Química 1

Química
Unidad 1

Mezclas

¿Por qué el agua se contamina tan fácilmente? 

El agua tiene propiedades que la hacen muy especial, entre otras, la de disolver una gran cantidad de sustancias produciendo mezclas homogéneas, por lo que también es conocida como El disolvente universal.El agua también se contamina por sustancias que no puede disolver, por lo que se forman mezclas heterogéneas.

Las mezclas como materia formada por dos o más sustancias diferentes que conservan su individualidad y se encuentran en proporción variable. Esto a través de la observación de sus diferencias y características que te permitan clasificarlas en homogéneas (disoluciones) o heterogéneas.

Definición de las mezclas

Una mezcla es la asociación de dos o más sustancias, no puede ser representada por una fórmula química ya que  cada una de ellas conserva sus propiedades químicas.

Las mezclas se dan entre las diferentes combinaciones posibles de los estados o fases: sólido, líquido y gas, como puedes observar en la siguiente tabla:

Clasificación de las mezclas

Las sustancias se pueden asociar en función de las fuerzas que las mantienen unidas físicamente, a estas fuerzas las llamaremos fuerzas intermoleculares.

Si las fuerzas intermoleculares entre A-B son mayores, menores o aproximadamente iguales a las de A-A y B-B, se producirá una mezcla homogénea.

En el caso de que las fuerzas intermoleculares A-B sean mucho menores a las de A-A y B-B, se producirá una mezcla heterogénea. Por tanto, podemos clasificar a las mezclas en homogéneas y heterogéneas.

Características

La relación entre los componentes que constituyen las mezclas es variable, es decir, no siguen la ley de las proporciones fijas o ley de Proust.

• Cuando hacemos una mezcla, la energía interacciona con la materia sustancial para asociar dos o más sustancias sin que se altere su identidad como componentes individuales. Sin embargo, la mezcla como un todo tiene propiedades físicas que difieren de los materiales que la componen. 
• Si las mezclas presentan heterogeneidad y si son sólidas, sus constituyentes pueden apreciarse fácilmente.
• Las mezclas pueden ser gases, líquidos, sólidos, o una combinación de los mismos (gas-gas, gas-líquido, gas-sólido, líquido-gas, líquido-líquido, líquido-sólido, sólido-gas, sólido-líquido y sólido-sólido).
• Los componentes de una mezcla no reaccionan entre sí, pero lo pueden hacer en ciertas condiciones.

Mezclas homogéneas

Si las fuerzas intermoleculares entre moléculas desiguales A-B son aproximadamente iguales a las que actúan entre moléculas iguales (A-A y B-B) se producirá una mezcla homogénea o también llamada disolución.

Por las características antes mencionadas también es llamada disolución ideal, porque sus propiedades son predecibles a partir de las propiedades de los componentes puros de dicha disolución.

Si las fuerzas intermoleculares entre moléculas desiguales A-B son mayores a las que actúan entre moléculas iguales (A-A y B-B), también se producirá una disolución. Sin embargo, las propiedades de este tipo de disoluciones no son predecibles con facilidad a partir de las propiedades de los componentes puros de dicha disolución. Estas disoluciones son no ideales.

Si las fuerzas intermoleculares entre moléculas desiguales A-B son menores a las que actúan entre moléculas iguales (A-A y B-B), puede haber una disolución, pero las moléculas de igual tipo tenderán a formar conglomerados. Estas disoluciones también son no ideales.

Una mezcla homogénea es una asociación de sustancias que no puede ser representada por una fórmula química y cada sustancia conserva sus propiedades químicas. Su composición es totalmente uniforme es decir si tomamos una muestra de cualquier parte de la mezcla, ésta tendrá la misma composición que el resto de la mezcla. También su apariencia es totalmente uniforme pues se trata de una sola fase, esto se refiere a que se encuentra sólo en un estado sustancial ya sea sólido, líquido o gas. Los componentes de estas mezclas pueden separarse por métodos físicos.

Hay tres tipos de mezclas homogéneas: las disoluciones, los coloides y las suspensiones.

Mezclas homogéneas: Disoluciones

El tamaño de las partículas de los componentes de estas mezclas son menores a un nanómetro. El componente de la disolución que está presente en mayor cantidad se denomina disolvente, y al otro u otros componentes que se encuentren en menor proporción se les denomina solutos. Tanto el soluto como el disolvente pueden ser sólidos, líquidos o gases.

• Disoluciones en estado gaseoso: De este tipo, la disolución más común para nosotros es el aire, que es una disolución gaseosa de nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y otros gases como: bióxido de carbono, argón, kriptón y vapor de agua en menor proporción. Es importante aclarar que no hay disoluciones de un soluto sólido en un disolvente gaseoso
• Disolución en estado líquido: Se les denomina disoluciones acuosas. Por ejemplo, las bebidas carbonatadas contienen dióxido de carbono gaseoso disuelto en agua. 
• Disoluciones en estado sólido: En  este tipo de disoluciones, el disolvente y el soluto son sustancias sólidas. Cuando se dan entre elementos metálicos se llaman aleaciones. Las aleaciones se producen combinando los elementos que las componen en estado fundido seguido de enfriamiento, alear cambia las propiedades físicas y la resistencia a la corrosión, calor, entre otras propiedades del material.
  Muchos sólidos presentan en su estructura redes cristalinas y en los metales, cuando se produce una aleación de sustitución, los átomos del soluto ocupan posiciones en la red del metal disolvente. Para mantener la estructura original de la red del metal base, los átomos de ambos componentes deben ser de tamaño similar.
  Cuando la estructura del metal disolvente presenta una red con empaquetamiento compacto se produce una aleación intersticial, pues contiene huecos llamados intersticiales de forma tetraédrica y octaédrica en donde se pueden acomodar átomos considerablemente pequeños.

Tipos de disoluciones

Mezclas homogéneas: coloides

Los coloides son mezclas que se dan a escala microscópica, en donde las partículas de una o más sustancias se dispersan (fase dispersa) en otra sustancia llamada medio dispersor o fase dispersante. Las partículas de la fase dispersa son suficientemente grandes como para dispersar la luz (este efecto óptico se conoce como Efecto Tyndall), pero demasiado pequeñas como para precipitar. Por tanto, una forma de distinguir una disolución de un coloide es mediante el Efecto Tyndall.

Thomas Graham (1805-1869) propuso la palabra coloide, proveniente de la raíz griega kolas que significa “que puede pegarse”, para distinguir a este tipo de soluciones de las suspensiones y las disoluciones. Estas tres soluciones se diferencian entre sí  por el tamaño de sus partículas; en  las disoluciones las partículas tienen un tamaño inferior a un nanómetro de diámetro, mientras que las partículas de los coloides tienen un diámetro entre 1nm y un micrómetro de diámetro. Por último, las partículas de las suspensiones tienen un tamaño mayor a 1µm de diámetro.

Tipos de coloides

De la tabla anterior podemos destacar que, aunque las partículas de un gas puedan tener el tamaño de las de un coloide, al mezclarse con otro gas no pueden considerarse como coloide pues no hay coloides “gaseoso-gaseoso”, todas las mezclas gaseoso - gaseoso forman una disolución.

Mezclas homogéneas: Suspensiones

Las suspensiones son mezclas homogéneas  que se dan a escala macroscópica, es decir, las partículas son tan grandes que se ven a simple vista. En estas mezclas la fase dispersa permanece suspendida en la fase dispersora, pero sólo por un tiempo determinado, pues finalmente sedimenta dependiendo del tamaño de partícula y de la diferencia entre las densidades de las sustancias dispersa y dispersora.

Algunas características son:

Mezclas heterogéneas

Una mezcla heterogénea es una asociación de sustancias que no puede ser representada por una fórmula química y cada sustancia conserva sus propiedades químicas. Su composición no es uniforme,  es decir, si tomamos una muestra de cualquier parte de la mezcla, ésta no tendrá la misma composición que otra muestra tomada en una zona diferente de la mezcla. Su apariencia no es uniforme pues se trata de diversas fases,  los componentes pueden ser diferenciados con facilidad pues permanecen físicamente separados. Los componentes de estas mezclas pueden separarse por métodos físicos.

Métodos de separación

Otra característica de las mezclas es la posibilidad de separar sus componentes sin que pierdan sus propiedades originales, incluso, tales propiedades son las que pueden determinar el método de separación, éste puede ser por la acción de disolventes adecuados o por simples medios mecánicos o físicos.

• Decantación: Una mezcla formada por un líquido de uno o varios sólidos no solubles en el líquido y que además dichos sólidos tienen mayor densidad que el líquido mencionado, se puede separar por decantación. Aquí las propiedades aprovechadas son la densidad y la solubilidad
• Filtración: Una mezcla que tiene un componente líquido y otro que es un sólido  no soluble en dicho líquido, se puede separar por filtración. Aquí la propiedad aprovechada es la solubilidad.
• Destilación: Una mezcla que tiene dos componentes en estado líquido y estos tienen diferentes puntos de ebullición, se pueden separar por destilación. Aquí la propiedad aprovechada es el punto de ebullición.
• Evaporación: Una mezcla que tiene dos componentes, un sólido disuelto en un líquido, se puede separar por evaporación del líquido. Aquí la propiedad aprovechada es el punto de ebullición del líquido.
• Imantación: Consiste en separar un material magnético de otros que no lo son.
• Centrifugación: Consiste en separar sustancias que tienen diferente densidad.

Unidad 2

Oxígeno sobre alimentos

Reacciones de oxígeno

El oxígeno es el elemento más abundante en el planeta Tierra, constituye aproximadamente el 50% en masa de la corteza terrestre y forma el 21% en volumen de la atmósfera; es componente activo del aire, se encuentra presente en el agua y como óxidos con otros elementos. Reacciona tanto con metales como con no metales y, entre los no metales es el segundo en reactividad química, después del flúor.

Existen dos alótropos del oxígeno, el más común es la molécula diatómica O2, el otro es el ozono que es una molécula triatómica, O3.

Todo cambio químico puede ser descrito a través de una ecuación que nos muestra las transformaciones  que ocurren cuando interactúan dos o más sustancias entre sí. De esta forma podemos describir las variaciones que se realizan cuando se oxidan los elementos no metálicos en presencia de oxígeno y con el auxilio de la energía calorífica.

Elemplo de no metales:Se puede tomar como ejemplo el carbono, cuando éste es sometido a la reacción de oxidación en la flama, se lleva a cabo su combustión y se desprende un gas llamado monóxido de carbono, en el caso de su valencia de menor valor; en la otra posibilidad cuando la valencia de intercambio del carbono es la mayor, forma el dióxido de carbono. En ambas reacciones hay desprendimiento de energía, el producto de estas reacciones son óxidos no metálicos.

Ejemplo de metales:Un ejemplo de las reacciones del oxígeno con un metal, es la que ocurre con el magnesio al someterlo a la reacción de oxidación en una flama, pues desprende una intensa luz blanca y se convierte en un sólido blanco muy frágil; el producto de esta reacción es un óxido metálico llamado óxido de magnesio.

Ejercicio 1

►Combina los siguientes elementos metálicos con el oxígeno: Co, Ca, K, Al, Cu.

►Consulta la tabla periódica para observar su valencia (recuerda que algunos de los elementos tienen dos
valencias, elige una) y de acuerdo a su valor combínala para obtener la fórmula del óxido correspondiente.

Oxígeno combinado con

Fórmula

Nombre

Ca

CaO

Óxido de calcio

Co3+

Co2O3

Óxido de cobalto (III)

K

K2O

Óxido de potasio

Al

Al2O3

Óxido de aluminio

Cu1+, 2+

Cu2O
CuO

Óxido de cobre (I)
Óxido de cobre (II)

 Reacciones de óxido con agua

Después de la formación de los óxidos correspondientes tanto metálicos como no metálicos, es factible combinarlos con agua para formar nuevos compuestos. En el caso de los óxidos metálicos cuando interactúan con agua forman hidróxidos. Retomando el ejemplo del magnesio, se observa lo siguiente.

El óxido de magnesio en presencia de agua forma el hidróxido de magnesio.

Los óxidos no metálicos en presencia de agua forman ácidos del tipo oxiácido.

Por ejemplo en el dióxido de carbono o anhídrido carbónico al reaccionar con agua, produce una molécula de ácido carbónico.

Observa que sólo se suman la cantidad de elementos que intervienen en la síntesis de los ácidos, empezando por la calidad ácido representado por los hidrógenos, después el no metal y finalmente la cantidad de oxígenos que intervienen en la esquematización simbólica de la reacción para formar ácidos.

Ejercicio 2

►Entrecruza las valencias y arrastra la opción correcta al lugar que corresponde.

►Una vez que hayas terminado de arrastrar las valencias, podrás consultar la retroalimentación que aparecerá de forma automática. 

Reglas de nomenclatura

La nomenclatura química es un conjunto de reglas que se aplican para nombrar y representar con símbolos y fórmulas a los elementos y compuestos químicos. Actualmente se aceptan tres sistemas de nomenclatura donde se agrupan y nombran a los compuestos inorgánicos:

Sistema de nomenclatura estequimétrico ó sistemático de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, (IUPAC):En Óxidos Metálicos (Determina que estos compuestos se nombran a partir de la cantidad de elementos que los constituyen) por ejemplo: "NiO se nombra Monóxido de níquel y el Ni2O3 Trióxido de diníquel"

Sistema de nomenclatura funcional, clásico ó tradicional: En Óxidos Metálicos (Estos mismos compuestos se pueden nombrar con la palabra genérica óxido seguida del nombre del metal con el sufijo oso para el valor menor de la valencia y con el sufijo ico cuando el valor de su valencia es mayor) Ejemplo: 

Sistema de nomenclatura Stock: En Óxidos metálicos (Se nombra con la palabra genérica óxido seguido de la preposición de enseguida el nombre del metal con el que se combinó.Cuando el metal presenta más de una valencia se nombran con la palabra genérica óxido seguida de la preposición de y después el nombre del metal, escribiendo entre paréntesis con número romano el valor de la valencia) Ejemplo: 

Ejercicio 3

► A continuación se presentan dos ejercicios, en cada uno de ellos aparece una tabla en la que hay diversos compuestos con su respectiva nomenclatura de acuerdo a las reglas revisadas: nomenclatura stock, nomenclatura clásica y nomenclatura de IUPAC. Debes seleccionar de la lista aquellas que completen los espacios vacíos y arrastrarlas a donde correspondan. (Se llevaron acabo unas tablas que contenían fórmulas y se tenía que registrar lo que dice en la instrucción)*

Balanceo

El balanceo consiste en igualar el número de átomos de cada elemento tanto en los reactivos como en los productos, y sirve para verificar la Ley de la Conservación de la Materia.

Para escribir y balancear una ecuación química de manera correcta, es necesario tener las siguientes recomendaciones:

• Revisar que la ecuación química esté completa y correctamente escrita.
• Observar si se encuentra balanceada.
• Balancear primero los metales, los no metales y al final el oxígeno y el hidrógeno presentes en la ecuación química.
• Escribir los números requeridos como coeficiente al inicio de cada compuesto.
• Contar el número de átomos multiplicando el coeficiente con los respectivos subíndices de las fórmulas y sumar los átomos que estén de un mismo lado de la ecuación.

Algún ejemplo de éste es:

1.-Contar el número de elementos existentes en dicha ecuación de lado de los reactivos y del lado de los productos, empezando por: metales, no metales, dejando para el final al oxígeno e hidrógeno (en caso de que la ecuación los contenga).

2.-Al hacer el conteo de cada lado, se recomienda indicar con coeficientes la igualación de la cantidad de átomos de los elementos que intervienen en la representación de una reacción química, por ejemplo:

3.-Se aprecia la presencia de un aluminio de lado de los reactivos y dos del lado de los productos, por lo que es necesario colocar un coeficiente de dos en el aluminio del lado de los reactivos para igualar la cantidad del metal aluminio en ambos lados de la ecuación.

4.-A continuación contar el no metal, oxígeno de ambos lados de la ecuación, por inspección se observa que del lado de los reactivos se requiere un coeficiente tres y de dos en el compuesto óxido de aluminio con el fin de igualar la cantidad de oxígenos tanto de reactivo como de producto.

5.-Se contabiliza nuevamente el aluminio, observando que se alteró en cantidad de átomos de este elemento, por lo que ahora es necesario tener cuatro aluminios del lado de los reactivos en lugar de dos, con el fin de equilibrar la cantidad de átomos del elemento aluminio en reactivos y en productos.

6.-Para comprobar la igualdad de la cantidad de átomos de los elementos que intervienen en la representación de la reacción química, se recomienda volver a contar la cantidad de cada uno de ellos.

Balanceo de un fenómeno de neutralización

A continuación analizaremos el balanceo de una ecuación química un poco más compleja, en este caso una que representa un fenómeno de neutralización, es decir, reacciona un ácido y una base, para formar una sal y agua.

• Observar que la ecuación química esté completa y bien escrita.
• Contar el número de elementos existentes en dicha ecuación del lado de los reactivos y después los correspondientes a los productos, empezando por: metales, no metales, dejando para el final al oxígeno e hidrógeno.
• Al hacer el conteo de cada lado, se recomienda indicar con coeficientes la igualación de la cantidad de átomos de los elementos que intervienen en la representación de una reacción química.

Ahora veamos un ejemplo:

1.-Se aprecia la presencia de un calcio de lado de los reactivos y tres del lado de los productos, por lo que es necesario colocar un coeficiente de tres en el reactivo hidróxido de calcio, para igualar la cantidad del metal calcio en ambos lados de la ecuación.

2.-A continuación contar el no metal fósforo de ambos lados de la ecuación, por inspección se observa que del lado de los reactivos se requiere un coeficientedos en el ácido fosfórico con el fin de igualar la cantidad de fósforo tanto de reactivo como de producto (2 fósforos en reactivo y 2 en producto).

3.-Se contabilizan los oxígenos presentes en la ecuación, del lado de los reactivos en donde hay 8 = (2 x 4) en el ácido fosfórico y 6 = (3 x 2) en el hidróxido de calcio, dando un total de 14 oxígenos y del lado de los productos se contabilizan 8= (4 x 2), en el fosfato de calcio, por lo que se requiere colocar un coeficiente de seis antes del agua para alcanzar la igualdad de oxígenos (14).

4.-Finalmente se cuenta la cantidad de hidrógenos para observar su igualdad de lado de los reactivos con la de los productos.

Al llevar a cabo el conteo en el ácido fosfórico hay  6= (2 x 3) y en el hidróxido de calcio hay 6= (3 x 2) sumando 12 hidrógenos en los reactivos y 12 = (6 x 2) en el agua, de lado  los productos, por lo tanto hay 12 hidrógenos en ambos lados.

5.-Para comprobar la igualdad de la cantidad de átomos de los elementos que intervienen en la representación de la reacción química, se recomienda volver a contar la cantidad de cada uno de ellos.

Ejercicio 4

► Escribe la letra de la opción que corresponda a la nomenclatura de las reacciones químicas.

Cloruro de calcio + sulfito de potasio  sulfito de calcio + cloruro de potasio

a

a. CaCl2 + K2SO3 CaSO3 + 2KCl


b. CaCl + K2SO3 CaSO3 + KCl 

  

_  

Óxido de zinc + ácido fosfórico  fosfato de zinc + agua

b

a. 3ZnO +  H3PO43 ZnPO4  +  H2O


b. 3ZnO +  2H3PO4Zn3(PO4)2  + 3H2O

_  

2.- Escribe la letra de la fórmula correcta del producto que se forma en cada reacción.

a

b

        

b

        

ACTIVIDAD FINAL

A continuación se presenta la fórmula de algunos compuestos para que escribas su nombre. Para ello realiza lo siguiente

►Elige una letra que corresponda al nombre. En caso de que falles irá apareciendo una parte del “ahorcado” en el patíbulo.

►Tienes máximo 6 oportunidades de hallar las letras correspondientes. Sino logras acertar se te dará la respuesta correcta y un nuevo compuesto qué nombrar

Fórmula: 

ACIDOCARBONICO

ABCDEFGHIJKLMNÑOPQRSTUVWXYZ

 

Con este ejercicio repasarás los nombres de los compuestos y sus fórmulas.

►Con las tarjetas que se presentan a continuación debes formar pares integrados por el nombre de un compuesto y su fórmula correcta, para seleccionar las tarjetas sólo da clic sobre las mismas.

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