Na2O y K2O. En

Cambio en el zircn, los elementos mayores son:SiO2y ZrO2.

Tanto las rocas como en los minerales,pueden contener pequeas cantidades decualquier otro elemento natural, pero suconcentracin es tan pequea que tiene pocoimpacto en la composicin global de la roca o delmineral. Estos elementos cuando estn presentesreciben el nombre de elementos traza y tienenuna gran importancia en el estudio del origen,evolucin y transformacin de minerales y rocas.stos se expresan comnmente como elementosindividuales y su concentracin se expresa enpartes por milln (ppm) o partes por billon (ppb).Los elementos traza ms comunes son: Rb, Ba,Sr, Nb, Y, Zr, Hf, U, Th y los elementos del grupode las tierras raras.

Un tomo de un elemento dado siemprecontiene el mismo nmero de protones (este es elnmero atmico); pero despus de efectuar un

estudio profundo se encontr que para la mayorade stos existen dos o ms tipos de tomos. Ladiferencia entre estas clases de tomos delmismo elemento es que contienen distintascantidades de neutrones. A estos tomos se lesdenominan istopos. Los istopos son, pues,tomos de un mismo elemento con igual nmeroatmico y diferente nmero de masa debido aque contienen diferente nmero de neutrones.Existen dos tipos de istopos: istoposradioactivos e istopos estables.

Aunque un elemento tenga istopos, todos sustomos se comportan de la misma manera,debido al nmero de electrones.


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CAPITULO 2

REACCIONES QUIMICAS

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2.1 - Nmero de oxidacin o valencia

El nmero de oxidacin o valencia es lacapacidad de combinacin que tiene un tomo decada elemento y consiste en el nmero deelectrones que puede ganar o perder en su ltimonivel de energa cuando reacciona con otrostomos.

La tendencia de todos los elementos es la deestabilizar su ltimo nivel de energa con elnmero mximo de electrones que ese nivelpuede contener y as parecerse al gas noble ms

cercano. Para los elementos de los tres primerosgrupos es ms fcil perder electrones adquiriendocarga elctrica positiva. Para los elementos de losltimos grupos es ms fcil ganar electronesadquiriendo carga negativa.

Algunos elementos presentarn dos o msvalencias debido a que capacidad decombinacin les permite perder o ganarelectrones en diferente cantidad, dependiendo delas condiciones a que se somete, o biendependiendo del elemento que tenga paracombinacin. El nmero de oxidacin de todoslos elementos cuando estn puros, sincombinacin, es cero (0).

2.1.1 - SMBOLOS Y VALENCIAS MASCOMUNES DE LOS ELEMENTOS MASCOMUNES

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Metales y Semimetales metlicos_____________________________________

Elemento Smbolo Valencias

Litio (Li) +1

Sodio (Na) +1Potasio (K) +1Rubidio (Rb) +1Cesio (Cs) +1Plata (Ag) +1Berilio (Be) +2Magnesio (Mg) +2Calcio (Ca) +2Estroncio (Sr) +2

Bario (Ba) +2Zinc* (Zn) +2Cadmio (Cd) +2Boro* (B) +3

Aluminio* (Al) +3Ytrio (Y) +3Titanio* (Ti) +4Zirconio* (Zr) +4Vanadio* (V) +5Cobre (Cu) +1 +2Mercurio (Hg) +1 +2

Oro (Au) +1 +3Hierro* (Fe) +2 +3Cobalto (Co) +2 +3Nquel (Ni) +2 +3Estao* (Sn) +2 +4Platino (Pt) +2 +4Plomo* (Pb) +2 +4Bismuto* (Bi) +3 +5Cromo* (Cr) +2 +3 +6Molibdeno* (Mo) +2 +4 +6Wolframio* (W) +2 +4 +6Manganeso* (Mn) +2 +4 +6 +7

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No Metales y Semimetales no metlicos_____________________________________

Elemento Smbolo Valencias

Oxgeno (O) -2Silicio* (Si) +4Hidrgeno (H) -1 +1

Arsnico* (As) -3 +3 +5Fsforo (P) -3 +3 +5

Antimonio* (Sb) -3 +3 +5Nitrgeno (N) -3 +3 +5Carbono (C) -2 -4 +2 +4

Azufre (S) -2 +2 +4 +6Selenio (Se) -2 +2 +4 +6Fluor (F) -1Cloro (Cl) -1 +1 +3 +5 +7Bromo (Br) -1 +1 +3 +5 +7Iodo (I) -1 +1 +3 +5 +7


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(*) = Elemento anftero

2.2.1 - XIDOS

Los xidos son compuestos que resultan de lacombinacin de un m etal o elemento anfteroms oxgen o.

Ejemplo 1

La combinacin del metal zinc (Zn) msoxgeno produce un compuesto denominadoxido de Zinc. La reaccin puede expresarsecomo sigue:

Zn+2

+ O-2

ZnO

En la formacin de cualquier compuesto

neutro, la suma de las cargas o valenciaspositivas o negativas debe ser igual a cero. En elejemplo anterior, el nmero total de valenciaspositivas es igual a 2 mientras que el nmerototal de valencias negativas es igualmente 2. As,las cargas positivas del zinc se combinan con lasdos cargas negativas del oxgeno para formar elcompuesto xido de zinc el cual eselctricamente neutro. Existen otros xidos endonde el nmero de cargas positivas y negativasno estn de antemano balanceadas siendonecesario realizar un balanceo de cargas.

Ejemplo 2La combinacin del sodio (Na) con el oxgeno

produce el compuesto xido de sodio. La reaccinde formacin si consideramos solo un tomo decada elemento es:

Na+1+ O-2 NaO-

En este caso si combinamos un tomo desodio con un tomo de oxgeno se producir uncompuesto elctricamente no neutro puesto quela nica carga positiva del sodio solo neutralizaruna carga negativa del oxgeno quedando otracarga negativa libre por lo que se requiererealizar un balanceo de cargas. Una forma simplerealizar el balanceo de cargas en las reaccionesconsiste en intercambiar las valencias de loselementos colocando el nmero a la izquierda delelemento:

2Na+1+ 1O-2 Na2O

El nmero 2 de la valencia de oxgeno se pasadel lado izquierdo del sodio mientras que elnmero 1 de la valencia del sodio se coloca allado izquierdo del oxgeno. Generalmente,cuando el nmero es 1 no se indica quedando porasentado que la ausencia de nmero indica laintervencin de un solo tomo. De esta forma laecuacin estar forzosamente balanceadaelctricamente.

2Na+1+ O-2 Na2O(2 x 1) + (1 x -2)

+ 2 + (-2) = 0

El nmero de tomos de cada elemento en laparte de los reactivos se coloca como subndicedel lado derecho del elemento en la parte de losproductos.

Ejemplo 3

La combinacin del aluminio ms oxgenoproduce el compuesto denominado xido dealuminio. La reaccin considerando solamente untomo de cada elemento se puede expresar comosigue:

Al+3+ O-2 AlO+1

Como puede observarse, la reaccin de unsolo tomo de cada elemento produce uncompuesto cargado positivamente puesto que elnmero de cargas positivas es mayor de una

unidad que el nmero de cargas negativas. As,se requiere efectuar nuevamente el balanceo decargas.

Al+3+ O-2 Al2O3(2 x +3) + (3 x -2)

(+6) + (-6) = 0

El intercambio de nmeros de valenciaproduce el balanceo de cargas. As, para formaruna molcula de xido de aluminioelctricamente neutra se necesitan en realidad 2tomos de aluminio por cada 3 tomos deoxgeno.

Nomenclatura de los xidos

Existen metales que poseen solamente unasola valencia como el caso del Li+1, Mg+2 o

Ag+1. Existen otros, sin embargo, que poseendos o ms valencias positivas como por ejemploel Fe+2+3, Au+1+3, Cr+2+3+6 o Mn+2+4+6+7.Cada elemento con valencias mltiples forma


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- Cuando el elemento reaccione con suvalencia intermedia superior, el xido tomarexclusivamente la terminacin -ico.

- Cuando el elemento reaccione con suvalencia mayor, el xido tomar el sufijo per-y laterminacin -ico.

Ejemplo

El manganeso forma con el oxgeno xidoscuando reaccionan en medios bsicos. Elmanganeso reacciona generalmente con cuatrovalencias positivas: +2, +4, +6 y +7. Luego, elmanganeso formar con el oxgeno cuatro xidosdiferentes:

(1) Mn+2 + O-2 MnO (xidohipomanganoso)(2) Mn+4 + 2O-2 MnO2 (xidomanganoso)(3) Mn+6 + 3O-2 MnO3 (xidomangnico)(4) 2Mn+7 + 7O-2 Mn2O7(xido

permangnico)

La valencia menor del manganeso es +2,luego el xido formado con el oxgeno recibe elsufijo hipo y la terminacin oso. La valenciaintermedia inferior del manganeso es +4. El xidoformado recibe solamente la terminacin oso.Cuando el manganeso reacciona con su valenciaintermedia superior, el xido resultante recibe laterminacin ico. Finalmente, cuando elmanganeso reacciona con su valencia mayor, elxido que resulta recibe el sufijo per y laterminacin ico.

Una forma alternativa de llamar a loscompuestos donde intervengan elementos convalencias mltiples es la adoptadainternacionalmente en el convenio Stock. Esteconsiste en escribir la carga por tomo entreparntesis despus del nombre del metal. Porejemplo, los xidos de cobre anteriormentesealados reciben el nombre de xido cuprosocuando el Cu reacciona con la valencia +1 y

xido cprico cuando reacciona con la valencia+2. Segn el convenio de Stock, el xido cuprosodeber llamarsex ido de cobre ( I) y el xidocprico se llamarax ido de cobre (II).

A pesar de ser mundialmente aceptada estanomenclatura, tiene en realidad un uso muyrestringido puesto que en la formacin de sales semantiene la nomenclatura tradicional y haocasionado fuertes confusiones. En este curso seutilizar la nomenclatura tradicional.

Ejercicios

1 - Formar los siguientes xidos:

a - xido de litio i - xido estanosob - xido de potasio j - xido estnicoc - xido de estroncio k - xido manganosod - xido de cadmio l - xido permangnicoe - xido de titanio m - xidomercurosof - xido ferroso n - xido mercricog - xido frrico o - xido bismticoh - xido arico

2 - Denominar segn la nomenclatura tradicionallos siguientes xidos:

a - Rb2O iNi2O3b - B2O3 j - Cs2O

c - CrO k - PtOd - CrO3 l - Bi2O5e - MnO2 mCrO3f - Fe2O3 n - ZnOg - Ag2O o - Co2O3h - NiO

2.2.2 - ANHDRIDOS

Los anhdridos son compuestos que resultande la combinacin de un no metal o elementoan ft ero ms oxgeno.

Ejemplo

La combinacin del silicio con el oxgenoproduce el compuesto denominado anhdrido desilicio. La reaccin se expresa:

Si+4 + 2O-2 SiO2

Nomenclatura de los anhdridos

La nomenclatura que se utiliza para denominara los anhdridos es esencialmente la misma quela utilizada para denominar a los xidos con laexcepcin del nombre general del compuesto, esdecir, en lugar de xido deber utilizarse eltrmino anhdrido.

Ejemplos


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(1) Si+4 + 2O-2 SiO2 (anhd. de silicio)

(2) 2Sb+3 + 3O-2 Sb2O3 (anhd.antimonioso)(3) 2Sb+5 + 5O-2 Sb2O5 (anhd.antimnico)(4) S+2 + O-2 SO (anhd.hiposulfuroso)(5) S+4 + 2O-2 2 (anhd. sulfuroso)

(6) S+6 + 3O-2 3 (anhd. sulfrico)

(7) 2Cl+1 + O-2 Cl2O (anhd.hipocloroso)(8) 2Cl+3 + 3O-2 Cl2O3 (anhd.cloroso)(9) 2Cl+5 + 5O-2 Cl2O5 (anhd.clrico)(10) 2Cl+7 + 7O-2 Cl2O7 (anhd.

perclrico)

Ejercicios

1 - Formar los siguientes anhdridos

a - anhd. de hidrgeno i - anhd. nitrosob - anhd. de silicio j - anhd. ntricoc - anhd. carbnico k - anhd. hipoclorosod - anhd. fosforoso l - anhd. clorosoe - anhd. Fosfrico m - anhd. clricof - anhd. hiposulfuroso n - anhd. perclricog - anhd. sulfuroso o - anhd. mangnicoh - anhd. sulfrico

2 - Denominar segn la nomenclatura tradicionallos siguientes anhdridos:

a - F2O i - Mn2O7b - I2O3 j - MnOc - I2O5 k - Br2O5d - I2O7 l - Br2O7e - N2O3 m - SeO3f - N2O5 n - TeO2g - SO3 o - CO2h - SO

2.2.3 - HIDROXIDOS O BASES

Los hidrxidos o bases son compuestos queresultan de la combinacin de unx ido msagua.

Ejemplo 1:

La combinacin del xido de sodio ms aguaproduce el compuesto llamado hidrxido desodio. La reaccin se expresa como sigue:

Na2O + H2O NaOHxido + Agua Hidrxido de sodiode sodio

En la reaccin, el oxgeno del xido desplazaun tomo de hidrgeno del agua y el sodioreacciona con el in hidroxilo (OH) que resultacon una carga negativa. Como se observa en lareaccin anterior, la ecuacin no est balanceadaen cuanto a tomos puesto que en el lado de losreactivos existen dos tomos de sodio mientrasque del lado de los productos existe solo uno. Deigual manera, del lado de los reactivos existendos tomos de oxgeno y dos de hidrgenomientras que del lado de los productos solo existeuno de cada elemento. As, del lado de los

reactivos existe un tomo de ms de cadaelemento participante (Na, O, H); suficientes paraformar otra molcula de hidrxido de sodio.

Na2O + H2O 2NaOH

De esta forma, la combinacin de unamolcula de xido de sodio con una molcula deagua produce dos molculas de hidrxido desodio.

Ejemplo 2:

La combinacin del xido de calcio ms aguaproduce el hidrxido de calcio segn la reaccinsiguiente:

CaO + H2O Ca(OH)2

En este caso, a diferencia del anterior, unamolcula de xido de calcio combinada con unamolcula de agua produce solo una molcula dehidrxido de calcio.

Ejemplo 3:

La combinacin del xido de aluminio con el

agua produce el compuesto llamado hidrxido dealuminio. La reaccin se expresa:

Al2O3 + H2O Al(OH)3

En este caso existe una vez ms undesequilibrio de masas entre los reactivos y losproductos:


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Reactivos Productos Diferencia2Al Al (+1)4O 3O (+1)2H 3H (-1)

Segn este balance, en la reaccin existen untomo de aluminio y un tomo de oxgeno de msdel lado de los reactivos mientras que en el ladode los productos existe un tomo de ms dehidrgeno. Balanceando la reaccin el hidrxidode aluminio se formara segn la reaccincompleta siguiente:

Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3

As, la combinacin de una molcula de xidode aluminio ms tres molculas de agua producedos molculas de hidrxido de aluminio.

Nomenclatura de los hidrxidos

La nomenclatura de los hidrxidos es la mismautilizada para denominar a los xidos con ladiferencia del nombre general del compuesto, esdecir, en lugar de xido se utilizar el trminohidrxido.

Ejemplos:

(1) Na2O + H2O 2NaOH (hidrx.de sodio)(2) Rb2O + H2O 2RbOH (hidrx.

de rubidio)(3) MgO + H2O Mg(OH)2 (hidrx. demagnesio)(4) SrO + H2O Sr(OH)2 (hidrx. deestroncio)(5) Al2O3 +3H2O 2Al(OH)3 (hidrx. dealuminio)(6) Hg2O + H2O 2HgOH (hidrx.mercuroso)(7) HgO + H2O Hg(OH)2 (hidrx.mercrico)(8) CrO + H2O Cr(OH)2 (hidrx.hipocromoso)(9) Cr2O3 + 3H2O 2Cr(OH)3 (hidrx.cromoso)(10) CrO3 + 3H2O Cr(OH)6 (hidrx.crmico)(11) MnO + H2O Mn(OH)2 (hidrx.

hipomanganoso)(12) MnO2 + 2H2O Mn(OH)4 (hidrx.manganoso)

(13) MnO3 + 3H2O Mn(OH)6 (hidrx.mangnico)(14) Mn2O7 + 7H2O 2Mn(OH)7 (hidrx.

permangnico)

Ejercicios:1 - Formar los siguientes hidrxidos:

a - hidrxido de plata i - hidrxido uricob - hidrxido de zinc j - hidrxido bismutosoc - hidrxido de ytrio k - hidrxido bismticod - hidrxido ferroso l - hidrxidohipomolibdosoe - hidrxido frrico m - hidrxido molibdosof - hidrxido estanoso n - hidrxido molbdicog - hidrxido estnico o - hidrxido niqulicoh - hidrxido auroso

2 - Nombrar segn la nomenclatura tradicional lossiguientes hidrxidos:

a - KOH i - AuOHb - Ba(OH)2 j - Au(OH)3c - Sr(OH)3 k - W(OH)2d - Ti(OH)4 l - W(OH)4e - Fe(OH)2 m - W(OH)6f - Fe(OH)3 n - Mn(OH)6g - Sn(OH)2 o - Mn(OH)7h - Sn(OH)4

2.2.4 - ACIDOS

Existen dos tipos de cidos inorgnicos: cidoshidrcidos y cidos oxicidos.

cidos hidrcidos

Los cidos hidrcidos son compuestos queresultan de la combinacin de un no m etal mshidrgeno. El no metal debe reaccionar con suvalencia negativa y solo aquellos que presentenvalencia negativa 1 o 2. El hidrgeno, por suparte, reacciona con su valencia positiva.

Ejemplo 1:

La combinacin de un tomo de cloro con untomo de hidrgeno produce el cido denominadocido clorhdrico. La reaccin se expresa:

Cl-1 + H+1 HCl


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Ejemplo 2:

La combinacin de un tomo de azufre condos tomos de hidrgeno produce el cidollamado cido sulfhdrico segn la reaccinsiguiente:

S-2 + 2H+1 H2S

Nomenclatura de cidos hidrcidos

Todos los no metales cuentan con una solavalencia negativa a excepcin del carbono quereacciona en ocasiones con dos valenciasnegativas. Sin embargo, los compuestosinorgnicos de carbono con valencia -4 sonextremadamente raros aunque en qumicaorgnica son comunes. De esta forma, cada nometal con valencia negativa solo puede formar un

solo cido hidrcido por lo que la nomenclaturade estos compuestos es relativamente simple.Esta consiste en agregar al compuesto laterminacin -hdri co.

Ejemplo 1:

El cido que resulta de la combinacin de Cl -1ms H+1 recibe el nombre de cido clorhdricocomo se seal anteriormente:

Cl-1 + H+1 HCl (cido clorhdrico)

Ejemplo 2:

El cido que resulta de la combinacin de S-2ms 2H+1 recibe el nombre de cido sulfhdrico:

S-2 + 2H-1 H2S (cido sulfhdrico)

Ejercicios:

1 - Formar los siguientes cidos:

a - cido fluorhdrico f - cido oxigenhdrico

b - cido clorhdrico g - cido telurhdricoc - cido sulfhdrico h - cido iodhdricod - cido manganhdrico i - cidoselenhdricoe - cido bromhdrico j - cido carbonhdrico

2 - Denominar los siguientes cidos hidrcidos:

a - HBrb - H2C

c - H2Od - H2See - HFf - HI

cidos oxicidos

Los cidos oxicidos son compuestos queresultan de la combinacin de un anhdrid o msagua.

Ejemplo 1:

La combinacin del anhdrido sulfrico msagua produce el cido denominado cidosulfrico. La reaccin se expresa:

SO3 + H2O H2SO4Anhdrido Agua cidosulfrico Sulfrico

Ejemplo 2:

La combinacin de anhdrido hipocloroso msagua produce el cido llamado cido hipoclorososegn la reaccin siguiente:

Cl2O + H2O H2Cl2O2 = 2HClOAnhdrido Agua cidohipocloroso hipocloroso

Nomenclatura de cidos oxicidos

La nomenclatura utilizada para denominar loscidos oxicidos es la misma utilizada paradenominar a los xidos y anhdridos cambiandoexclusivamente el nombre general delcompuesto.

Ejemplos:

(1) SiO2 + H2O H2SiO3(cido de silicio)(2) Sb2O3 + H2O 2HSbO2 (cidoantimonioso)(3) Sb2O5 + H2O 2HSbO3 (cido

antimnico)(4) SO + H2O H2SO2 (cidohiposulfuroso)(5) SO2 + H2O H2SO3 (cido sulfuroso)(6) SO3 + H2O H2SO4 (cido sulfrico)(7) Cl2O + H2O 2HClO (cidohipocloroso)(8) Cl2O3 + H2O 2HClO2 (cidocloroso)


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(9) Cl2O5 + H2O 2HClO3 (cidoclrico)(10) Cl2O7 + H2O 2HClO4 (cido

perclrico)

Nota - En la formacin de cidos a partir de los

anhdridos de fsforo (fosforoso y fosfrico)intervienen tres molculas de agua en lugar deuna sola. De esta forma, las reacciones paraproducir cidos oxicidos de fsforo quedaran:

(1) P2O3 + 3H2O 2H3PO3(2) P2O5 + 3H2O 2H3PO4

En este caso el cido de fsforo formado consu valencia menor (reaccin 1) recibe el nombrede cido ortofosfrico mientras que el cidoformado con su valencia mayor (reaccin 2)recibe el nombre de cido pirofosfrico.

Ejercicios:

1 - Formar los siguientes cidos oxicidos

a - cido hiposelenoso f - cido ntricob - cido perbrmico g - cido bromosoc - cido permangnico h - cido brmicod - cido sulfuroso i - cido selnicoe - cido nitroso j - cido arsnico

2 - Denominar los siguientes cidos oxicidos:

a - H3PO4 f - H2SO3

b - HBrO3 g - HNO3c - HClO4 h - HAsO2d - H2MnO4 i - HFOe - H2SO4 j - HIO

2.2.5 - SALES

Las sales son compuestos que resultan de lacombinacin de uncido ms u n h id rx ido obase. Puesto que existen dos clases de cidos,existen dos tipos diferentes de sales: saleshidrcidas y sales oxisales.

Sales hidrcidas

Las sales hidrcidas son sales que resultan dela combinacin de uncido h id rcido ms unhidrx ido.

Ejemplo 1:

La reaccin de cido clorhdrico con elhidrxido de sodio produce una sal denominadacloruro de sodio ms agua. La reaccin seexpresa como sigue:

NaOH + HCl NaCl + H2O

En la reaccin, los tomos de sodio secombinan con los tomos de cloro. Por otra parte,el hidrgeno liberado por el cido ms el inoxidrilo liberado por el hidrxido forman unamolcula de agua.

Ejemplo 2:

La combinacin de hidrxido de calcio con elcido fluorhdrico produce la sal hidrcidadenominada fluoruro de calcio. La reaccin es:

Ca(OH)2 + 2HF CaF2 + 2H2O

Nomenclatura de las sales hidrcidas

La nomenclatura para denominar a las saleshidrcidas, al igual que en los cidos hidrcidos,es relativamente simple. Esta consiste encambiarla terminacin -hdric odel cido por laterminacin -uro en la sal. La nomenclatura delos metales en los hidrxidos se mantiene sincambio.

Ejemplo 1:

La combinacin del hidrxido de plata con elcido clorhdrico produce la sal cloruro de platasegn la siguiente reaccin:

AgOH + HCl AgCl +H2O

hidrxido cido cloruro Agua

de plata clorhdrico de plata

Como puede observarse en este ejemplo, laterminacin -hdrico del cido da lugar al nombrede la sal con la terminacin -uro, mientras que elnombre del metal en el hidrxido (de plata)permanece sin cambio.

Ejemplo 2:

Consideremos ahora la formacin de una salhidrcida a partir del cido sulfrico y unhidrxido de un metal que contenga dos


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valencias, por ejemplo, el hierro. As, las dossales formadas con estos compuestos seran:

(1) Fe(OH)2 + H2S FeS +2H2O

hidrxido cido sulfuro

aguaferroso sulfhdrico ferroso

(2) 2Fe(OH)3 + 3H2S Fe2S3 +6H2O

hidrxido cido sulfuro aguafrrico sulfhdrico frrico

Ntese una vez ms que en ambas reaccionesla terminacin -hdrico del cido se cambi por laterminacin -uro en la sal, mientras que elnombre del hierro en los hidrxidos qued sincambio en las sales formadas.

Sales oxisales

Las sales oxisales son compuestos queresultan de la combinacin de un hi dr xid o msun ci do oxici do.

Ejemplo 1:

La combinacin de hidrxido de plata concido ntrico produce la sal oxisal denominadanitrato de plata. La reaccin se expresa:

AgOH + HNO3 AgNO3 + H2O

Hidrxido cido nitrato aguade plata ntrico de plata

En la reaccin, los tomos de plata secombinan con el radical nitrato (NO3-) paraformar la sal oxisal nitrato de plata mientras queel hidrgeno liberado por el cido se combina conel ion oxidrilo (OH-) del hidrxido para formaragua.

Ejemplo 2:

La combinacin del hidrxido de calcio con el

cido hipocloroso produce la sal oxisal llamadahipoclorito de calcio segn la reaccin siguiente:

Ca(OH)2 + 2HClO Ca(ClO)2+ 2H2Ohidrxido cido hipocloritoaguade calcio hipocloroso de calcio

Nomenclatura de las sales oxisales

La nomenclatura de las sales oxisales consisteen cambiar las terminaciones de los cidosmientras que los prefijos de los mismos cidos semantienen sin cambio. Las terminaciones -osodelos cidos (p.e. hipocloroso o cloroso) se cambianpor la terminacin -ito en las sales (p.e.hipoclorito o clorito). Las terminaciones -ico delos cidos (p.e. clrico o perclrico) se cambianpor las terminaciones -ato en las sales (p.e.clorato o perclorato). La nomenclatura de losmetales de los hidrxidos queda sin cambio enlas sales. En forma tabulada la nomenclatura delas sales oxisales quedara:

Terminacin en los cidosTerminacin en las sales

hipo --- oso hipo -

-- ito --- oso ---ito

--- ico --- atoper ---- ico per -

--- ato

Ntese que los prefijos hipo- y per- de loscidos se mantienen sin cambio en las sales.

Ejemplo 1:

Consideremos la formacin de sales oxisales apartir del hidrxido de zinc ms los cuatro cidosoxicidos del cloro:

(1) Zn(OH)2 + 2HClO Zn(ClO)2 +2H2O

hidrxido cido hipoclorito aguade zinc hipocloroso de zinc

(2) Zn(OH)2 + 2HClO2 Zn(ClO2)2 +2H2O

hidrxido cido clorito aguade zinc cloroso de zinc

(3) Zn(OH)2 + 2HClO

3 Zn(ClO

3)2 +

2H2Ohidrxido cido clorato

aguade zinc clrico de zinc

(4) Zn(OH)2 + 2HClO4 Zn(ClO4)2 +2H2O

hidrxido cido percloratoagua


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de zinc perclrico de zinc

Ntese que la nomenclatura utilizada en losmetales de los hidrxidos (de zinc) se mantieneen las sales. De igual manera si se tratara de unhidrxido ferroso o frrico, la nomenclatura delmetal en la sal se mantendra (p.e. clorato ferrosoo clorato frrico).

Ejercicios:

1 - Formar las siguientes sales oxisales

a - hipoclorito mercuroso k - nitrito depotasiob - hipoclorito mercrico l - nitrato demagnesioc - clorito mercuroso m - manganato dealuminiod - clorito mercrico n - arsenito antimonioso

e - clorato mercuroso o - arsenito antimnicof - clorato mercrico p - perbromato estnicog - perclorato mercuroso q - hipoyoditocuprosoh - perclorato mercrico r - sulfito cpricoi - sulfito ferroso s - sulfato detitanio

j - sulfito frrico t - carbonato de bario

2 - Denominar las siguientes sales oxisales:

a - CaCO3 i - V(CrO4)5b - BaSO4 j - Cd(AsO3)2

c - Al2(SeO4)3 k - Ca3(PO4)2d - Cu(NO3)2 l - Au(CO2)3e - Pt(BrO)4 m - Ti(SO4)2f - Sb2(CO2)5 n - LiNO2g - Au(NO2)3 o - Sn(IO)2h - CaSiO3


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CAPITULO 3

FORMULAS QUIMICAS

________________________________________________________________________________

3.1. - Pesos Atmicos Relativos

Las masas de los tomos individuales son muypequeas. Incluso el tomo ms pesado tiene unamasa menor de 5 x 10-22 g. Se considerconveniente, por lo tanto, definir una unidadespecial en la que las masas de los tomospuedan expresarse sin tener que utilizarexponentes. Esta unidad se llama unidad demasa atmica unificada y se designa con elsmbolo u. Se define como exactamente 1/12 dela masa del tomo de 12C. As, la masa del tomode 12C es exactamente 12u. Las masas de otrosistopos pueden expresarse en la misma unidad.Por ejemplo, la masa del 23Na es 22.98984u. Sedispone actualmente de tablas con las masas detodas formas isotpicas de los elementos.

La mayor parte de las reacciones qumicas nodiscriminan entre los diversos istopos. Porejemplo, los porcentajes de tomos de hierro54Fe, 56Fe, 57Fe y 58Fe son 5.82%, 91.66%, 2.19%y 0.33%, respectivamente en todos los mineralesde hierro, meteoritos y compuestos de hierropreparados sintticamente. Para efectos qumicosinteresa conocer la masa mediade un tomo dehierro en su mezcla natural de istopos. Estasmasas medias tambin se tabulan en funcin dela unidad uy se les da un nombre diferente paradistinguirlas de las masas isotpicas. Estasmasas medias se llaman pesos atmicos

relativos,pesos atmicos qumicoso simplementepesos atmicos. Debe subrayarse que son lasmasas medias para los tomos de los elementostal como existen en la naturaleza.

Mol

En los experimentos qumicos comunes entranen reaccin nmeros enormes de molculas. Fuepues, conveniente definir un nuevo concepto, el

mol, como un conjunto de un nmero grande ydeterminado de unidades qumicasfundamentales, comparables a la cantidad quepodra utilizarse en un experimento real. Sedefine un mol de tomos de cualquier elementocomo la cantidad de sustancia que contieneexactamente el mismo nmero de tomos que12g de 12C puro. Este nmero se llama nmerode Avogadro; su valor, determinadoexperimentalmente es, 6.023 x 1023. El valor dela unidad de masa atmica unificada, u, puederelacionarse ahora con la escala de gramos yaque 1 tomo de12C tiene una masa de 14u. Por lotanto:

Masa de 1 mol de tomos 12C = NAx masa de un

tomo de C12= NA

x 12u = 12 g.o bien

1u= 1 / NAg = 1 / 6.023 x 1023g = 1.660 x

10-24g

Consideremos ahora un mol de tomos de otroelemento de peso atmico W. La masa media deun tomo de este elemento es Wu o W / NAg.Por tanto, la masa de un mol (NA) de talestomos es NA (W / NA) gramos o sencillamenteW gramos. Dicho de otra forma, la masa engramos de un mol de tomos de cualquier

elemento es igual al peso atmico. Un mol detomos recibe el nombre de tomo-gramo oabreviadamente at-g, pudindose dar el pesoatmico en las medidas gramos por tomo-gramo.

3.2 - Smbolos, Frmulas, Pesos Formulares

El smbolo de un elemento se utiliza paradesignarlo diferencindolo de otros elementos.


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Adems, el smbolo se utiliza con frecuencia pararepresentar una cantidad particular de tal tomo,un tomo-gramo. As, Au puede significarsimplemente oro. En otros contextos puedereferirse a 1 tomo-gramo o 197.0 g de oro.

Una frmula indica el nmero relativo detomos de cada elemento en una sustancia.Fe3O4se refiere a un compuesto en el que haypresentes 3 tomos de hierro por cada 4oxgenos. Si los subndices son el conjunto denmeros enteros ms pequeos posible queexpresa el nmero relativo de tomos, se diceque la frmulaes empri ca o mnim a. El Fe3O4es un ejemplo de ello. Fe3O4 es una notacindescriptiva de este xido determinado de hierro.

A veces se utiliza tambin Fe3O4para designaruna cantidad particular de compuesto, la cantidadque contiene 3 tomos-gramo de hierro y 4tomos-gramo de oxgeno. Esta cantidad decompuesto contiene NA de las unidadesformulares ms sencillas (en que la unidadformular contiene 3 tomos de hierro y 4 tomosde oxgeno) y se llama por tanto mol de Fe3O4.Tambin se denomina peso-frmula-gramo(pfg). Se compone de (3 x 55.85) o sea 167.55 gde hierro y (4 x 16.00) o 64.00 g de oxgenocombinados para hacer (167.55 + 64.00) o sea231.55 g del compuesto. 231.55 es el pesoformular del compuesto. En general, el pesoformular es igual a una suma de nmeros, cadauno de los cuales es el producto del peso atmicode uno de los elementos que forman elcompuesto por el nmero de tomos de tal

elemento indicado en su frmula. El pesoformular puede ser dado en las unidades gramospor peso-formula-gramo.

3.3 - Frmulas Moleculares, PesosMoleculares, Moles

Si una frmula expresa no solamente elnmero relativo de tomos de cada elemento sinotambin el nmero real de tomos de cadaelemento en una molcula del compuesto, sellama frmula molecular.

Ejemplo:La frmula molecular del benceno es C6H6.

Esto indica que la molcula del benceno estconstituida por 6 tomos de carbono y 6 tomosde hidrgeno y el peso molecular del bencenoser (6 x 12.011) + (6 x 1.008) = 78.114.

La frmula emprica o mnima del bencenoser CH; esto indica nicamente que el benceno

est formado por los elementos carbono ehidrgeno en la proporcin de 1 tomo decarbono a 1 tomo de hidrgeno. La frmulaemprica no representa el nmero real de tomosde carbono e hidrgeno en una molcula debenceno y, por tanto, no representa el pesomolecular del benceno. Para determinar lafrmula molecular de un compuesto es necesarioconocer su peso molecular. La frmula moleculares un mltiplo entero (1, 2, 3, etc.) de la frmulaemprica.

La frmula C6H6 puede utilizarse pararepresentar 78.114 g de benceno. Esta cantidadde benceno contiene 6 NA(at-g) de carbono y 6NA (at-gr) de hidrgeno. Contiene NAmolculas(unidades de C6H6) y por tanto se denomina unmol de benceno. El nmero de Avogadro puede,pues, darse en las unidades molculas por molexactamente igual que en tomos por tomo-gramo.

Ejemplos de clculo de pesos moleculares:

(i) - La frmula molecular del cido clorhdricoes HCl. Esto indica que la molcula de HCl estformada por tomos de hidrgeno y cloro en larelacin de 1:1. El peso molecular del cidoclorhdrico ser:

H = 1.008Cl = 35.453

PM = 36.461 g

(ii) - El cido sulfrico (H2SO4) est formadopor tomos de hidrgeno, azufre y oxgeno en larelacin 2:1:4. El peso molecular del cidosulfrico ser:

H = 2 x 1.008 = 2.016S = 32.064 = 32.0640 = 4 x 16.00 = 64.00

PM = 98.08 g

Ejercicios

Determinar el peso molecular de los siguientescompuestos:

a.- NaCl f.- H2CrO4b.- HNO3 k.- Mg2Si2O6g.- CaCO3 l.- KAlSi3O8c.- Ag2SO4 h.- CaSO4 2H2Od.- KClO4 m.- ZrSiO4


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i.- FeSiO3 n.-Na2Fe2Si4O12e.- Mg2SO4 j.- NaAlSiO4o.- CaTiO5

3.4 - Clculo de Composiciones y Frmulas

3.4.1 - Clculo de composiciones a partirde la frmula

La existencia de una frmula por compuestoimplica que existen relaciones fijas entre lospesos de dos elementos cualquiera o entre elpeso de un elemento cualquiera y el compuestototal.

Ejemplo 1:

El mineral corundo est compuesto por 2 tomos de aluminio y 3 de oxgeno y su frmula ideal puedeexpresarse como Al2O3. A partir de estos datos es posible calcular el porcentaje de cada elemento en elcorundo. Estas relaciones pueden verse mejor escribiendo las frmulas en forma vertical como se ilustra acontinuacin:

______________________________________________________________________________________________

(1) (2) (3) (4) (5)E nporpfg WE(p. Atmico mEpor pfg mEpor 100 gElemento de compuesto del elemento) = nEx WE del compuesto

______________________________________________________________________________________________

Al 2 27.0 54.0 g (54.0 g Al / 102.0 g Al2O3) x100

= 52.9%

O 3 16.0 48.0 g (48.0 g O / 102.0 g Al2O3) x100

= 47.1%

ComprobacinPF = 102.0 g 52.9% +47.1%=100%___________________________________________________________________________________

La suma de los valores de cada elemento de la columna (4) es igual al peso formular (PF) delcompuesto. Los valores de la columna (5) representan el contenido fraccionario o relativo de los diversoselementos en el compuesto. As, 100 g de corundo (Al2O3) contiene 52.9 g o 52.9% de aluminio y 47.1 g o47.1% de oxgeno. Es evidente que la suma de las fracciones constituyentes debe ser igual a 100 g o 100%.

Ejemplo 2:

El mineral albita est compuesto de tomos de sodio, aluminio, silicio y oxgeno en proporciones quepermiten escribir su frmula ideal como NaAlSiO4. Cual es el porcentaje en peso de cada elemento

contenido en la frmula en 100 g de compuesto ?._____________________________________________________________________________________

_________(1) (2) (3) (4) (5)E nporpfg WE(p. atmico mEpor pfg mEpor 100 g

Elemento de compuesto del elemento) = nEx WE del compuesto_____________________________________________________________________________________

_________


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Na 1 22.99 22.99 g (22.99 g Na / 142.06 galbita) x 100

= 16.18%

Al 1 26.98 26.98 g (26.98 g Al / 142.06 galbita) x 100

= 18.99%

Si 1 28.09 28.09g (28.06 g Si / 142.06 galbita) x 100

= 19.77%

O 4 16.00 64.00g (64.0 g O / 142.06 galbita) x 100

= 45.05%Comprobacin

PF = 142.06 g 16.18% + 18.99% + 19.77%+ 45.05% = 99.99%

______________________________________________________________________________________________

Los valores de la columna (5) indican que en 100 gr de albita (NaAlSiO 4) existen 16.18 g o 16.18% desodio, 18.99 g o 18.99% de aluminio, 19.77g o 19.77% de silicio y 45.05 g o 45.05% de oxgeno.

Ejercicios

Calcule los porcentajes en peso de cadaelemento contenido en los siguientescompuestos:

a.- HCl f.- MgSiO3b.- HNO3 g.- ZrSiO4

c.- BaSO4 h.-Na2Fe2Si4O12d.- CaSiO3 i.- Ca3(PO4)2e.- FeS2 j.- PbS

3.4.2 - Clculo de Frmulas Empricas

Como se ha establecido con anterioridad, lafrmula emprica o mnima expresa el nmerorelativo de tomos de los diferentes elementos enun compuesto con el conjunto ms pequeoposible de nmeros enteros. Estos nmerospueden encontrarse convirtiendo los datos decomposicin analtica en peso en los n valores onmeros de tomos-gramo NE (NE = % / W).

Ejemplo 1:

Consideremos un compuesto que segn el anlisis tiene 17.09% de magnesio, 37.93% de aluminio y44.98% de oxgeno (a no ser que se indique lo contrario, el porcentaje es en peso, es decir el nmero degramos de cada elemento por 100 g de compuesto).

Un esquema conveniente de manejar los datos, como en los ejemplos de clculo de composiciones apartir de la frmula, es en forma de tabla como la siguiente:

______________________________________________________________________________________________(1) (2) (3) (4) (5)E mE(masa de Een WE nE(N de at-g nE/ nEms pequeo

Elemento 100 g de comp. (p. at. de E) de E= mE/ WE_____________________________________________________________________________________

_________

Mg 17.09 g 24.31 0.703 0.703 / 0.703 = 1


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Al 37.93 g 26.98 1.406 1.406 /0.703 = 2

O 44.98 g 16.00 2.812 2.812 /0.703 = 4

______________________________________________________________________________________________

La columna (1) indica los elementos del compuesto. La columna (2) la concentracin de los elementosen % en peso. La columna (3) expresa el peso atmico del elemento. Los nmeros de la columna (4) danlos nmeros de at-g de los elementos componentes en el peso fijo de compuesto, 100 g que se ha escogidocomo base. La columna (5) expresa la relacin emprica o mnima de los elementos del compuesto. Esta seobtiene dividiendo cada nE valores de la columna (4) entre el nE ms pequeo de ellos, en este caso,0.703. Los nmeros de la columna (5) muestran entonces el nmero relativo de tomos-gramo y por tanto,el nmero de tomos de magnesio, aluminio y oxgeno en este compuesto es 1 : 2 : 4. La frmula empricao mnima de este compuesto es por consiguiente MgAl2O4.

Ejemplo 2:

El anlisis qumico por via hmeda de un mineral mostr que se compone de los siguientes elementos y

concentraciones: Si = 53.26%; O = 53.26%. Calcular la frmula emprica o mnima del compuesto.

______________________________________________________________________________________________

(1) (2) (3) (4) (5)E mE(masa de Een WE nE(N de at-g nE / nE ms

pequeoElemento 100 g de comp. (p. at. de E) de E= mE/ WE

______________________________________________________________________________________________

Si 46.74 g 28.086 1.664 1.664 / 1.664 = 1

O 53.26 g 16.00 3.330 3.330 / 1.664 = 2______________________________________________________________________________________________

La columna (4) muestra nuevamente el nmero de at-g del elemento en el compuesto (nE) el cual fueobtenido dividiendo la masa del elemento en 100 g de compuesto ( mE) entre el peso atmico del elementoWE(nE= mE/ WE). La columna (5) muestra las relaciones empricas de los elementos en el compuesto yse obtiene dividiendo nE / nE ms pequeo, en este caso 1.664. Los resultados muestran que en elcompuesto existe un tomo de silicio y dos tomos de oxgeno (relacin 1 : 2). Luego, la frmula emprica omnima del compuesto puede ser expresada como SiO2.

Ejercicios

1. - Calcule la frmula emprica de loscompuestos a partir de sus composiciones enporcentaje.

a. - Fe = 63.53% S = 36.47%b. - Na = 21.6% Cl = 33.3% O = 45.1%c. - C = 63.1% H = 11.92% F = 24.97%d. - Na = 12.10% Al = 14.19% Si =22.14%

O = 42.09% H2O = 9.48%

2. - Resuelva los siguientes problemas.

a. - En la fabricacin de cemento se requierecaliza cuyo contenido de slice, SiO2, sea inferiora 5%. Calcular el porcentaje mximo de silicio,Si, permitido y el porcentaje mnimo de calcio,Ca, en la caliza. Que cantidad de Si y de Ca seobtendran si se procesara 1 tonelada de caliza ?


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b. - Una muestra de cuprita impura, Cu2O,contiene 66.6% de Cu. Cual es el porcentaje deCu2O puro en la muestra ?

c. - Una veta contiene 30% de argentita, Ag2S. Cuanta plata metlica se podr obtener si seprocesa 1 tonelada de la veta ? (i) si larecupercin es de 100%; (ii) si la recuperacin esde 75%.

d. - Un concentrado de minerales contiene10% de plata nativa, Ag; 15% de argentita, Ag2S;40% de galena, PbS; 15 % de cuprita, Cu2O y20% de calcita, CaCO3. Calcular la cantidad deplata, plomo y cobre que se obtendra si seprocesaran 10 toneladas de concentrado con unarecuperacin del 68%.

e. - Procesando una tonelada de solo uno delos 3 minerales de azufre siguientes, galena, PbS;

pirita, FeS2; y, argentita, Ag2S, se pretendeobtener la mayor cantidad de azufre. Quemineral deber ser procesado ?


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CAPITULO 4

4 - ESTEQUIOMETRIA

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4.1 - BALANCEO DE ECUACIONES

4.1.2 - Oxidacin-Reduccin

El concepto ms simple y antiguo de oxidacinse refiere a la toma de oxgeno por un elemento ocompuesto, como en la transformacin del Cu2Oen CuO o del FeO en Fe2O3. Actualmente seconsidera como el proceso que consiste en laprdida de uno o ms electrones por tomos oiones que se traduce por un aumento en lavalencia positiva de un elemento o radical. Deigual manera, en un principio se consider lareduccin como el proceso mediante el cual eloxgeno era eliminado de un compuesto.

Actualmente, se considera que la reduccin es unproceso que consiste en la ganancia de uno oms electrones por tomos o iones lo que

conduce a la disminucin de la valencia positiva(o aumento de la valencia negativa).

Estado de oxidacin

El estado de oxidacin es un concepto tilpara diagnosticar rpidamente la oxidacin oreduccin de tomos particulares en compuestos.El estado de oxidacin de un elemento es unnmero tal que, referido a ese elemento en uncompuesto determinado, indica el valor de laoxidacin o reduccin que se requiere paraconvertir un tomo de dicho elemento en su

estado libre, hasta el que se encuentra en elcompuesto.

Se aplican las siguientes reglas para ladeterminacin del estado de oxidacin:

(1) El estado de oxidacin de un elementolibre o no combinado es cero. Se escribe So, Bao,Cl2o, etc.

(2) El estado de oxidacin del hidrgenocombinado, con pocas excepciones es +1 (H+1oH+).

(3) El estado de oxidacin del oxgeno

combinado es normalmente -2 (O-2).

(4) El estado de oxidacin de un metalcombinado es comnmente positivo. Seencuentran excepciones en los elementosanfteros, p.e. SbH3.

(5) El estado de oxidacin de un radical o el deun ion es aquel de su electrovalencia.

(6) El estado de oxidacin de un compuestoneutro es siempre igual a cero y se determinasumando los nmeros de oxidacin de cadatomo multiplicado por el nmero de tomos quehay de dicho elemento en la molcula, en eseestado de oxidacin.

Consideremos algunas aplicaciones de dichasreglas:

a) - La transformacin de Cuo en CuO. Alpasar de Cuo a CuO, el cobre experimenta unaoxidacin de 2 unidades, por eso el nmero deoxidacin del cobre es +2. Aplicando la regla 6,puesto que el oxgeno es -2, el cobre en el CuOdebe ser +2. De otra forma:

Cux+ O-2 0X + (-2) 0

X +2

Luego, el estado de oxidacin del Cu en elCuO es +2.


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BALANCEO DE ECUACIONES DE OXIDACION-REDUCCION

Los fundamentos de la oxidacin-reduccin constituyen la base de dos mtodossistemticos sencillos para balancear lasecuaciones de este tipo. Si se conocen todos losproductos de la reaccin, el balanceo puedehacerse directamente ya sea por el mtodo delion-electrn o bien por el mtodo del estado deoxidacin. Este ultimo siendo de mayor facilidad,ser utilizado y explicado en lo subsecuente.

Mtodo del estado de oxidacin

1 - Escribir una ecuacin esquemtica queincluya aquellos reactivos y productos quecontienen los elementos que sufren cambios ensu estado de oxidacin. ej:

HNO3 + H2S = NO + S +H2O

2 - Calcular el estado de oxidacin de cadauno de los elementos en ambos lados de lareaccin:

H+1N+5O-2 + H2+1O-2 = N+2O-2 + So

+ H+1O-2

3 - Determinar el o los elementos que sufrieronvariaciones en su estado de oxidacindiferenciando aquel o aquellos oxidacin y aquelo aquellos que sufrieron reduccin.

En el ejemplo, los elementos que sufrieronvariacin en su estado de oxidacin son el N y elS. El N paso de +5 en el HNO3a +2 en el NO porlo que gano 3 electrones y luego se redujo,

mientras que el S pas de -2 en el H2S a So,luego perdi 2 electrones y por lo tanto se oxid.

4. - Se escribe un esquema de la igualacin delos electrones.

(1) N+5

+ 3e = N+2

(2) S-2 - 2e = So

5. - Multiplicar cada formula principal pornmeros que hagan que el nmero total deelectrones perdidos y ganados sean iguales. Estose produce multiplicando la ecuacin (1) por 2 yla ecuacin (2) por 3.

(1) 2N+5 + 6e = 2N+2

(2) 3S-2 - 6e = 3So

6. - Con los valores obtenidos se escribe laecuacin esquemtica parcialmente balanceada.

2HNO3 + 3H2S = 2NO + 3S + H2O

7. - Por simple inspeccin se completan loscoeficientes apropiados para el resto de laecuacin

Notemos que en el ejemplo los tomos de N yde S se encuentran balanceados, no as lostomos de oxigeno e hidrogeno. En la parte delos reactivos existen 8 tomos de hidrogenomientras que en los productos solo existen 2. Estopuede balancearse si se consideran 4 molculasde H2O en los productos.

2HNO3 + 3H2S = 2NO + 3S + 4H2O

Observemos que los tomos de oxgeno sehan balanceado automticamente; 6 del lado delos reactivos y 6 del lado de los productos.

8. - Comprobar la ecuacin final contando elnumero de tomos de cada elemento en ambosmiembros de la ecuacin.

Reactivos ProductosH = 2 + 6 = 8 H = 4 X 2

= 8N = 2 N = 2

O = 2 X 3 = 6 O = 2 + 4= 6S = 3 S = 3

Ejemplo 1:

Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccin:

KMnO4+ KCl + H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 +H2O + Cl2

1. - KMnO4+ KCl + H2SO4= MnSO4+ K2SO4+H2O + Cl2

2. -K+1Mn+7O4-2+ K+1Cl-1+ H2+1S+6O4-2=

Mn+2S+6O4-2+ K2+1S+6O4-2+ H2+1O-2+

Cl2o


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22

3. - Los elementos que sufrieron variacin ensu estado de oxidacin son el Mn y el Cl. El Mnpaso de +7 en el KMnO4a +2 en el MnSO4, porlo que gan 5 electrones, luego se redujo. El Cl

paso de -1 en el KCl a Cl2o, luego perdi 2electrones, entonces se oxid.

4. - (1) Mn+7 + 5e = Mn+2

(2) 2Cl-1 - 2e =

Cl2o

5. - (1) 2Mn+7 + 10e =

2Mn+2

(2) 10Cl-1 - 10e =

5Cl2o

6. - 2KMnO4+ 10KCl + H2SO4=2MnSO4+ K2SO4+ H2O + 5Cl2

7. - La ecuacin completa:

2KMnO4+ 10KCl + 8H2SO4=2MnSO4+ 6K2SO4+ 8H2O + 5Cl2

8. - Comprobacin

Reactivos ProductosK = 2 + 10 = 12 K = 12Mn = 2 Mn = 2

O = 8 + 32 = 40 O = 8 +24 + 8 = 40Cl = 10 Cl = 10H = 16 H = 16

Ejemplo 2:

Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccin :

K2Cr2O7+ HCl = KCl + CrCl3+ H2O + Cl2

1. - K2Cr

2O

7+ HCl = KCl + CrCl

3+ H

2O +

Cl2

2. - K2+1Cr2+6O7-2+ H+1Cl-1=

K+1Cl-1+ Cr+3Cl3-1+ H2+1O-2+ Cl2o

3. - Los elementos que sufrieron variacin enel estado de oxidacin son el Cr y el Cl. El Crpas de +6 en el K2Cr2O7a +3 en el CrCl3, por

lo que gan 3 electrones, luego se redujo. El cloro

pas de -1 en el HCl a Clo, por lo que perdi 1electrn, luego se oxid.

4. - (1) 2Cr+6 + 6e = 2Cr+3

(2) 2Cl-1 - 2e = Cl2o

5. - (1) 2Cr+6 + 6e = 2Cr+3

(2) 6Cl-1 - 6e = 3Cl2o

6. - K2Cr2O7+ 6HCl = KCl + 2CrCl3+ H2O +3Cl2

7. - La ecuacin completa

K2Cr2O7+ 14HCl = 2KCl + 2CrCl3+ 7H2O +3Cl2

8. - Comprobacin

Reactivos ProductosK = 2 K = 2Cr = 2 Cr = 2O = 7 O = 7H = 14 H = 14Cl = 14 Cl = 14

Ejemplo 3 :

Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-

reduccin:FeS2+ O2= Fe2O3+ SO2

1. - FeS2+ O2= Fe2O3+ SO2

2. - Fe+2S2-1+ O2o= Fe2+3O3-2+ S+4O2-

2

3. - Los elementos que sufren variacin en suestado de oxidacin son en este caso el Fe, el S y

el O. El Fe pas de Fe+2en el FeS2a Fe+3enel Fe

2O

3, por lo que perdi un electrn, luego se

oxid. El S pas de -1 en el FeS2a +4 en el SO2,por lo que perdi 5 electrones, luego tambin se

oxid. El O pas de O2oa O-2en el SO2y en elFe2O3, por lo que gan 2 electrones, luego seredujo.

4. - (1) 2Fe+2 - 2e = 2Fe+3

(2) 2S-1 - 10e = 2S+4


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23

(3) 2Oo + 4e = 2O-2

En este caso se consideran en una solaecuacin los elementos que se oxidaron y porotro lado los que se redujeron. Luego las dosecuaciones finales quedan:

(1) 2Fe+2 + 2S-1 - 12e =

2Fe+3 + 2S+4

(2) 2Oo + 4e = 2O-2

5. - (1) 8Fe+2 + 8S-1 - 48e = 8Fe+3

+ 8S+4

(2) 24Oo + 48e = 24O-2

6. - 8FeS2 + 12O2 = 4Fe2O3 +8SO2

Se balancean primero el Fe y el S y el oxgenose balancea al tanteo.

7. La ecuacin completa quedara:

8FeS2 + 22O2 = 4Fe2O3 +16SO2

La ecuacin puede ser dividida entre 2

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 +8SO2

8. - Comprobacin:

Reactivos ProductosFe = 4 Fe = 4S = 8 S = 8O = 22 O = 22

Ejemplo 4 :

Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccin

Zn + NaNO3 + NaOH = Na2ZnO2 +NH3 + H2O

1. - Zn + NaNO3 + NaOH = Na2ZnO2+ NH3 + H2O

2. - Zno + Na+1N+5O3-2 + Na+1O-

2H+1 =

Na2+1Zn+2O2-2 + N-3H3+1 + H2+1O-2

3. - Los elementos que cambiaron su estado

de oxidacin son el Zn y el N. El Zn pas de Zno

a Zn+2 en el Na2ZnO2, por lo que perdi 2electrones, luego se oxid. El N pas de +5 en elNaNO3 a -3 en el NH3, por lo que gan 8electrones, luego se redujo.

4. - (1) Zno - 2e = Zn+2

(2) N+5 + 8e = N-3

5. - (1) 4Zno - 8e = 4Zn+2

(2) N+5 + 8e = N-3

6. - 4Zn + NaNO3 + NaOH =4Na2ZnO2 + NH3 + H2O

7. - La ecuacin completa:

4Zn + NaNO3 + 7NaOH = 4Na2ZnO2+ NH3 + 2H2O

8. - Comprobacin:

Reactivos ProductosZn = 4 Zn = 4Na = 8 Na = 8N = 1 N = 1O = 10 O = 10H = 7 H = 7

Ejemplo 5:

Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccin

HgS + HCl + HNO3 = H2HgCl4 + NO+ S + H2O

1. - HgS + HCl + HNO3 = H2HgCl4 +NO + S + H2O

2. - Hg+2S-2 + H+1Cl-1 + H+1N+5O3-2=

H2+1Hg+2Cl4-1 + N+2O-2 + So +

H2+1O-2

3. - Los elementos que sufrieron variacin ensu estado de oxidacin son el N y el S. El N pasde +5 en el HNO3a +2 en el NO, por lo que gan


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3 electrones, por lo tanto se redujo. El S pas de -

2 en el HgS a Sopor lo que perdi 2 electrones,luego se oxid.

4. - (1) S-2 - 2e =

So

(2) N+5 + 3e = N+2

5. - (1) 3S-2 - 6e = 3So

(2) 2N+5 + 6e = 2N+2

6. - 3HgS + HCl + 2HNO3 =H2HgCl4 + 2NO + 3S + H2O

7. - 3HgS + 12HCl + 2HNO3 =3H2HgCl4 + 2NO + 3S + 4H2O

8. - Comprobacin:

Reactivos ProductosHg = 3 Hg = 3S = 3 S = 3Cl = 12 Cl = 12N = 2 N = 2H = 14 H = 14O = 6 O = 6

Ejercicios :

Balancear las siguientes ecuaciones de

oxidacin-reduccina. KMnO4 + HCl = KCl + MnCl2 + H2O+ Cl2

b. Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O +NO2

c. Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O +NO

d. CdS + I2 + HCl = CdCl2 + HI + S

e. CrI3 + KOH + Cl2 =K2CrO4 + KIO4 + KCl + H2O

f. CoCl2 + Na2O2 + NaOH + H2O =Co(OH)3 + NaCl

g. V(OH)4Cl + FeCl2 + HCl =

VOCl2 + FeCl3 + H2O

h. P2H4 = PH3 + P4H2

i. Ca3(PO4)2 + SiO2 + C = CaSiO3 +P4 + CO

j. KBr + H2SO4 = K2SO4 + Br2 +SO2 + H2O

4.2 CONCENTRACION DE SOLUCIONES

En una disolucin o solucin de una sustanciaen otra, la sustancia disuelta se denomina soluto.La sustancia en donde se disuelve el soluto sedenomina disolvente o simplemente solvente.Cuando la cantidad relativa de una sustancia en

una di-solucin es mucho mayor que la otra, lasustancia presente en mayor cantidad seconsidera como el solvente.

Existen dos formas principales de expresar lasconcentraciones: (i) en unidades fsicas; y, (ii) enunidades qumicas.

Concentraciones en unidades fsicas

Cuando se emplean unidades fsicas, lasconcentra-ciones de las soluciones se expresangeneralmente de la manera siguiente:

(1) En peso del soluto por unidad de volumende la disolucin.

Ej. 20 g de KCl por litro de solucin

(2) En porcentaje de composicin o sea elnmero de gramos de soluto en 100 g desolucin.

Ej. Una solucin acuosa de NaCl al 10%contiene 10 g de NaCl por 100 g de disolucin. 10g de NaCl se mezclan con 90 g de agua para

formar 100 g de solucin.

(3) En peso del soluto por peso del solvente.

Ej. 5.2 g de NaCl en 100 g de agua o 100 g deAg en una tonelada de material.

(4) En partes de soluto en un milln de partes.


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Ej. 10 partes de Zr en un milln de partes.

Ejemplos de concentraciones en unidadesfsicas.

a). - Explicar como se prepararan 60 ml deuna solucin acuosa de AgNO3de valor 0.030 gde AgNO3por ml.

Cada ml debe contener 0.030 g de AgNO3

1 ml -------- 0.030 g de AgNO3luego;60 ml -------- X

Resolviendo

X = (60 ml x 0.030 gr) / 1 ml = (60 x 0.030) gr /1 = 1.8 g.

Para preparar 60 ml de AgNO3de valor 0.030g de AgNO3por ml, se disuelven 1.8 g de AgNO3en unos 50 ml de agua. A continuacin se aadeagua suficiente para obtener exactamente elvolumen de 60 ml. Agitar cuidadosamente paraasegurar su uniformidad.

b). - Cuantos gramos de disolucin al 5 % deNaCl se necesitan para tener 3.2 g de NaCl ?

Una disolucin al 5 % de NaCl contiene 5 g deNaCl en 100 g de solucin

5 g de NaCl --------------- 100 g de solucin-luego;

3.2 g de NaCl --------------- X

Resolviendo

X = (3.2 g x 100 g) / 5 g = 64 g

Por lo tanto se necesitarn 64 g de disolucinde NaCl al 5 % para tener 3.2 g de NaCl.

c). - Cuanto NaNO3 debe pesarse parapreparar 50 ml de una disolucin acuosa que

contenga 70 mg de Na+por litro ?

La disolucin debe contener 70 mg de Na+porlitro

70 mg de Na+ ----------------- 1000 mlluego;

X ----------------- 50 ml

Resolviendo

X = (50 ml x 70 mg) / 1000 ml = 3.5 mg

En 50 ml de solucin debe haber 3.5 mg de

Na+. Por otro lado, el peso molecular del NaNO3es 84.9968 g o 84996.8 mg; luego en 84996.8 mgde NaNO3 existen 22.9899 g o 22989.9 mg de

Na+.

84996.8 mg de NaNO3---------- 22989.9 mg de

Na+luego;

X ----------- 3.5 mg

Resolviendo

X = (93.5 mg x 84996.8 mg) / 22989.9 mg =12.94 mg

Por lo tanto, para preparar 50 ml de unasolucin acuosa de NaNO3que contenga 70 mg

de Na+ por litro, debe pesarse 12.94 mg deNaNO3.

d). - Calcular el peso de Al2(SO4)3.18H2Onecesario para preparar 50 ml de una disolucin

acuosa de concentracin 40 mg de Al+3por ml.

La solucin debe contener 40 mg de Al+3porml

40 mg de Al+3 ------------ 1 mlluego

X ------------ 50 ml

Resolviendo

X = (50 ml x 40 mg) / 1 ml = 2000 mg

50 ml de solucin de concentracin 40 mg de

Al+3por ml contiene 2000 mg de Al+3. Por otrolado. el peso molecular del Al2(SO4)3.18H2O es666.443 g 666443.0 mg. En 666443.0 mg de

Al2(SO4)3.18H2O existen 53963.0 mg de Al+3.

666443.0 mg de sal ------------ 53963.0 mg de

Al+3X ------------ 2000.0 mg


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Resolviendo

X = (666443.0 mg x 2000.0 mg) / 53963.0 mg= 24699.998 mg 24.70 g.

Para preparar 50 ml de una disolucin deAl2(SO4)3 .18H2O que contenga una

concentracin de 40 mg de Al+3 por ml serequiere pesar 24.70 g de Al2(SO4)3.18H2O.

e). - Describir como se prepararan 50 gr deuna solucin de BaCl2al 12 % partiendo de aguapura y BaCl2.2H2O

La solucin debe contener 12 gr de BaCl2en100 gr de solucin

12 g de BaCl2 -------------- 100 g de solucin

luego;X -------------- 50 g

Resolviendo

X = (50 g x 12 g) / 100 g = 6 g

50 g de solucin de BaCl2 al 12 % en pesodebe contener 6 gr de BaCl2. Por otro lado, elpeso molecular del BaCl2 .2H2O es igual a244.278 g. Un mol de BaCl2.2H2O pesa 244.243g de los cuales 208.246 g son de BaCl2y 36.032g son de agua. Luego;

244.278 g de BaCl2.2H2O ------------ 208.246 gde BaCl2

X ------------ 6 g

Resolviendo

X = (6 g x 244.278 g) / 208.246 g = 7.038 g

De los 7.038 g de BaCl2.2H2O requeridos, 6 gson de BaCl2y 1.038 g son de agua. Luego, parapreparar 50 g de una solucin de BaCl2al 12 %

en peso partiendo de agua pura y BaCl2.2H2O serequiere pesar 7.038 g de BaCl2.2H2O ymezclarla con 42.962 g de agua pura.

f). - Calcular el peso del HCl anhidro en 5 mlde HCl concentrado de peso especfico 1.19 g/mly que contiene HCl al 37.23 %.

Un ml de HCl concentrado pesa 1.19 g.

1 ml HCl conc. ----------- 1.19 gluego;5 ml ----------- X

Resolviendo

X = (5 ml x 1.19 g) / 1 ml = 5.95 g

Si el HCl concentrado estuviera al 100 %, 5 mlde HCl concentrado pesaran 5.95 g; pero el cidoest solo al 37.23 % en peso, por lo tanto;

5.95 g -------- 100 %luego;

X ------- 37.23 %

Resolviendo

X = (37.23 % x 5.95 g) / 100 % = 2.22 g

As, 5 ml de HCl concentrado al 37.23 % enpeso pesan 2.22 g.

g) - Calcular el volumen de cido sulfricoconcentrado de peso especfico 1.84 g/ml yconcentrado al 98 % en peso que contendrn 40gr de H2SO4puro.

100 g de H2SO4concentrado contiene 98 g deH2SO4puro y 2 gr de agua.

100 g de H2SO4conc.-------- 98 g de H2SO4

puroluego;X -------- 40 g

Resolviendo

X = (40 g x 100 g) / 98 g = 40.82 g

Con 40 g de H2SO4puro se pueden preparar40.82 g de H2SO4concentrado al 98 % en peso.Por otro lado, 1 ml de H2SO4concentrado pesa1.84 g.

1 ml de H2SO4conc. ---------------- 1.84 gX ---------------- 40.82 g

Resolviendo

X = (40.82 g x 1 ml) / 1.84 g = 22.18 ml


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27

Con 40 gr de H2SO4puro se pueden preparar22.18 ml de H2SO4concentrado al 98 % en pesoy de peso especfico 1.84 g/ml.

h). - Exactamente 4.0 g de una solucin de

H2SO4 se diluyeron en agua y se aadi unexceso de BaCl2. El precipitado de BaSO4lavado y seco pesaba 4.08 g. Hallar el porcentajede H2SO4en la solucin original.

Primero se debe conocer lar proporcionesmoleculares de los reactivos y de los productos.

H2SO4+ BaCl2= BaSO4+ 2HCl

Segn la reaccin, un mol de H2SO4reacciona con un mol de BaCl2para producir unmol de BaSO4y dos moles de HCl. As, si un mol

de H2SO4 produjo un mol de BaSO4, se puedeestablecer la relacin siguiente:

98.08 g de H2SO4 -------------- 233.404 g deBaSO4

donde 98.08 g y 233.404 g representan los pesosmoleculares del H2SO4 y del BaSO4respectivamente. Escrito de otra forma:

96.064 g de SO4-- -------------- 96.064 g

de SO4--

en el cido en el sulfato

Si el peso final del BaSO4 fue de 4.08 g,

podemos calcular el peso del ion SO4-- en elproducto.

233.404 g de BaSO4 ---------------- 96.064 g

de SO4--4.08 g ---------------- X

Resolviendo

X = (4.08 g x 96.064 g) / 233.404 g = 1.68 g

De los 4.08 g de BaSO4, 1.68 g son de SO4--.Puesto que la proporcin de SO4--en el H2SO4yen el BaSO4 es 1:1, luego en el cido existan

1.68 g de SO4--. Podemos ahora calcular el pesodel cido que entr en la reaccin de la manerasiguiente:

98.08 g de H2SO4 ------------- 96.06 g de

SO4--X ------------- 1.68 g

Resolviendo

X = (1.68 g x 98.08 g) / 96.06 g = 1.72 gEsto nos indica que 1.72 g de H2SO4 puro

estn contenidos en 4 g de H2SO4diluido. luego;

1.72 g de H2SO4 ------------ 100 %luego;

4 g ------------ X

Esta regla de tres es inversa puesto que siaumenta la cantidad de cido diluido que contiene1.72 g de H2SO4puro la concentracin debe sermenor al 100 %, luego resolviendo

X = (1.72 g x 100 %) / 4 g = 43 %

La concentracin inicial de H2SO4era 43%.

Ejercicios

a). - Que peso de NH4Cl se necesita parapreparar 100 ml de una disolucin que contenga70 mg de NH4Cl por ml ? Sol: 7.0 g

b). - Se necesita preparar 100 g de unadisolucin de NaOH al 19.7 % en peso. Cuantos

gramos de NaOH y H2O se necesitarn ? Sol: 19.79 g de NaOH ; 80.3 g de H2O

c). - Cuantos gramos de Na2CO3 senecesitarn para preparar 500 ml de una solucin

que contenga 10 mg de CO3--por ml ?Sol: 8.83 g

d). - Que volumen de cido ntrico diluido depeso especfico 1.11 g/ml y con 19 % de HNO3en peso contiene 10 g de HNO3puro.

Sol: 47 ml

e). - Se pasa gas amoniaco a travs de aguapara dar una disolucin de peso especfico 0.93g/ml conteniendo 18.6 % en peso de NH3. Cuales el peso de NH3por ml de disolucin ?

Sol: 173 mg/ml

f). - Dados 100 ml de agua pura a 4oC quevolumen puede prepararse de una disolucin deHCl de peso especfico 1.175 g/ml y conteniendo


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34.4 % de HCl en peso ?Sol: 130 ml

g). - Un preparado excelente para limpiarmanchas en tejidos o cueros se compone de 80% en volumen de tetracloruro de carbo-no, 16 %de ligroina y 4 % de alcohol amlico. Cuanto sehabr de tomar de cada sustancia para obtener75 cc de disolucin ? Sol: 60cc; 12cc; 3cc.

h). - Cuanto CaCl2.6H2O y agua debenpesarse para preparar 100 g de una disolucin al5 % de CaCl2?

Sol: 9.9 g de CaCl2.6H2O y 90.1 g de H2O

i). - Cuanto BaCl2 se necesitar parapreparar 250 ml de una disolucin que contenga

la misma concentracin de Cl- que otra quecontenga 3.78 g de NaCl por 100 ml ?

Sol: 16.8 g de BaCl2.

Concentraciones en unidades qumicas

Cuando se emplean unidades qumicas, lasconcentraciones de las soluciones se expresangeneralmente de la manera siguiente:

(1) La Molaridad de una disolucin es elnmero de moles de soluto contenidos en unasolucin.

Ej. Una solucin 0.5 Molar (0.5M) de H2SO4contiene 49.04 g de H2SO4por litro de solucin,puesto que 49.04 g es la mitad del pesomolecular del H2SO4, 98.08 g. Una solucin 1Molar (M) contiene 98.08 g de H2SO4por litro desolucin.

(2) La formalidad de una solucin es elnmero de pesos frmula-gramo del solutocontenido en un litro de disolucin. Para solutosque tienen pesos moleculares definidos, lamolaridad y la formalidad son lo mismo. As pues,una disolucin M de H2SO4 es igual que unasolucin 1 Formal (F), puesto que el pesomolecular del H2SO4 es el mismo que su pesoformular, 98.08 g. Para solutos que no tienenpesos moleculares verdaderos, como las sales ehidrxidos, no es estrictamente correcto referirsea moles, pero puede hacerse uso del pesofrmula-gramo. Es comn, sin embargo, quemuchos qumicos empleen todava el pesomolecular para el peso formular de dichas

sustancias, "Mol" por peso frmula-gramo y"Molaridad" por formalidad.

Ej. Una solucin 1 Formal (F) de NaOHcontiene 40.00 gr de NaOH por litro de solucin,puesto que el peso formular del NaOH es 40.00.Los qumicos que hablan de una solucin M deNaOH se refieren a lo que aqu denominamosuna solucin F.

(3) La Normalidad de una disolucin es elnmero de pesos equivalente-gramo de solutocontenido en un litro de disolucin. Elequivalente-gramo se define simplemente comola masa de la sustancia que reacciona con 1.008g de hidrgeno o 8 g de oxgeno.

El equivalente-gramo de un cido es la masadel mismo que contiene un tomo-gramo dehidrgeno reemplazable, es decir, 1.008 g de H.La forma ms simple de calcular el equivalente-

gramo de un cido consiste en dividir el pesomolecular del cido en cuestin entre el nmerode hidrgenos en el cido.

Ejemplo 1. Un equivalente-gramo de HClequivale a:

35.453 + 1.008 = (36.461) / 1 = 36.461 g.

Ejemplo 2. Un equivalente-gramo de H2SO4equivale a:

(2 X 1.008) + 32.064 + (4 X 16.00) =(98.08) / 2 = 49.04 g

Ejemplo 3. Un equivalente-gramo de H3PO4equivale a:

(3 X 1.008) + 30.974 + (4 X 16.00) =(103.998) / 3 = 34.666 g.

As, una solucin 1 Normal (N) de HClcontiene 36.461 g de HCl por litro de solucin.Una solucin 1 Normal (N) de H2SO4 contiene49.04 g de H2SO4 por litro de solucin.Finalmente una solucin 1 Normal (N) de H3PO4contiene 34.666 g de H3PO4por litro de solucin.

El equivalente-gramo de un hidrxido o basees la masa de la misma que contiene un mol deoxhidrilo reemplazable. La forma ms simple decalcular el equivalente-gramo de los hidrxidosconsiste en dividir el peso molecular delcompuesto entre el nmero de iones oxhidrilo(OH) presentes.


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Ejemplo 1. Un equivalente-gramo de NaOHequivale a:

23.9898 + 16 + 1.008 = 40.9978 / 1 = 40.9978g.

Luego una solucin N de NaOH contiene40.9978 g de NaOH por litro de solucin.

Ejemplo 2. Un equivalente-gramo de Ca(OH)2equivale a:

40.08 + [(16.00 + 1.008) X 2] = 74.096 / 2 =37.048 g

Entonces una solucin N de Ca(OH)2contiene37.048 g de Ca(OH)2por litro de solucin.

Ejemplo 3. Un equivalente gramo de Sn(OH)4equivale a:

108.69 + [(16.00 + 1.008) X 4] = 176.722/4 =44.1805 g.

Por lo tanto una solucin N de Sn(OH)4contiene 44.1805 g de Sn(OH)4 por litro desolucin.

El equivalente-gramo de una sal normal es lamasa que contiene un equivalente-gramo delcatin o anin. La forma ms simple de calcular

el equivalente-gramo de una sal consiste endividir el peso molecular de la sal entre elproducto de la valencia del catin o elementometlico por el nmero de tomos presente.

Ejemplo 1. Un equivalente-gramo de KClequivale a:

39.102 + 35.453 = (74.555) / 1 = 74.555 g.

Luego una solucin N de KCl contiene 74.555g de KCl por litro de solucin.

Ejemplo 2. Un equivalente-gramo de Na2SO

4

equivale a:

(2 X 23.00) + 32.064 + (4 X 16.00) = (142.064)/2 =71.032 g

Entonces una solucin N de Na2SO4contiene71.032 g de Na2SO4por litro de solucin.

Ejemplo 3. Un equivalente-gramo de AlCl3equivale a:

26.9815 + (3 X 35.453) = 133. 3405 / 3 =44.447 g.

Por lo tanto una solucin N de AlCl3 contiene

44.447 g de AlCl3por litro de solucin.

(4) La Molalidad de una disolucin es elnmero de moles de soluto por kilogramo dedisolvente contenido en la di-solucin. Lamolalidad (m), llamada a veces molaridad enpeso, no puede calcularse a partir de lanormalidad (N) de la molaridad (M) a no ser quese conozca el peso especfico de la disolucin.

Ejemplo 1. Una disolucin constituida por98.08 gr de H2SO4 puro y 1.00 kg de agua

deber ser una disolucin 1 molal (m) de H2SO4.

(5) Las fracciones molares o los porcentajesmolares se utilizan en trabajos tericos porquemuchas pro-piedades fsicas de las disolucionesse expresan con mayor claridad en funcin de losnmeros relativos de las molculas del disolventey del soluto.

La fraccin molar de cualquier compuestode una solucin se define como el nmero demoles de este componente dividido por el nmerototal de moles de todos los componentes de ladisolucin. La suma de las fracciones molares de

todos los componentes de una disolucin es 1. Enuna disolucin de 2 componentes, la fraccinmolar del soluto es igual a:

moles de soluto / (moles de soluto + moles dedisolvente)

Anlogamente la fraccin molar del disolvente esigual a:

moles de disolvente / (moles de soluto + moles dedisolvente)

Ejemplo. Si una solucin contiene 2 moles dealcohol etlico y 6 moles de agua, la fraccinmolar del alcohol es:

XCOOH = 2 / (2 + 6) = 0.25

y la fraccin molar del agua es:

XH2O= 6 / (2 + 6) = 0.75


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Ejemplos de concentraciones en unidadesqumicas.

a) - Cuntos gramos de soluto se necesitanpara preparar 1 litro de Pb (NO3)21M ?

Una solucin 1M debe contener 1 mol desoluto por litro de solucin. Puesto que 1 mol dePb(NO3)2= 331.2 g, se necesitan, luego, 331.2 gde Pb(NO3)2para preparar una solucin 1M.

b) - Cul es la molaridad de una disolucinque contiene 16.0 g de CH3OH en 200 ml desolucin?

El peso formular del CH3OH = 32.0 g

Luego; 32 g ----------------- 1 mol

16 g -------------- XResolviendo

X = (16 g x 1 mol) / 32 g = 0.5 moles

Aplicando la frmula

M = N de moles / litros

M = (0.5 moles) / 0.200 l

M = 2.50 M

c) - Determinar la concentracin molar de cadauna de las disoluciones siguientes: (i) 18 g de

AgNO3 por litro de disolucin; (ii) 12 g deAlCl3.6H2O por litro de disolucin.

El peso molecular del AgNO3 = 169.875 g ydel AlCl3.6H2O = 241.341 g.

(i) 1 mol de AgNO3 ------------------- 169.875 g

X ------------------- 18g

Resolviendo

X = (18 g) (1 mol) / 169.875 g = 0.106moles

Aplicando la frmula

M = 0.106 moles / 1 l = 0.106 M

(ii) 1 mol de AlCl3.6H2O -------------- 241.341 g

X -------------- 12 g

Resolviendo

X = (12 g) (1 mol) / 241.341 g = 0.05

Aplicando la frmula

M = 0.05 moles / 1 l = 0.05 M

d) - Que peso de (NH4)2SO4 se necesitapara preparar 400 ml de disolucin M/4 ?

El peso molecular del (NH4)2SO4 =132.1 g

0.25 M / 0.400 l = N de moles

N de moles = 0.1 moles

1 mol de (NH4)2SO4 -------------- 132.1 g

0.1 moles -------------- X

Resolviendo

X = (0.1 moles ) (132.1 g) / 1 mol = 13.21 g

química para geólogos

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