Universidad Tecnolgica Nacional

Facultad Regional Concepcin del Uruguay

Ingeniera Electromecnica

Qumica General

DocentesProfesor: Lic. Nstor M. OliverJTP: Ing. Carmelo R. Avancini

Apuntes Tericos

Fecha de Edicin: 2012

ndice

A.Estructura atmica71.Hechos Experimentales:71.1.Rayos Catdicos.71.2.Rayos Canales.71.3.Rayos alfa, beta y gamma.71.4.El ncleo atmico.81.5.Ondas electromagnticas.81.6.Espectros.92.Partculas sub-atmicas.93.Modelos atmicos.93.1.Modelo de Dalton.93.2.Modelo de Thomson.93.3.Modelo de Rutherford.103.4.Modelo de Bohr.104.Modelo mecano-cuntico.105.Estructura nuclear.106.Nmero Cunticos117.Principio de exclusin de Pauling.128.Configuracin electrnica. Principio de Aufbaux.129.Regla de Hund12B.Radiactividad131.Concepto de Radiactividad.131.1.Radiactividad Natural.131.2.Radiactividad Artificial.132.Istopos Radiactivos.133.Ncleos Radiactivos.134.Series Radiactivas.145.Banda de estabilidad.146.Velocidad de desintegracin.147.Vida Media.148.Deteccin de la radiacin.158.1.Deteccin fotogrfica.158.2.Deteccin por fluorescencia.158.3.Cmaras de nebulizacin.158.4.Contadores de ionizacin de gas.159.Defecto de masa.1510.Fisin Nuclear.1610.1.Fisin nuclear espontnea.1610.2.Fisin nuclear inducida.1611.Fusin Nuclear.16C.Tabla Peridica171.Ordenamiento de Mendeleiev.172.Ley peridica de Moseley.173.Grupos y perodos.174.Propiedades peridicas.184.1.Radio Atmico.184.2.Energa de ionizacin.184.3.Electronegatividad.184.4.Afinidad Electrnica.19D.Uniones Qumicas.201.Concepto de Enlace Qumico.202.Clasificacin de los Enlaces Qumicos.203.Relacin propiedad peridica enlace qumico.204.Caractersticas del enlace inico.215.Propiedades de los compuestos con unin inica.216.Tipos de enlace covalente.216.1.Propiamente dicho216.2.Enlace Covalente Dativo217.Polaridad de un enlace.227.1.Momento dipolar228.Propiedades de los compuestos covalentes.229.Enlace Metlico.2210.Caractersticas del enlace metlico.2211.Excepciones a la regla del octeto.2312.Fuerzas Intermoleculares.2312.1.Fuerzas de Van der Waals.2312.2.Fuerzas de London (dipolo inducido dipolo inducido).2312.3.Fuerzas dipolo-dipolo.2412.4.Unin por puente de hidrgeno.2413.Propiedades del agua y el enlace qumico.24E.Funciones Qumicas.25F.Gases261.Ley de Avogadro.262.Ley de Boyle.263.Ley de Charles y Gay Lussac.263.1.Primera Ley263.2.Segunda Ley264.Ecuacin de estado de un gas ideal.275.Ley de Dalton.276.Ecuacin del gas ideal.277.Ecuacin del gas real.27G.Soluciones.281.Solucin. Componentes y caractersticas.282.Factores del cual dependen los procesos de disolucin.283.Tipos de Soluciones.284.Solubilidad. Influencia de la temperatura.295.Interacciones implicadas en la formacin de una solucin.296.Proceso de disolucin.297.Factores que influyen en la solubilidad de:307.1.Un slido en un lquido.307.2.Dos lquidos entre s.307.3.Un gas en un lquido.308.Concentracin.308.1.Medidas Fsicas.308.2.Medidas Qumicas.31H.Soluciones Diluidas.321.Presin de Vapor.322.Ley de Raoult.323.Aumento Ebulloscpico.324.Descenso Crioscpico.325.Presin Osmtica.33I.Cintica Qumica.341.Concepto de Cintica Qumica.342.Relacin Velocidad Concentracin.343.Colisin efectiva.344.Energa de activacin.345.Estado de transicin.346.Ley de velocidad.357.Factores que afecta a la velocidad.357.1.Concentracin de reactivos:357.2.Estado fsico de los reactivos:357.3.Catalizadores:357.4.Temperatura:358.Catalizadores.359.Catlisis.3610.Velocidad media.3611.Velocidad instantnea.3612.Vida media.3713.Mecanismo de reaccin.37J.Equilibrio Qumico.381.Reaccin reversible.382.Estado de Equilibrio.383.Constante de Equilibrio.384.Cociente de reaccin385.Constante de equilibrio para los gases.396.Principio de Le Chatelier.396.1.Variacin de la temperatura.396.2.Variacin de la concentracin.396.3.Variacin de la presin.396.4.Catalizadores.397.Equilibrio Homogneo y Heterogneo.40K.Equilibrio Inico.411.cidos y Bases segn Arrhenius.412.cidos y Bases segn Brnsted y Lowry.413.Propiedades cido base del agua.414.Producto inico del agua.415.Concepto de pH y pOH.426.Clculo del pH436.1.Acido Fuerte436.2.Base Fuerte436.3.Acido Dbil436.4.Base Dbil447.Porcentaje de Ionizacin44L.Electroqumica.451.Electrlisis.452.Leyes de Faraday.452.1.Primera Ley452.2.Segunda Ley453.Equivalente Electroqumico.454.Equivalente Gramo.465.Constante de Faraday466.Electrlisis de sales fundidas y en solucin465.Serie Electromotriz476.Pilas.476.1.Pila de Daniell477.Fuerza electromotriz de una pila488.Potencial de los electrodos.489.Ecuacin de Nernst.4810.Celdas Voltaicas Primarias y Secundarias.4911.Acumulador4912.Corrosin.50Anexo51Resolucin de Ecuaciones Redox51

A. Estructura atmica

1. Hechos Experimentales:

1.1. Rayos Catdicos.

En un tubo de vidrio que tiene un gas a baja presin y dos electrodos (ctodo negativo y nodo positivo) conectados a una fuente de alto voltaje, produciendo una descarga de rayos visibles por su resplandor, el cual disminuye al bajar la presin. Si se le introduce un objeto dentro del tubo, se produce una sombra sobre el vidrio por la luz emitida, demostrando que el rayo catdico viaja en lnea recta.Luego se prob introducir en el tubo una placa con una rendija para obtener un haz de rayos catdicos y una pantalla fluorescente del largo del tubo para que se vea el recorrido del haz. Al poner un imn cerca del tubo con su campo magntico perpendicular al haz, se vio que el mismo se desva, indicando el carcter negativo de las partculas catdicas, el electrn.

1.2. Rayos Canales.

En un tubo de vidrio que contiene gas y posee un nodo y un ctodo perforado, los rayos catdicos se desplazan hacia el nodo. Al chocar el electrn con una molcula de gas, sta se divide en un catin, que es un tomo cargado positivamente por haber perdido un electrn, y un electrn. Los dos electrones siguen hacia el nodo, mientras que el catin es atrado hacia el ctodo, atravesndolo y formando un haz o rayo llamado rayo canal.

1.3. Rayos alfa, beta y gamma.

Un material radiactivo colocado dentro de un bloque de plomo al que se le hace un pequeo orificio por donde escapan los rayos radiactivos, que se dirigen hacia un campo magntico y al atravesarlo se desvan en tres direcciones, demostrando que tienen distinta carga. Los rayos alfa () tienen una carga positiva. Se representan: Los rayos beta () son electrones. Se representan: Los rayos gamma () son similares a la luz visible, pero de longitud de onda muy pequea. Es decir, son radiaciones electromagnticas.

1.4. El ncleo atmico.

Una pequesima cantidad de radio dentro de un bloque de plomo emite partculas alfa en todas direcciones. Por un pequeo orificio escapa un haz de partculas alfa que atraviesa una lmina de oro (se supona mejor su estructura). La mayora de las partculas alfa atraviesan la lmina con muy poca desviacin, una menor porcin se desva bruscamente y muy pocas rebotan. De esto se deduce que el tomo no puede ser macizo, por lo que posee un ncleo.

1.5. Ondas electromagnticas.

Tambin denominadas radiacin electromagntica, son una combinacin de un campo elctrico oscilante y un campo magntico oscilante, perpendiculares entre s y con igual longitud y amplitud de onda. Se propagan en el espacio a una velocidad constante de 300.000 km/s, son ondas de energa que se repiten peridicamente y con valores constantes en la direccin de propagacin. Una radiacin electromagntica presenta una frecuencia f y una longitud de onda que cumplen con la relacin:

1.6. Espectros.

Si un haz de luz atraviesa un prisma de cuarzo, las diferentes ondas se desvan en distintos ngulos, generando al ojo humano un color diferente por cada onda. La luz que emerge del prisma en forma de una banda continua de colores se llama espectro. Adems, cuando un gas en un tubo de descarga se calienta o se excita con una chispa elctrica, sus tomos y molculas emiten luz de determinadas longitudes de ondas. A esta luz se le llama espectro de emisin atmico, que es particular de cada material.

2. Partculas sub-atmicas.

Las partculas ms importantes que se pueden encontrar dentro del tomo son el protn (p+), el neutrn (no) y el electrn (e-). Dos caractersticas fundamentales son la masa y la carga elctrica.

CaractersticasProtnNeutrnElectrn

Masa [Kg]1,6726x10-271,6749x10-279,1094x10-31

Carga elctrica [C]1,6022x10-190-1,6022x10-19

Carga relativa+10-1

3. Modelos atmicos.

3.1. Modelo de Dalton.

Fue el primer modelo atmico. Segn su hiptesis, la materia est formada por partculas indivisibles, los tomos. Todos los tomos de un mismo elemento son iguales, tienen la misma masa, pero tomos de distintos elementos difieren en su masa.

3.2. Modelo de Thomson.

Por una serie de experimentos pudo proponer un modelo atmico en el que el tomo era una esfera donde la mayor parte de la lmpara tenia carga positiva y se distribua de manera uniforme en toda ella. Los electrones, muy pequeos y de carga negativa, se encontraban insertados en la esfera de manera aislada. Fue llamado el modelo del pudn de pasas.

3.3. Modelo de Rutherford.Basndose en la experiencia de Thomson, y experimentando con una placa de oro y partculas , Rutherford determin un nuevo modelo atmico. En el centro de los tomos se encuentra un ncleo macizo, esfrico, de carga positiva, el cual posee casi toda la masa del tomo, el resto del tomo es un espacio prcticamente vaco, donde se mueven los electrones.

3.4. Modelo de Bohr.

Con este modelo se solucionaron dos problemas: cmo los electrones pueden tener rbitas alrededor del ncleo y porqu cada tomo presentaba diferentes modelos espectrales. Basndose en estudios anteriores y con ayuda de la mecnica clsica, Bohr propuso para el tomo de hidrgeno un ncleo de carga positiva y un electrn girando alrededor de l en una rbita circular.Este modelo deriva del anlisis que se hizo sobre el espectro en un tomo de hidrgeno.

4. Modelo mecano-cuntico.

Este modelo surgi para dar respuesta a fenmenos de los electrones que no podan ser definidos con el modelo de Bohr. En este modelo, los electrones no se mueven en rbitas circulares o elpticas, sino que se habla de zonas alrededor del ncleo donde es probable encontrar un electrn en un determinado momento. Estas zonas se llaman orbitales.

5. Estructura nuclear.

Nmero atmico (Z): es igual al nmero de protones en el ncleo. Nmero msico (A): es igual al nmero neutrones y protones en el ncleo.La representacin para un elemento X es:

La cantidad de electrones es la misma que la cantidad de protones, a menos que se trate de un in (un tomo con carga). Para calcular el nmero de neutrones se debe restar:

6. Nmero CunticosNmeros CunticosFunciones de onda

nlm

1001s

2002s

112p

0

-1

3003s

113p

0

-1

223d

1

0

-1

-2

4004s

114p

0

-1

224d

1

0

-1

-2

334f

2

1

0

-1

-2

-3

Son los tres nmeros necesarios para describir los orbitales y la posicin de los electrones en cualquier tomo, adems de un nmero extra que define el giro del electrn. Derivan de la solucin de la ecuacin de Schrdinger. Se denominan:

n (nmero cuntico principal): indica el nivel de energa. Toma valores enteros y tiene relacin con la distancia del electrn al ncleo.

l (nmero cuntico secundario o azimutal): indica el subnivel de energa y expresa la forma de los orbitales. Toma los valores de 0 a .

m (nmero cuntico magntico): describe la orientacin del orbital en el espacio y depende del nmero cuntico secundario. Toma los valores en el intervalo .

s (nmero cuntico spin): indica el sentido de giro del electrn. Su valor oscila entre y

7. Principio de exclusin de Pauling.

En un tomo no existen dos electrones cuyos conjuntos de nmeros cunticos sean iguales. De esto se deduce que no puede haber ms de dos electrones por orbital y que dentro de stos, cada uno tiene un sentido de giro diferente.

Orbital s:

Orbital p:

Orbital d:

Orbital f:

8. Configuracin electrnica. Principio de Aufbaux.

A medida que se introducen los electrones en el tomo, lo hacen en los subniveles de menor energa. No se iniciar el llenado de un nuevo subnivel hasta que subnivel anterior se halla llenado completamente.Los subniveles semillenos y totalmente llenos son mucho ms estables que los parcialmente llenos. Un subnivel semilleno es uno que posee por lo menos un electrn en cada orbital. El mtodo de construccin es:

1s

2s2p

3s3p3d

4s4p4d4f

5s5p5d5f

6s6p6d

7s7p

9. Regla de Hund

Los electrones tienden a ocupar diferentes orbitales del mismo subnivel, dando un orden de llenado en que hay la mxima cantidad de orbitales semillenos.

Ej.: subnivel p con 4 electrones:

B. Radiactividad

1. Concepto de Radiactividad.

Con excepcin del hidrgeno, todos los ncleos contienen dos tipos de partculas fundamentales: los protones y los neutrones. Algunos ncleos son inestables y espontneamente emiten partculas y/o radiacin electromagntica, como ser partculas , partculas o radiacin . A este fenmeno se lo denomina radiactividad.

1.1. Radiactividad Natural.Es la emisin espontnea de partculas o de radiacin electromagntica. Sucede en ncleos que estn por encima de la banda de estabilidad y los que tengan ms de 80 protones. Por lo general, los ncleos pesados devienen en ncleos ms livianos, por lo general, en plomo.

1.2. Radiactividad Artificial.

Los tomos estables pueden convertirse en radiactivos por el choque con partculas que tengan gran velocidad. Estas pueden ser partculas , partculas , rayos , istopos de hidrgeno, neutrones, etc.

2. Istopos Radiactivos.

Son istopos de elementos o iones estables que se pueden obtener de forma natural o artificial y cuya relacin de neutrones y protones supera la banda de estabilidad, hacindolos radiactivos.

3. Ncleos Radiactivos.

Son los ncleos que poseen mayor o menor cantidad de neutrones, por lo que las fuerzas de repulsin entre los protones superan a las fuerzas de atraccin de corto alcance que los mantiene unidos. Esto genera la desintegracin del ncleo, que emite partculas y/o radiacin.Todos los tomos que superan el nmero atmico 83 poseen ncleos inestables que se desintegran.

4. Series Radiactivas.

Los ncleos radiactivos se desintegran en una secuencia de reacciones nucleares que finalizan en la creacin de un istopo estable. El ncleo radiactivo es llamado progenitor, mientras que el resultante, es llamado hijo.Por ejemplo, la serie de desintegracin del uranio-238, que es un istopo natural, se produce en 14 pasos. Es necesario poder balancear la reaccin nuclear para cada etapa de la serie. As es como, en el primer paso, el uranio-238 libera una partcula y se convierte en torio-234. A continuacin, el torio-234 libera una partcula y se convierte en protactinio-234 y as hasta que se convierte en plomo-206, que es un istopo estable del plomo.

5. Banda de estabilidad.

En una grfica donde se muestra la relacin entre los neutrones y los protones presentes en el ncleo de todos los elementos y sus istopos, en la banda de estabilidad se encuentran los ncleos estables, mientras que los que tienden a desintegrarse son los que estn por fuera de sta.

5.1. Elementos Transurnicos

Son aquellos elementos que siguen al uranio en la tabla peridica y tienen un nmero atmico mayor a 92. Todos son sintticos y se producen por el bombardeo de un ncleo-objetivo con proyectiles ms pequeos.

6. Velocidad de desintegracin.

Es el nmero de desintegraciones que se producen por segundo. Tambin se llama actividad, cuanto ms actividad se presente, mayor ser el nmero de desintegraciones por segundo. La unidad de medida usada es el Bquerel, que equivale a una desintegracin por segundo.

7. Vida Media.

La desintegracin radiactiva se expresa normalmente en el tiempo necesario para que se desintegre la mitad del nmero inicial de ncleos.Responde a la ecuacin:

8. Deteccin de la radiacin.

Hay 4 formas de detectar la radiacin.

8.1. Deteccin fotogrfica.

Las emanaciones radiactivas afectan a las placas fotogrficas, como la luz comn. Una vez revelada la placa, se puede relacionar la intensidad de la mancha con la cantidad de radiacin. Es difcil utilizar este mtodo para la deteccin cuantitativa de la radiacin.

8.2. Deteccin por fluorescencia.

Las sustancias fluorescentes pueden absorber radiaciones energticas como los rayos y emitir luz visible. Esto se usa en un instrumento llamado contador de centelleos y se emplea para la deteccin cuantitativa de la radiacin.

8.3. Cmaras de nebulizacin.

Estas cmaras contienen aire saturado con vapor. Las partculas radiactivas ionizan las molculas de aire y cuando la cmara se enfra, se condensan gotitas de lquido sobre los iones.

8.4. Contadores de ionizacin de gas.

Es un tubo que posee una delgada ventana a travs de la cual penetran las partculas de radiacin. Su funcionamiento es similar al de las cmaras de nebulizacin y la ventana puede ajustarse para evitar la entrada de ciertos tipos de radiacin.

9. Defecto de masa.

Durante la fusin o fisin nuclear, una parte de la masa atmica es convertida en energa, liberada al ambiente. La relacin entre la masa perdida y la energa obtenida est dada por la ecuacin:

10. Fisin Nuclear.

Es un procedimiento de desintegracin en el que un ncleo inestable se divide en dos o ms fragmentos de masa parecida, llamados fragmentos de fisin. Estos fragmentos son inestables, por tener demasiados neutrones.

10.1. Fisin nuclear espontnea.

Tiene lugar cuando la agitacin natural de los nucleones en un ncleo pesado provoca su rotura en dos ncleos de masa similar.

10.2. Fisin nuclear inducida.

Se produce al bombardear un ncleo pesado con neutrones. Se requiere que el neutrn se mueva lo suficientemente rpido como para colisionar contra el ncleo y partirlo con la energa del impacto. Tambin hay ncleos que se pueden romper aunque la velocidad del neutrn sea lenta, como el uranio.

11. Fusin Nuclear.

En una fusin nuclear se unen o se funden dos o ms ncleos pequeos y se forma un ncleo ms pesado, emitiendo una gran cantidad de energa. A diferencia de la fisin, no produce residuos, aunque requiere una temperatura muy alta. La energa solar se produce de esta forma.

C. Tabla Peridica

1. Ordenamiento de Mendeleiev.

Mendeleiev orden los elementos conocidos basndose en un orden creciente de masas atmicas, sus propiedades fsico-qumicas y sus valencias, dejando lugares vacos para los elementos que no se conocan. Su ley estableca que las propiedades de los elementos se encuentran en dependencia peridica con sus pesos atmicos.Esta tabla presentaba errores en algunos elementos, ya que sus propiedades no coincidan con la posicin que les corresponda.

2. Ley peridica de Moseley.

Moseley observ que todos los tomos de un mismo elemento tienen el mismo nmero de protones, al que llam nmero atmico. Organizando la tabla de Mendeleiev en funcin del nmero atmico, se vio que los elementos encajaban mejor en las pautas repetitivas de la tabla peridica.

3. Grupos y perodos.

Perodo: Nos indica el nmero de niveles energticos en que se hallan distribuidos los electrones. En la actualidad son 7 perodos.Grupo: Es un conjunto de elementos ordenados en forma vertical y que poseen propiedades anlogas. Existen un total de 18 grupos. Si los electrones de valencia son s o p, pertenecen al subgrupo A. En cambio, si son s y d, forman el subgrupo B. El ltimo subgrupo, denominado 0, es de los gases inertes, que poseen el ltimo nivel energtico completo.

BloquesBloquedBloquepBloque f

Segn la configuracin electrnica, se tiene otra clasificacin para la tabla: Elementos representativos: terminan en s y p. Elementos de transicin: terminan en d. Elementos de transicin interna: terminan en f.

4. Propiedades peridicas.

4.1. Radio Atmico.

El radio atmico de un elemento es la mitad de la distancia entre los ncleos de dos tomos de este elemento, cuando forman la unin entre ambos. Al aumentar el nmero atmico dentro de un grupo, se produce un aumento de radio atmico, mientras que en un perodo se produce una disminucin del mismo.

Radio atmico

4.2. Energa de ionizacin.

Es la cantidad de energa que se requiere entregar un tomo aislado para remover al electrn enlazado con menor fuerza en un tomo aislado para formar un in con carga positiva. As se mide la fuerza con la que los electrones se encuentran enlazados a los tomos.

Energa de ionizacin

4.3. Electronegatividad.

Mide la tendencia relativa del tomo de un elemento a atraer electrones hacia s cuando se combina qumicamente con otro tomo. Se expresan en la escala de Pauling. El mximo est dado por el Fluor, que posee una electronegatividad de 4.0.

Electronegatividad

4.4. Afinidad Electrnica.

La cantidad de energa que se absorbe cuando se aade un electrn a un tomo gaseoso aislado para formar un in con carga negativa. Se asigna un valor positivo a la energa que se absorbe y valor negativo a la que se libera, aunque en la mayora de los elementos se absorbe energa.

Afinidad Electrnica

D. Uniones Qumicas.

1. Concepto de Enlace Qumico.

Los compuestos qumicos estn formados por la unin de dos o ms tomos. Un compuesto estable tiene lugar cuando la energa total de la es menor que la energa que separa a los tomos. Este estado implica una red de atraccin entre los tomos, llamado enlace qumico. Segn la regla del octeto, el tomo busca su estabilidad llenando su ltimo nivel de energa con 8 electrones, imitando a los gases inertes.

2. Clasificacin de los Enlaces Qumicos.

3. Relacin propiedad peridica enlace qumico.

La capacidad de un tomo para formar enlaces se puede predecir a partir del grupo y perodo de la tabla peridica a los que pertenece. Ello es posible porque la estructura electrnica est relacionada con la posicin de los elementos en la tabla peridica.Los valores numricos de las electronegatividades no son importantes en si mismos, lo que es importante para caracterizar una unin es la diferencia de electronegatividades.4. Caractersticas del enlace inico.

Ocurre entre dos tomos de elementos cuya diferencia de electronegatividades es igual o mayor que 2.0. Esto sucede principalmente entre elementos metlicos y elementos no metlicos. Los tomos metlicos ceden sus electrones de la ltima capa a los no metlicos, transformndose en iones positivos y negativos respectivamente. Por ejemplo:

5. Propiedades de los compuestos con unin inica.

La fuerte atraccin entre los iones de cargas opuestas genera propiedades como las siguientes: Son slidos poco voltiles y sus puntos de fusin y de ebullicin son altos. Slo presentan conductividad elctrica si estn disueltos o fundidos. Algunos son solubles en agua o lquidos polares. Son duros y frgiles.

6. Tipos de enlace covalente.

Un enlace covalente se produce entre dos elementos no metlicos, cuyos tomos comparten un par de electrones de valencia. Hay dos tipos:

6.1. Propiamente dicho

Es la unin qumica entre dos tomos, en la cual cada uno comparte de uno a tres electrones, formando la unin simple, doble o triple. Esta unin puede darse entre tomos de un mismo elemento, formando una unin homo-nuclear (como por ejemplo la molcula de nitrgeno N2, que se forma con un enlace covalente triple) o entre tomos de elementos diferentes, formando una unin hetero-nuclear.

6.2. Enlace Covalente Dativo

En esta unin covalente entre dos tomos a unirse, solo uno provee el par de electrones, y los comparte con el otro.

7. Polaridad de un enlace.

Un enlace covalente en que el par de electrones no se comparte por igual es llamado enlace polar, es decir que los electrones tardan ms tiempo alrededor de un tomo que de otro. Esto se produce cuando hay una diferencia de electronegatividades entre los elementos.Por ejemplo, la unin O H (grupo oxidrilo) es polar, ya que el oxgeno es ms electronegativo que el hidrgeno y atrae con mayor fuerza el par de electrones de enlace.

7.1. Momento dipolar

El momento dipolar elctrico de un par de cargas opuestas de magnitud q es definido como la magnitud de esas cargas multiplicado por la distancia entre los dos tomos y su direccin es hacia las cargas positivas.

8. Propiedades de los compuestos covalentes.

Los compuestos covalentes son de bajo punto de fusin y ebullicin, resultando muy voltiles. Por lo general son blandos, es decir, al rayarlos es posible romper las fuerzas intermoleculares con otro elemento apenas ms duro.Las sustancias covalentes polares se disuelven en sustancias que tambin son polares, mientras que las apolares se disuelven en otras tambin apolares. Con respecto a la conduccin elctrica, los semiconductores poseen enlaces covalentes, aunque por lo general, son muy malos conductores.

9. Enlace Metlico.

La unin metlica ocurre cuando se unen tomos con electronegatividades bajas y similares. Ninguno de los tomos atraer con gran fuerza a los electrones de la unin y estos quedan relativamente libres, circulando entre la red cristalina de cationes que se forma, generando estabilidad.Cuando se produce la unin, del ltimo nivel de energa se transfieren los electrones del suborbital s y, si falta transferir otro electrn, salen del orbital d.

10. Caractersticas del enlace metlico.

Como los elementos al combinarse pierden sus electrones, stos forman la llamada nube de electrones que circulan libremente por toda la estructura, pasando por todos los tomos. Por esta razn los elementos con enlace metlico son muy buenos conductores de la electricidad. Adems forman sustancias dctiles y maleables, de gran densidad, duras o blandas, no voltiles (excepto el caso del Mercurio) e insolubles en agua y disolventes comunes. El punto de fusin vara de moderado a alto.

11. Excepciones a la regla del octeto.

Las frmulas de Lewis normalmente no se escriben para compuestos que contienen metales de transicin d y f. Estos utilizan en el enlace orbitales d y/o f as como s y p, por lo que pueden acumular ms de 8 electrones de valencia.Por ejemplo, la mayora de los compuestos covalentes de los elementos del Grupo III A (halgenos) y tambin en los compuestos inicos que contienen un nmero impar de electrones.

12. Fuerzas Intermoleculares.

Son fuerzas de atraccin entre las molculas, que son responsables del comportamiento no ideal de los gases. Son ms dbiles que las fuerzas que mantienen unidas a los tomos y responsables de las propiedades macroscpicas de la materia, como el punto de fusin y de ebullicin.Existen diferentes tipos de fuerzas intermoleculares:

12.1. Fuerzas de Van der Waals.

Son las fuerzas responsables de mantener unidas las molculas, la intensidad de estas fuerzas a una cierta temperatura determina el estado de la materia a dicha temperatura. Cuanto ms intensas sean las fuerzas intermoleculares, ms altos sern los puntos de fusin y ebullicin. Estas fuerzas son mucho ms dbiles que las correspondientes a las uniones covalentes.

12.2. Fuerzas de London (dipolo inducido dipolo inducido).

Actan entre molculas no polares o entre tomos, en el caso de una sustancia monoatmica. Son las responsables de la condensacin a temperaturas suficientemente bajas. Cuando hay una gran cantidad de molculas se producen interacciones que dan como resultado una polarizacin transitoria. Tan pronto como surge una dbil carga positiva en un extremo de la molcula, sta induce una dbil carga negativa en otra molcula cercana, generando por un instante una fuerza de atraccin entre estas molculas.

12.3. Fuerzas dipolo-dipolo.

Se producen entre molculas polares debido a la atraccin entre los extremos positivos y negativos de molculas adyacentes.

Son estas atracciones o las fuerzas de London las que deben ser vencidas para fundir al slido, influyendo en el punto de fusin y tambin en el de ebullicin. En el estado gaseoso, con las molculas muy separadas, estas fuerzas dejan de ser efectivas. Al bajar la temperatura o subir la presin, las molculas se acercan y las fuerzas vuelven a actuar y ayudan a llevarlas al estado lquido y slido.

12.4. Unin por puente de hidrgeno.

Este es un caso particular de unin dipolo dipolo entre molculas formadas por Hidrgeno y los tomos ms electronegativos (Flor, Oxgeno, Nitrgeno, Cloro) lo que produce un fuerte dipolo y hace que el Hidrgeno acte como puente con otro tomo electronegativo.

13. Propiedades del agua y el enlace qumico.

En el agua en estado slido cada tomo de Oxgeno est unido covalentemente a dos tomos de Hidrgeno, y por uniones de puente de hidrgeno a otros dos tomos de Hidrgeno. El resultado es una estructura en forma de red con mucho espacio interno.En el estado lquido las molculas ocupan parte de los espacios vacos, que haba en el estado slido. Este es el motivo por el cual el volumen de una determinada cantidad de agua es mayor en estado slido que en estado lquido y tambin porque el agua se expande al congelarse y el hielo flota en agua lquida.La fuerte unin del puente Hidrgeno explica el alto punto de ebullicin del Agua comparado con los de los otros hidruros de los elementos del Grupo VI A.E. Funciones Qumicas.

F. Gases

1. Ley de Avogadro.

Volmenes iguales de gases diferentes, medidos en iguales condiciones de presin y temperatura, tienen el mismo nmero de molculas. Esta ley hace referencia a una transformacin isotrmica e isobrica.

2. Ley de Boyle.

Para una determinada masa de gas a temperatura constante, las presiones y los volmenes son inversamente proporcionales. Se refiere a una transformacin isotrmica.

3. Ley de Charles y Gay Lussac.

3.1. Primera Ley

En una transformacin isobrica el volumen de una masa de gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, la frmula es anloga a la de dilatacin.

Donde

Tambin se emplea la ecuacin reducida:

3.2. Segunda Ley

En una transformacin isocrica, es decir, a volumen constante, la presin que ejerce un gas est en funcin de la temperatura, lo cual provoca la movilidad de sus molculas, es decir, aumenta la presin al aumentar la temperatura, por lo que se deduce:

4. Ecuacin de estado de un gas ideal.

En este caso la presin, el volumen y la temperatura son variables. Esta ecuacin se plantea como:

5. Ley de Dalton.

La presin total de una mezcla de gases es la suma de las presiones parciales de cada componente de la mezcla, siempre que posean el mismo volumen.

40

6. Ecuacin del gas ideal.

Es una combinacin de las leyes de Boyle, Charles y Avogadro. Queda definida por la expresin:

Donde R es la constante universal de los gases y se calcular para un mol:

7. Ecuacin del gas real.

Los gases no siguen totalmente estas leyes, por lo que se utiliza la ecuacin de Van der Waals.

Esta es la ecuacin del gas ideal afectada a variaciones de la presin y la temperatura.

Donde a es la magnitud de atraccin de las molculas de cada gas y b es la relacin entre el tamao molecular del gas, encargado de corregir el volumen.

G. Soluciones.

1. Solucin. Componentes y caractersticas.

La solucin es una mezcla homognea de sustancias puras. Constan de un disolvente y uno o ms solutos, cuyas proporciones varan de una a otra solucin.El disolvente es el medio en el cual se disuelven los solutos y suele ser la especie ms abundante. Las unidades fundamentales de los solutos son iones o molculas.

2. Factores del cual dependen los procesos de disolucin.

Las sustancias semejantes se disuelven entre s dado que los buenos disolventes imitan el entorno de las molculas de soluto: las cargas parciales de las molculas de disolventes polares juegan el papel de cargas inicas, los enlaces de hidrgeno reemplazan otros enlaces de hidrgeno y las fuerzas de Lonodon que ejerce un disolvente imitan las de las propias molculas de soluto.

3. Tipos de Soluciones.

Las disoluciones se caracterizan por su capacidad para disolver un soluto: Solucin saturada: contiene la mxima cantidad de un soluto que se disuelve en un solvente en particular, a una temperatura especfica. Disolucin no saturada: contiene menor cantidad de soluto de lo que es capaz de disolver. Solucin diluida: si la cantidad de soluto respecto del solvente es nfima. Solucin concentrada: si la proporcin de soluto con respecto del solvente es grande. Disolucin sobresaturada: contiene ms soluto que el que puede haber en una disolucin saturada. Solucin acuosa: el disolvente es agua. Solucin no acuosa: el disolvente no es agua.

Componente 1Componente 2Estado de la disolucinEjemplos

GasGasGasAire

GasLquidoLquidoAgua Gaseosa

GasSlidoSlidoHidrgeno gaseoso en Pd

LquidoLquidoLquidoEtanol en agua

SlidoLquidoLquidoSal en agua

SlidoSlidoSlidoLatn (CuZn)

4. Solubilidad. Influencia de la temperatura.

Concepto: cantidad de soluto que se disuelve en una determinada cantidad de disolvente. La solubilidad depende de la temperatura.La mayora de las sustancias se disuelven ms rpidamente cuanto mayor sea la temperatura, lo que no significa que sean ms solubles a mayores temperaturas. En el caso de los gases, la mayora son menos solubles cuando la temperatura aumente. Por otro lado, los slidos inicos y moleculares son ms solubles en agua caliente que en agua fra.

5. Interacciones implicadas en la formacin de una solucin.

Cuando una sustancia se disuelve en otra, las partculas de soluto se dispersan en el disolvente. Las partculas de soluto ocupan posiciones que estaban ocupadas por molculas de disolvente. La facilidad con que la partcula de soluto reemplaza a una molcula de disolvente depende de las fuerzas de interaccin entre las molculas del disolvente, entre las del soluto y entre las molculas de soluto y disolvente. Por supuesto que si la atraccin entre las molculas de soluto o disolvente es ms fuerte que la atraccin soluto disolvente no se puede realizar la unin.

6. Proceso de disolucin.

El proceso de disolucin se lleva a cabo en tres etapas. Primero es la separacin de las molculas del disolvente y la etapa dos implica la separacin de las molculas del soluto. Estas etapas requieren energa para romper las fuerzas de atraccin intermoleculares. Como consecuencia son endotrmicas. La etapa 3, las molculas del disolvente y del soluto se mezclan. Este proceso puede ser exotrmico o endotrmico.

7. Factores que influyen en la solubilidad de:

7.1. Un slido en un lquido.

La solubilidad de una sustancia slida en agua aumenta con la temperatura, aunque no hay una correlacin clara. Por lo general, el efecto de la temperatura sobre la solubilidad debe determinarse en forma experimental. Tambin, cuando mas finamente est dividido el slido, mayor superficie de contacto existir entre las molculas del soluto y el solvente. Con ello, se aumenta la eficiencia de la solvatacion. Es por eso que en algunas situaciones la trituracin de los solutos facilita bastante la disolucin.

7.2. Dos lquidos entre s.

La solubilidad de dos lquidos entre s vara con la temperatura. Cuando esta aumenta, tambin aumenta la solubilidad.

7.3. Un gas en un lquido.

La presin influye enormemente en la solubilidad de los gases, en una relacin que est dada por la Ley de Henry, que establece que la solubilidad de un gas en un lquido es proporcional a la presin del gas sobre la disolucin:

Donde C es la concentracin molar del gas, P es la presin (en atm) del gas sobre la disolucin y k es una constante que depende de la temperatura.Por otro lado, la temperatura influye negativamente en la solubilidad de un gas, que disminuye cuando aumenta la temperatura de la solucin, ya que al poseer mayor energa cintica, las molculas del gas tienden a volatilizarse.

8. Concentracin.

La concentracin es la cantidad de soluto presente en una determinada cantidad de una disolucin. Hay varias formas de medirla, en medidas fsicas y qumicas.

8.1. Medidas Fsicas.

Es el porcentaje de cualquier masa o volumen referido a la relacin soluto solvente o soluto solucin.

Volumen soluto / volumen solucin: Volumen soluto / masa solucin: Masa soluto / volumen solvente: Masa soluto / masa solucin:

8.2. Medidas Qumicas.

Fraccin molar: Cantidad de soluto o solvente en la solucin.

Molaridad: Es el nmero de moles de soluto en un litro de solucin.

Normalidad: Es el nmero de equivalentes qumicos (gramos) en un litro de solucin.

Equivalente qumico:

En un cido:

En una base:

En una sal:

Molalidad: Es el nmero de moles de soluto en un kg de solvente.

H. Soluciones Diluidas.

1. Presin de Vapor.

Es la presin ejercida por el vapor en equilibrio con su lquido. Esta presin es caracterstica para determinada temperatura de vapor. Los lquidos que poseen elevadas presiones de vapor son llamados voltiles.

2. Ley de Raoult.

A determinada temperatura la presin de vapor de una disolucin de un soluto no voltil es menor que la del disolvente puro. La ley de Raoult expresa la dependencia de esta variacin con la concentracin

P = presin de vapor de la disolucin.Po = presin de vapor del disolvente puro.Xs = fraccin molar de soluto.

3. Aumento Ebulloscpico.

Es el aumento de la temperatura de ebullicin de un disolvente cuando se le aade un soluto. Esto depende de la naturaleza del disolvente y de la concentracin del soluto.

t = temperatura de ebullicin de la disolucin.te = temperatura de ebullicin del disolvente puro.ke = constante ebulloscpica molal del disolvente.m = molalidad de la disolucin.

4. Descenso Crioscpico.

Es la disminucin de la temperatura de fusin de un disolvente cuando se le aade un soluto. Esta variacin depende de la naturaleza del disolvente y de la concentracin del soluto.

t = temperatura de congelacin de la disolucin.tc = temperatura de congelacin del disolvente puro.kc = constante crioscpica molal del disolvente.m = molalidad de la disolucin.

5. Presin Osmtica.

La smosis es el paso selectivo de molculas del disolvente a travs de una membrana porosa desde una solucin diluida hacia una de mayor concentracin.

La presin osmtica () es:

Si reemplazamos el valor de Molaridad:

I. Cintica Qumica.

1. Concepto de Cintica Qumica.

Es el rea de la qumica que tiene relacin con la rapidez o velocidad con que ocurre una reaccin qumica. En este caso cintica se refiere a la velocidad de reaccin. Tambin se estudian los factores que modifican esta velocidad, como por ejemplo la temperatura, la presin, la presencia de catalizadores y su efecto, la concentracin, etc.

2. Relacin Velocidad Concentracin.

La velocidad de una reaccin es el cambio en la concentracin de un reactivo o de un producto con respecto al tiempo:

Donde:

La velocidad de reaccin del reactivo es negativa, ya que su concentracin disminuye con el paso del tiempo, por lo que se le coloca un signo negativo delante.

3. Colisin efectiva.

La teora de las colisiones describe a un choque como eficaz cuando:

Tenga una energa mnima necesaria para el reordenamiento de los electrones exteriores al romperse enlaces y formar otros nuevos. En el momento del choque, las especies qumicas estn convenientemente orientadas.

4. Energa de activacin.

La energa de activacin (Ea) es la energa mnima necesaria para comenzar una reaccin, es decir, cuando los reactivos colisionan con sta, se forman los productos.

5. Estado de transicin.

El estado de transicin aparece cuando los reactivos colisionaron. Es una especie formada temporalmente por las molculas reactivas, antes de formar el producto.

6. Ley de velocidad.

La ley de velocidad expresa la relacin de la velocidad de una reaccin con la constante de velocidad y la concentracin de los reactivos, elevados a alguna potencia. Para la reaccin general:

La ley tiene la frmula:

Donde la suma de x e y determinan el orden de la reaccin. Estos valores se obtienen experimentalmente.

7. Factores que afecta a la velocidad.

7.1. Concentracin de reactivos:

La velocidad de la reaccin aumenta proporcionalmente con respecto a la concentracin de los reactivos.

7.2. Estado fsico de los reactivos:

La mayor velocidad est dada en el estado gaseoso, luego sigue el lquido y por ltimo el estado slido.

7.3. Catalizadores:

La presencia de estos aumenta o disminuye la velocidad de reaccin.

7.4. Temperatura:

Generalmente la velocidad de reaccin aumenta en forma proporcional a la temperatura.

8. Catalizadores.

Son sustancias que, actuando en pequeas proporciones, disminuyen la energa de activacin de la reaccin o provocan una correcta orientacin al choque de las especies que reaccionan, logrando que este sea eficaz. As como aumenta la temperatura de reaccin, tambin puede lograr disminuirla, como por ejemplo, los conservantes.Se dividen en dos grupos: Catalizadores homogneos: existen en la misma fase que los reactivos, suelen ser lquidos o gaseosos (son solutos). Catalizadores heterogneos: existen en fases distintas a los reactivos, suelen ser slidos.

9. Catlisis.

La catlisis es el proceso por el cual se aumenta o disminuye la velocidad de una reaccin qumica, debido a la participacin de catalizadores. La caracterstica general de la catlisis es que la reaccin cataltica tiene un menor cambio de energa libre de la etapa limitante hasta el estado de transicin que la reaccin no catalizada correspondiente, resultando en una mayor velocidad de reaccin a la misma temperatura.

10. Velocidad media.

Es la variacin de la concentracin de un reactivo o producto en funcin del tiempo.

11. Velocidad instantnea.

Para la reaccin:

La velocidad media en funcin de los reactivos sera:

Y la ley de velocidad:

Si igualamos, despejamos y luego integramos, obtendremos, segn el orden de la reaccin, diferentes expresiones de velocidad instantnea.

Orden 0Orden 1Orden 2

12. Vida media.

Es el tiempo que se requiere para que la mitad de un reactivo se convierta en un producto. Deriva de la frmula de velocidad instantnea.

Orden 0Orden 1Orden 2

13. Mecanismo de reaccin.

El orden en el cual se efecta una reaccin recibe el nombre de mecanismo. Algunas reacciones se efectan en un solo paso (reactivos simples), pero la mayora se llevan a cabo en una serie de pasos (reactivos compuestos). En este ltimo caso la velocidad queda determinada por el paso ms lento, dado por la ecuacin de velocidad.

J. Equilibrio Qumico.

1. Reaccin reversible.

Las reacciones que no terminan, es decir, que no se convierten totalmente los reactivos en productos, y que pueden desplazarse hacia cualquier direccin, se llaman reacciones reversibles.

Donde encontramos la reaccin directa, es decir, de los reactivos a los productos, y la reaccin inversa, que va de los productos a los reactivos.

2. Estado de Equilibrio.

Un sistema qumico alcanza el equilibrio cuando se obtiene una mezcla donde coexisten reactivos y productos y dejan de producirse modificaciones. El equilibrio se efecta cuando las velocidades de reactivos y productos son iguales.

3. Constante de Equilibrio.

Para obtener la constante de equilibrio, igualamos la velocidad de productos y de reactivos, y obtenemos:

Si despejamos:

Donde el cociente entre la constante de velocidad de los reactivos y la de los productos se denomina constante de equilibrio o Kc. Por esto, Kc no tiene unidades. Si su valor es grande, el equilibrio est sobre los productos, y si, en cambio, el valor es pequeo, el equilibrio est sobre los reactivos.Tambin se puede expresar el valor de la constante en funcin de las presiones parciales si se trata de gases, o en funcin de las fracciones molares.

4. Cociente de reaccin

Para las reacciones que no llegaron al equilibrio, si se reemplaza el valor de las concentraciones en la expresin de la constante de equilibrio, se obtiene el cociente de reaccin Qc, en lugar de la constante de equilibrio. Para determinar cmo debe evolucionar el sistema, se comparan los valores de Kc y Qc.

Qc < Kc : los reactivos se consumirn para formar productos. Qc = Kc : El sistema est en equilibrio. Qc > Kc : Los productos se consumirn y se forman reactivos.5. Constante de equilibrio para los gases.

Es la constante de equilibrio en relacin a las presiones parciales:

Reemplazando los valores de las presiones parciales, segn la ecuacin de los gases ideales:

Lo que es lo mismo:

6. Principio de Le Chatelier.

Si en un sistema en equilibrio se vara algn factor que afecte al equilibrio, este evolucionar en el sentido en que tienda a contrarrestar dicha variacin.

6.1. Variacin de la temperatura.

Si la reaccin directa es exotrmica, un aumento de temperatura produce un desplazamiento del equilibrio hacia los reactivos. Si la reaccin directa es endotrmica, se produce el desplazamiento hacia los productos. Cuando se trata de un aumento de temperatura, sucede lo contrario.

6.2. Variacin de la concentracin.

La variacin de concentracin no modifica la constante, pero hace variar las concentraciones de las otras sustancias. Es decir que el sistema reaccionar en la direccin que sea necesaria para equilibrarlo.

6.3. Variacin de la presin.

Slo afecta al equilibrio si hay gases en el sistema. Un aumento de presin favorece un desplazamiento del equilibrio en el sentido que disminuye el nmero de moles, tendiendo a restablecer la presin inicial. Una descenso de la presin provoca un desplazamiento del equilibrio en el sentido contrario.

6.4. Catalizadores.

Si se aade un catalizador a un sistema, afecta a la energa de activacin y modifica las velocidades directas e inversas en la misma proporcin, por lo que no afecta al equilibrio.

7. Equilibrio Homogneo y Heterogneo.

En el equilibrio homogneo, el sistema constituye una sola fase, mientras que el heterogneo constituye ms de una fase.Para ejemplificar, si en una reaccin tanto productos como reactivos son gases, la constante de equilibrio estar directamente afectada por todas las concentraciones de las especies qumicas actuantes. En cambio, si tenemos slidos y gases, se presenta un sistema heterogneo y la constante de equilibrio slo se expresar el funcin del estado de agregacin que tenga menor densidad, es decir, entre slidos y gases, solamente intervendrn los gases, entre slidos y lquidos, los lquidos y entre lquidos y gases, los gases.

K. Equilibrio Inico.

1. cidos y Bases segn Arrhenius.

Un cido es una sustancia capaz de dar iones hidrgenos (H+) como uno de sus productos inicos.

Una base es una sustancia que produce iones oxidrilos (OH-) al disociarse.

2. cidos y Bases segn Brnsted y Lowry.

Un cido es una sustancia que, al disociarse en disolucin acuosa, es capaz de ceder un protn a otra.Una base es una sustancia capaz de recibir un protn de otra, en una disolucin acuosa.

3. Propiedades cido base del agua.

El agua es un disolvente nico y una de las propiedades que posee es su capacidad para actuar como cido o como base, segn la reaccin. El agua experimenta una pequea ionizacin que es conocida como autoprotlisis, y est dada por la ecuacin:

4. Producto inico del agua.

Es el producto de las concentraciones molares de los iones H+ y OH- de la autoionizacin del agua a una temperatura determinada. Segn la ecuacin de equilibrio qumico:

Si se despeja la concentracin del agua obtenemos Kw. Tambin se puede representar el protn hidratado como H+.

A 25 C el valor de Kw = 1x10-14

5. Concepto de pH y pOH.

La concentracin de iones hidrgeno en una disolucin se indica con la notacin de pH, que se define:

En donde la notacin de logaritmo negativo es definida con la letra p.

El pOH se define como:

Dada la relacin de estas concentraciones con el producto inico del agua, se obtiene la relacin:

As se establece la escala de acidez de una sustancia:

pH = 7, neutrapOH = 7, neutra

pH < 7, cidopOH < 7, bsica

pH > 7, bsicapOH > 7, cida

Medidor de pH:

6. Clculo del pH

Dependiendo del tipo de cido o base, tenemos distintos casos:

6.1. Acido Fuerte

Si tenemos una sustancia con un cido fuerte A y con hidrgeno, el reactivo se disocia completamente:

Si CA es la concentracin del cido, se cumple:

Entonces:

6.2. Base Fuerte

Con una sustancia con una base fuerte B y con hidrgeno, el reactivo se disocia completamente:

Si CB es la concentracin del cido, se cumple:

Entonces:

Por lo tanto:

6.3. Acido Dbil

No est completamente disociado. Segn la ecuacin:

ti2,5 M1 M0

tf - X- X2x

te2,5M - X1M - X2x

La constante de equilibrio ser:

Donde

Como X es muy pequeo, se puede despreciar del denominador, por lo tanto:

Si se aplican logaritmos:

6.4. Base Dbil

No est completamente disociada. Segn la ecuacin:

ti2,5 M1 M0

tf - X- X2x

te2,5M - X1M - X2x

La constante de equilibrio ser:

Donde

Como X es muy pequeo, se puede despreciar del denominador, por lo tanto:

Si se aplican logaritmos y la relacin entre pH y pOH:

7. Porcentaje de Ionizacin

Se representa con la letra y se calcular como:

Podemos usar el porcentaje de ionizacin en el clculo del pH dbil:

L. Electroqumica.

1. Electrlisis.

Se produce cuando se hace circular una corriente elctrica en una celda electroltica con el objetivo de inducir una reaccin qumica que no es espontnea. Como resultado de la electrlisis, se separan los elementos que componen la solucin electrolito, que es una solucin que conduce la corriente debido a la presencia de iones y puede ser cida, bases o sales.En cada electrodo de la cuba se produce una semi-reaccin del proceso Redox. En el nodo (electrodo positivo) se descargan los aniones y se produce la oxidacin, mientras que en el ctodo (electrodo negativo) se descargan los cationes y se produce la reduccin.

2. Leyes de Faraday.

2.1. Primera Ley

La cantidad de sustancia depositada o desprendida en cada electrodo producto de la electrlisis es proporcional a la cantidad de electricidad que atraviesa la cuba electroltica. En frmulas:

La proporcionalidad est dada por (equivalente electroqumico). Si adems se tiene en cuenta la relacin entre corriente elctrica y carga, obtendremos:

2.2. Segunda Ley

Para una cantidad de electricidad dada, las masas de las diferencias sustancias liberadas son directamente proporcionales a los equivalentes gramo redox de las mismas.

3. Equivalente Electroqumico.

Es una relacin entre la cantidad de electricidad Q y la masa liberada, respecto de la primera Ley de Faraday. Cmo sta establece que son proporcionales, el equivalente electroqumico es lo que establece la igualdad en la ecuacin.

Se define por:

4. Equivalente Gramo.

Para un proceso de oxidacin o reduccin, el equivalente gramo de un oxidante o reductor es un nmero de gramos igual a su masa molecular dividido por el nmero de electrones ganados o perdidos por un mol del compuesto en cada semi-reaccin.

5. Constante de Faraday

La cantidad de electricidad necesaria para liberar un equivalente gramo redox de cualquier sustancia es 1 Faraday. Esto es evidente si se tiene en cuenta que para liberar un equivalente gramo (mol / n de cargas) se necesita un mol de electrones.

6. Electrlisis de sales fundidas y en solucin

Cuando el cloruro de sodio se encuentra fundido, se puede electrolizar para formar sodio metlico y cloro. Los cationes y aniones son los iones de Sodio Na+ y Cloro Cl-, respectivamente. Si se hace circular una corriente entre los electrodos, se producen reacciones redox, es decir, se oxida el cloro y se reduce el sodio, como a continuacin:Oxidacin del Cloro (nodo)

Reduccin del Sodio (Ctodo)

Ecuacin Redox

Cuando la sal se encuentra en una solucin acuosa, el proceso se torna ms complicado porque existen varias especies que pueden oxidarse y reducirse. Adems, los clculos tericos no son iguales en la prctica y se necesita un sobrevoltaje para obtener lo estudiado.Hemiecuacin de reduccinHemiecuacin de oxidacinEcuacin RedoxHemiecuacin de reduccinHemiecuacin de oxidacinEcuacin RedoxHemiecuacin de reduccinHemiecuacin de oxidacinEcuacin Redox

Las reacciones Redox a llevarse a cabo en la electrlisis son:

Se puede ver que la concentracin de iones de Cloro disminuye durante la electrlisis y aumenta la de iones Oxidrilos. Entonces, adems de molculas de Hidrgeno y Cloro gaseoso, se obtiene Hidrxido de Sodio como producto secundario.

5. Serie Electromotriz

Cuando metales distintos estn separados por un electrolito se establece entre dichos metales una diferencia de potencial. Los diversos metales pueden ordenarse en una serie, llamada serie electromotriz, en la cual cada uno de ellos sea ms electropositivo que los que le siguen. La serie electromotriz se puede usar para determinar la espontaneidad de las reacciones redox y para el clculo de potenciales que se pueden obtener por la combinacin adecuada de dos semi-reacciones.

6. Pilas.

Las pilas son clulas electroqumicas en las que tiene lugar espontneamente un proceso de oxidacin y reduccin que genera energa elctrica. Para que se produzca un flujo de electrones, es necesario separar fsicamente las dos semirreacciones del proceso, por lo que los electrodos se encuentran en cubas distintas.6.1. Pila de Daniell

En este tipo de pila se sumerge una barra de Zinc en una solucin de Sulfato de Zinc ZnSO4 1M y una barra de Cobre en una solucin de Sulfato Cprico CuSO4 1M. El funcionamiento se basa en el principio de oxidacin del Zno a Zn+2 y la reduccin del Cu+2 a Cuo simultneamente en recipientes separados, llamado cada uno media pila, y conectados mediante un puente salino que conduce los aniones y cationes, lleno con una solucin de KCl que acta como un electrolito inerte a la reaccin Redox. Esto produce como resultado una diferencia de potencial de 1,10 V. La ecuacin planteada de esta pila sera:Oxidacin del Zinc (nodo)

Reduccin del Cobre (Ctodo)

Ecuacin Redox

Adems de este modelo, se puede emplear uno donde las medias pilas estn separadas por una pared porosa, que evita la mezcla mecnica de las soluciones pero permite el paso de de iones bajo la influencia del flujo elctrico.

7. Fuerza electromotriz de una pila

La fuerza electromotriz o FEM, es la diferencia de potencial elctrico entre el nodo y el ctodo, y se mide de forma experimental con un voltmetro, donde la lectura es el voltaje de la celda. Este voltaje depende de la naturaleza de los electrodos, de los iones, de la concentracin de solucin y la temperatura de funcionamiento de cada celda.

8. Potencial de los electrodos.

El potencial de una pila (Epila) se considera como la suma de los potenciales de cada media pila (Eoxidacin y Ereduccin). Estos potenciales estn basados en un electrodo de referencia, el hidrgeno, al que se le asigna el cero.No es necesario utilizar el electrodo de hidrgeno cada vez que se quiera conocer el potencial de un electrodo, sino que basta con que uno de los dos electrodos tenga un potencial conocido.

9. Ecuacin de Nernst.

Esta ecuacin brinda una relacin entre el voltaje de celda y la concentracin de reactivos y productos de una reaccin redox.Si consideramos:

Donde:

Si reemplazamos los valores de G y G, obtendremos:

En donde Q es el cociente de reaccin. Para 25 C, la ecuacin sera:

10. Celdas Voltaicas Primarias y Secundarias.

Las celdas voltaicas primarias pueden producir corriente inmediatamente despus de su conexin. Este es el caso de las pilas desechables, que estn destinadas a ser utilizadas una sola vez. No se pueden recargar ya que las reacciones qumicas no son fcilmente reversibles y los materiales activos no pueden volver a su forma original.Las celdas voltaicas secundarias deben ser cargadas antes de su uso; por lo general son ensambladas con materiales y objetos activos en el estado de descarga. Se pueden regenerar mediante la aplicacin de una corriente elctrica, que invierte las reacciones qumicas que se producen durante su uso.

11. Acumulador

Es una celda electroqumica o un conjunto de celdas combinadas que pueden servir como fuente de corriente elctrica directa a un voltaje constante.El acumulador de plomo es uno de los ms utilizados y est formado de seis celdas idnticas ensambladas en serie, cada celda tiene un nodo de plomo y un ctodo de dixido de plomo, empaquetados en una placa metlica. El nodo y el ctodo estn inmersos en una solucin acuosa de cido sulfrico, que funciona de electrolito. Cada celda produce 2 V, por lo que en conjunto suministran 12 V. Este acumulador o batera es recargable, lo que significa que la reaccin electroqumica es reversible. Las reacciones en la celda durante el funcionamiento normal son:

Las reacciones durante la carga son las mismas pero en sentido contrario, por lo que se considera la reaccin como completamente reversible.

12. Corrosin.

Es el deterioro de los metales por un proceso electroqumico. Es un fenmeno que vemos a diario, principalmente en el hierro, o cuando se forma una capa verde en el cobre, cuando se empaa la plata o se opaca el aluminio. Si nos centramos en el hierro, la formacin de herrumbre u oxidacin se debe al contacto de este en oxgeno y agua. En el proceso, una parte de la superficie del metal funciona como nodo, donde se lleva a cabo la oxidacin, segn la ecuacin redox:

Estos electrones reducen el oxgeno de la atmsfera, formando agua. Este proceso se lleva a cabo en el ctodo, que es otra parte de la superficie del metal. En redox sera:

Entonces, se puede expresar la reaccin redox global de oxidacin como:

Los iones de Hierro se oxidan posteriormente con el oxgeno, en una reaccin que forma xido Ferroso, que es lo que conocemos como herrumbre.

Anexo

Resolucin de Ecuaciones Redox

CONCEPTOS BSICOS

OXIDACINLa oxidacin tiene lugar cuando una especie qumica pierde electrones y en forma simultnea, aumenta su nmero de oxidacin. Si se trata de un elemento sin carga, se formara un in cargado positivamente.

REDUCCINLa reduccin ocurre cuando una especie qumica gana electrones y al mismo tiempo disminuye su nmero de oxidacin. Si tenemos un elemento sin carga, al reducirse se convierte en un in con carga negativa.

AGENTE OXIDANTEEs la especie qumica que un proceso redox acepta electrones y, por tanto, se reduce en dicho proceso.

AGENTE REDUCTOREs la especie qumica que un proceso redox pierde electrones y, por tanto, se oxida en dicho proceso (aumenta su nmero de oxidacin).

BALANCEO DE RACCIONES REDOX POR EL MTODO DEL ION ELECTRN

I. REACCIONES QUE OCURREN EN MEDIO CIDOBalancear la reaccin qumica siguiente:

Paso 1. Los compuestos inicos se separan en sus iones componentes, sealando con toda claridad sus cargas correspondientes. Los xidos y los compuestos covalentes no se separan en iones.

Paso 2. Se simplifica la reaccin eliminando de ella todas aquellas especies qumicas que no tienen cambios durante el proceso.

Las especies que permanecen despus de esta simplificacin son las que toman parte en el proceso redox. El resultado de este proceso recibe el nombre de reaccin inica. En sta, puede advertirse que aparece el ion H+, lo cual indica que el proceso redox ocurre en medio cido.

Paso 3. Se escriben las semirreacciones de oxidacin y de reduccin en cualquier orden:

Paso 4. Balance de masa:a. Primero se balancean todos los elementos que no sean oxgeno ni hidrgeno, es decir, se procede al balance estequiomtrico normalmente. En este caso no hay que balancear.b. Ahora se balancea el oxgeno. En medio cido, el exceso de oxgeno se balancea con agua en el miembro contrario de la semirreaccin. En la primera ecuacin, el radical nitrito tiene 2 oxgenos dems que el perxido de nitrgeno, por lo tanto, agregamos 2 moles de agua de ese lado.

c. Por ltimo se balancea el hidrgeno con el doble de iones H+ que agua en el miembro contrario.

Con esto concluye el proceso de balance de masa.

Paso 5. Balance de carga. Este paso slo debe realizarse despus del balance de masa. Nunca antes. Este paso puede efectuarse utilizando desigualdades, las cuales se resuelven agregando electrones (e-) para igualar las cargas inicas.a. Para la primera hemiecuacin:

(Reduccin)

b. Para la segunda hemiecuacin:

(Oxidacin)

Paso 6. Balance del nmero de electrones perdidos y ganados. El nmero de electrones perdidos y ganados debe ser el mismo en todo proceso redox. Esto se logra multiplicando por el factor adecuado las hemiecuaciones redox balanceadas por masa y carga.

Y esto es lo que se conoce como la ecuacin redox:

Paso 7. Los coeficientes que se obtienen en la ecuacin redox se trasladan a la reaccin general, pero slo quedaran balanceadas las especies que intervinieron en el proceso redox, por lo que se deben ajustar (si es necesario) las especies que permanecieron sin cambios en el proceso redox:

II. REACCIONES QUE OCURREN EN MEDIO BSICOBalancear la reaccin qumica siguiente:

Paso 1. Los compuestos inicos se separan en sus iones componentes, sealando con toda claridad sus cargas correspondientes. Los xidos y los compuestos covalentes no se separan en iones. Los elementos tienen carga cero.

Paso 2. Se simplifica la reaccin eliminando de ella todas aquellas especies qumicas que no tienen cambios durante el proceso.

Las especies que permanecen despus de esta simplificacin son las que toman parte en el proceso redox. El resultado de este proceso recibe el nombre de reaccin inica. En sta, puede advertirse que aparece el ion OH lo cual indica que el proceso redox ocurre en medio bsico.

Paso 3. Se escriben las hemiecuaciones de oxidacin y de reduccin en cualquier orden

Paso 4. Balance de masa:a. Primero se balancean todos los elementos que no sean oxgeno ni hidrgeno. En la primer hemiecuacin, tenemos 2 tomos de Bismuto en los reactivos y slo uno en los productos.

b. Balanceo del oxgeno. El oxgeno se balancea agregando molculas de agua del mismo lado de la reaccin donde hay exceso de ste.

c. El hidrgeno se balancea en el miembro contrario agregando el doble de iones OH-

Paso 5. Balance de carga. Este paso slo debe realizarse despus del balance de masa. Nunca antes. Este paso puede efectuarse utilizando desigualdades, las cuales se resuelven agregando electrones (e-) para igualar las cargas inicas.a. Para la primera hemiecuacin:

(Oxidacin)

b. Para la segunda hemiecuacin:

(Reduccin)

Paso 6. Balance del nmero de electrones perdidos y ganados. De nuevo, el nmero de elctrones perdidos y ganados en el proceso redox debe ser el mismo. Por tanto, las semirreacciones redox se multiplican por el factor adecuado para lograr este propsito.

Y esto es lo que se conoce como la ecuacin redox:

Paso 7. Los coeficientes que se obtienen en la ecuacin redox se trasladan a la reaccin general, pero slo quedaran balanceadas las especies que intervinieron en el proceso redox, por lo que se deben ajustar (si es necesario) las especies que permanecieron sin cambios en el proceso redox.