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CONCEPTOS BSICOS DE QUMICA

IES La Magdalena. Avils. Asturias

Los tomos de distintos elementos pueden unirse mediante un enlace (inico o covalente) formando un compuesto.

Cuando se forma un compuesto se obtiene una nueva sustancia cuyas propiedades no tienen nada que ver con las de los elementos que lo forman.

Cuando dos (o ms) elementos se combinan para formar un compuesto lo hacen siempre en la misma proporcin.

Una vez formado el compuesto no es fcil volver a obtener los elementos que lo integran. Algu-nas veces slo podemos lograr una recupera-cin parcial (de alguno de los elementos), y hay que usar procedimientos muy distintos a los usados para separar las mezclas (decantacin, filtracin, destilacin) los cuales, en muchas ocasiones, implican el aporte de una cantidad considerable de energa.

Una molcula es un conjunto de tomos unidos mediante enlace covalente. Cuando los tomos enlazados no son iguales te-nemos la molcula de un compuesto.

La molcula es la unidad ms pequea de los compuestos , ya que si la rompemos ob-tendremos los elementos que la forman, pero ya no existir el compuesto.

Las molculas se representan mediante una frmula qumica, que consta de los sm-bolos de los elementos que la forman, afecta-dos de unos subndices que indican la propor-cin en que los tomos estn combinados.

Conviene recordar que los compuestos ini-cos no forman molculas, sino grandes agregados de iones o cristales . En este caso, la frmula indica los iones enlazados y la proporcin en que se encuentran.

Las molculas tienen formas distintas: linea-les, triangulares, tetradricas que viene de-terminada por el nmero de tomos o grupos unidos al tomo central.

Molcula de agua.

Frmula: H2 O

Proporcin:

2 tomos de H 1 tomo de O

Molcula de trixido de azufre.

Frmula: SO3

Proporcin:

1 tomo de S 3 tomos de O

Na Cl

Frmula de un compuesto inico.

Iones que se enlazan: Cl y Na+

Proporcin:

1 in Cl

1 in Na+

Algunas veces los compuestos se pu e-den romper, y obtener los elementos que los forman, calentndolos fuertemente.

Por ejemplo, calentando un xido de mercu-rio se desprende un gas: el oxgeno y se observa que en las partes fras del recipien-te que contiene el xido aparecen unas gotitas brillantes de mercurio metlico.

NOTA. Para realizar este experimento hay que tomar precauciones. Los vapores de mercurio son muy txicos.

La electrolisis utiliza la corriente elctrica para romper los compuestos y obtener los elementos que los integran.

De esta manera se puede descomponer el agua en sus elementos: hidrgeno y oxgeno.

Los tomos son extraordinariamente pequeos y su masa, en consecuencia, pequesima. Tanto que si usamos como unidad para medirla las unidades de masa a las que estamos acostumbrados, obtendra-mos valores muy pequeos, difcilmente manejables. Por ejemplo, el tomo de hidrgeno tiene una masa de 1,66 10 27 kg y el de carbono 2,00 10 26 kg

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Por esta razn para medir la masa de los tomos se adop-ta una nueva unidad: la unidad de masa atmica (u.m.a). La u.m.a se define de la siguiente manera:

Consideremos un tomo del istopo ms abundante de C, el 12 C; lo dividimos en doce partes iguales y tomamos una de ellas. La masa de esta parte sera la unidad de masa atmica. Considerando esta nueva unidad el 12 C tiene una masa de 12 u

Teniendo en cuenta lo anterior podramos preguntarnos: Cuntos tomos de 12 C sera necesario reunir para tener una masa manejable en el laboratorio, por ejemplo, 12,0 g (valor de la masa atmica expresada en gramos)?

1212 23 12

27

1u 1tomo de C0,012 kg de C 6,02.10 tomos de C

12 u1,66.10 kg =

Se define la unidad de masa atmica como la doceava parte de la masa del tomo de 12C

Unidad de masa atmica

1/12 parte del tomo de 12 C (1, 66. 10 27 kg)

Cuando se habla de la masa atmica de un elemento hemos de tener en cuenta que los tomos de un mismo elemento no son exactamente iguales. Existen istopos que, aunque tienen idntico comporta-miento qumico, son un poco mas pesados unos que otros (ya que tienen distinto nmero de neutrones).

El peso atmico se obtiene entonces como media ponderada de los istopos naturales del elemento.

Ejemplo:

El cloro se encuentra en la naturaleza como mezcla de dos istopos: 35Cl y 37C. El primero de ellos tiene una masa de 34,97 u y una abundancia del 75,53%, mientras que el segundo tiene una masa atmica de 36,97 u y una abundancia de 24,47%. Teniendo en cuenta estos datos la masa del elemento cloro se calcula de la siguiente forma:

(0,7553 x 34,97) + (0,2447 x 36,97) = 35,46 u

La masa de los tomos se determina comparndola con la de la unidad de masa atmica. Imaginemos una balanza capaz de pesar tomos (es una ficcin, no es real). Si quisiramos determinar la masa de un tomo de oxgeno lo pondramos en un platillo e iramos aa-diendo unidades de masa atmica al otro. Cuando se equili-brara la balanza slo tendramos que contar cuntas umas hemos colocado en el otro platillo y tendramos la masa del tomo de oxgeno en umas. En el ejemplo que se puede ver a la derecha la masa del to-mo de oxgeno considerado seran diecisis umas (16 u).

tomo de oxgeno

16 umas

Ejemplos: Protn : 1,00728 umas

Neutrn: 1,00866 umas

Electrn: 0,00055 umas

La masa atmica del protn y del neutrn es muy aproximadamente 1 uma, mientras que la masa del electrn es notablemente ms baja (aproximada-mente 1830 veces ms pequea que la masa del protn)

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El nmero 6,02. 10 23 es muy importante en qumica.

Recibe el nombre de Nmero o Constante de Avogadro (N A)

Es el nmero de tomos de C que hay que reunir para que su masa sea igual a 12 g (el valor de la masa atmica en gramos).Por tanto:

Masa de 1 tomo de C: 12,0 u

Masa de 6,02.10 23 tomos de C: 12,0 g

Comparemos ahora las masas de un tomo de C y uno de H:

Masa de 1 tomo de C : 12 u; masa de 1 tomo de H: 1 u

Observa que un tomo de H tiene una masa 12 veces inferior a uno de C.

Si ahora tomamos 6,02.1023 tomos de C y el mismo nmero de tomos de H, resultar que stos ten-drn una masa 12 veces menor:

Masa de 6,02.10 23 tomos de C: 12,0 g; masa de 6,02.10 23 tomos de H: 1,0 g

Si repetimos este razonamiento para otros tomos llegaramos a idnticas conclusiones:

Masa de 6,02.10 23 tomos de O: 16,0 g

Masa de 6,02.10 23 tomos de N: 14,0 g

Masa de 6,02.10 23 tomos de S: 32,0 g

Como se ha dicho ms arriba, si se toma una cantidad de carbono, tal que contenga 6,02.1023 tomos, y la pesamos, su masa ser de 12,0 g.

Invirtiendo el razonamiento: si pesamos 12,0 g de carbono, podemos asegurar qu e en esa cantidad habr 6,02.10 23 tomos de C. As:

1mol de (tomos) de carbono

es la cantidad de carbono

su masa es 12,0 g

1mol de (molculas) de agua

1mol de (tomos) de hierro

es la cantidad de agua

es la cantidad de hierro

que contiene 6,02.10 23 molculas de agua

que contiene 6,02.10 23 tomos de carbono

que contiene 6,02.10 23 tomos de hierro

su masa es 18,0 g

su masa es 63,5 g

Se define el mol como la cantidad de sustancia que contiene 6,02.10 23 unidades element ales . Cuando se usa el mol las unidades elementales pueden ser tomos, molculas, iones etc.

El mol es la unidad de cantidad de sustancia del Si stema Internacional de Unidades (S.I.)

El concepto de mol permite relacionar la masa o el volumen de una sustancia (medida en gramos o cm3 ) con el nmero de entidades elementales que la forman (tomos, molculas, iones) Podemos contar entidades elementales determinando la masa o midiendo volmenes:

230,0 g CO21 mol CO

244,0 g CO

232

2

6,02.10 molculas CO

1 mol CO23

24,10.10 molculas CO=

Si, por ejemplo, queremos coger el doble de molculas de H2 que de O2 para que reaccionen, deberemos coger el doble de moles 4,0 g de H2 y 32,0 g de O2 :

2 mol H 22

2

2,0 g H

1 mol H 24,0 g H

1 mol O

=

22

2

32,0 g O

1 mol O 232,0 g O=

La masa de 1 mol de sustancia es su masa atmica o molecular expresada en gramos.

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Solucin:

Calculamos primero la masa molecular del compuesto: Podemos plantear, por tanto, los siguientes clculos para establecer el tanto por ciento de cada elemento:

Ejemplo 2.

Qu compuesto es ms rico en oxgeno el KClO3 o el N2O4?

Frmulas qumicas. Informacin que sumini stran

Las frmulas usadas en qumica suministran gran informacin sobre los compuestos que representan.

Ejemplo: H2 CO3

La frmula representa una molcula (unidad bsica de un compuesto) de cido carbnico. Esta molcula est formada por 2 tomos de H, 1 de C y 3 de O unidos mediante enlace covalente.

La masa de una molcula de H2 CO3 es 62,0 umas (sumando las masas de los tomos)

La masa de 1 mol (de molculas) ser 62,0 g

Apoyndonos en la frmula podemos establecer la composicin centesimal del compuesto . Esto es, su composicin en tanto por ciento.

Ejemplo 1.

Obtener la composicin centesimal del cido carbnico (H2 CO3 )

H2 CO3

H : 1,0 . 2 = 2,0

C: 12,0 .1 = 12,0

O: 16,0 .3 = 48,0

62,0

La masa de un mol de H2CO3 es 62,0 g.

Esos 62,0 g, se distribuyen de la siguiente manera:

2,0 g de H 12,0 g de C 48,0 g de O

2,0 g H

62,0 compuesto

100 g compuesto g H3,23 3,23 % H

100 g compuesto 100 compuesto= =

12,0 g C

62,0 compuesto

100 g compuesto g C19,35 19,35 % C

100 g compuesto 100 compuesto= =

48,0 g 0

62,0 compuesto

100 g compuesto g O77,42 77,42 % O

100 g compuesto 100 compuesto= =

K ClO3

K : 39,1 . 1 = 39,1

Cl: 35,5 .1 = 35,5

O: 16,0 .3 = 48,0

122,6

N2 O4 N : 14,0 . 2 = 28,0

O: 16,0 .4 = 64,0

92,0

48,0 g 0

122,6 compuesto

100 g compuesto g O39,15 39,15 % O

100 g compuesto 100 compuesto= =

64,0 g 0

92,0 compuesto

100 g compuesto g O69,57 69,57 % O

100 g compuesto 100 compuesto= =

En el K ClO3 :

En el N2O4 :

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Determinacin de la frmula de un compuesto conocid a su composicin centesimal

Calculamos a continuacin los moles de cada elemento contenidos en 100 g de compuesto:

Luego los tomos contenidos en 100,0 g de compuesto estarn en esa relacin. Si tomamos el ms pequeo de los valores como unidad, podemos determinar en qu relacin estn combinados. Para lograrlo dividimos todos los valores por el menor y aproximamos al valor entero:

El conocimiento de la masa molecular del compuesto permite establecer cul es la frmula molecular. Efectivamente. La masa molecular de CH3 es 15,0 g/mol. Si nos dicen que la masa mo-lecular aproximada es 29,5 g/mol, deducimos que n =2. Por tanto, la frmula molecular del com-puesto ser : C2H6.

Una vez determinada la frmula molecular se puede establecer su masa atmica exacta sumando las masas atmicas de los tomos que la integran.

NOTA.

Puede ocurrir que tras la divisin por el menor nmero nos de nmeros tales como:

Elemento A : 1,00

Elemento B : 1,45

Elemento C : 2,95

Es decir, que alguno de los nmeros est prximo a 0,50, 1,50, 2,50etc. En este caso para obte-ner subndices enteros, multiplicamos por 2 todos los nmeros obtenidos:

Elemento A : 1,00 2

Elemento B : 1,45 2,90 3

Elemento C : 2,95 5,80 6

Stanislao Cannizzaro Palermo. Sicilia.

(1826 1910)

Ejemplo 3 . Se analiza un compuesto de C e H obtenindose un 80,0 % de C y un 20,0 % de hidrgeno.

La determinacin aproximada de su masa molecular dio un valor de 29, 5 g/mol.

Determinar la frmula de la sustancia.

Solucin:

El mtodo propuesto por Cannizzaro permite averiguar la frmula pro-bable de la sustancia (tambin llamada frmula emprica ). Si adems se conoce la masa molecular (aunque sea aproximada), se puede de-terminar la frmula verdadera o molecular.

Partimos del significado de la composicin centesimal.

Que el compuesto tenga un 80 % de C y un 20% de H, significa que si tomamos 100,0 g de compuesto, 80,0 g sern de C, y 20,0 g de H.

80,0 g C1mol tomos C

12,0 g C6,67 mol tomos C

20,0 g H

=

1mol tomos H

1,0 g H20,0 mol tomos H=

6,67C : 1 1

6,6720,0

H: 2,9 36,67

=

=

Por tanto una frmula posible para la molcula ser CH3 , pero hay que tener en cuenta que en las siguientes molculas: C2 H6 C3H9 y C4 H12

, tambin los tomos estn combinados en proporcin 1 : 3 . Es decir, si no conocemos ms datos slo podemos afirmar que la frmula proba-ble o emprica del compuesto ser (CH3) n

Frmula emprica: (A2B3C6)n