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SIMBOLOS QUIMICOS. PRINCIPIOS DE LA QUIMICA. DEFINICION DE REACCION QUIMICA. REGLAS DEL NUMERO DE OXIDACION.

 

SIMBOLOS QUIMICOS

Cada elemento tiene una forma de representacion convencional y aceptada. Muchas veces coincide con la primer letra de su nombre, y otra mas de ser necesario ( ej: C, Ca, Cd).

 

LAS FORMULAS Y LA TABLA  PERIODICA.

El ordenamiento de los elementos en la tabla periodica es posible porque las propiedades fisicas y quimicas de los mismos son funciones periodicas de sus numeros atomicos, siendo el número atómico la cantidad de protones que hay en el núcleo.

Una de las propiedades, relacionada con la formacion de enlaces, es la electronegatividad (capacidad de un atomo para atraer electrones (e-) de otro en una molecula).

La formacion de enlaces permite generar compuestos. La clase y numero de elementos que se encuentran en un compuesto se expresa mediante una formula.


Como se forman los enlaces?

Los atomos interaccionan modificando el numero de electrones de sus niveles electronicos externos de tal forma que tienden a adquirir la estructura del gas noble mas proximo (regla del octeto).

Es decir, en la formacion de un enlace quimico los atomos modifican su estructura electronica original, intercambiando o compartiendo electrones con atomos vecinos, de modo de alcanzar 8 electrones en su capa mas externa (salvo H, Li, Be, cuyo gas noble mas proximo es el He, con 2 e-).

Para visualizar la formacion de enlaces quimicos, se utilizan los simbolos de Lewis.

 

Como se escribe la formula de un compuesto?

Si bien los simbolos de Lewis describen como es el enlace, para escribir las formulas se hace uso del concepto de estado de oxidacion.

El estado de oxidacion surge de la asignacion de los electrones que forman el enlace al atomo mas electronegativo, y luego se comparan los e- de c/atomo con los que tenia en su estado elemental (no combinado):

   si gano e- tiene estado de oxidacion negativo.

   si perdio e- tiene estado de oxidacion positivo.

 

Reglas:

1) el numero de oxidacion de un elemento en estado libre es cero.

2) la suma algebraica de los numeros de oxidacion de los atomos de un compuesto es cero.

3) el hidrogeno generalmente actua con numero de oxidacion +1, y el oxigeno con -2.

 

REACCIONES QUIMICAS

Una reaccion quimica tiene lugar cuando una o mas sustancias (reactivos) sufren cambios para formar sustancias diferentes (productos). La descripcionde las reacciones se hace mediante las ecuaciones quimicas.

Las reacciones quimicas se estudian con ayuda de los principios de la quimica, particularmente con el principio de conservacion de la masa :"en todatransformacion quimica la masa del sistema permanece constante" (lo cual implica peso reactivos= peso productos), y los postulados de Dalton: "en una reaccion quimica, los atomos no se crean ni destruyen" (es decir que el numero de atomos de c/elemento debe ser el mismo en ambos lados de laecuacion: balance de la ecuacion).

 

OBSERVAR: se balancean átomos pues son los que intervienen en la reacción química. Sin embargo, la menor porción de las sustancias en estado libre es la molécula (las moléculas de la mayoría de los elementos son monoatómicas, pero las de los gases son biatómicas).

como se forman los enlaces?

Los atomos interaccionan modificando el numero de electrones de sus niveles electronicos externos de tal forma que tienden a adquirir la estructura del gas noble mas proximo en la Tabla Periodica.

Es decir, en la formacion de un enlace quimico los atomos modifican su estructura electronica original cediendo, ganando o compartiendo electrones (e-) con atomos vecinos, de modo de alcanzar 8 e- en su capa mas externa (salvo H, Li, Be cuyo gas noble mas proximo es el He, con 2 e-).

Para visualizar la formacion de enlaces quimicos, se utilizan los simbolos de Lewis.

Como se escribe la formula de un compuesto?

Si bien los simbolos de Lewis describen el enlace, para escribir las formulas se hace uso del concepto de estado de oxidacion.

 

NOMENCLATURA DE LOS COMPUESTOS

Hay dos métodos más usuales:

Nomenclatura funcional: hace enfasis en la función (oxido, acido,etc) , la terminacion depende de la funcion y del nro de oxidación ( para óxidos y ácidos, menor estado de oxidación: ..oso, mayor, ..ico.,  Para sales, ..ito, ..ato. Acidos sin O, ..hídrico.Sales sin O,…uro)

Nomenclatura de Stock: se escribe el nro de oxidacion del elemento mas electropositivo con un nro romano entre parentesis.

PRIMERO ESCRIBIMOS LA FORMULA, CON LOS NROS DE OXIDACION, Y DESPUES BALANCEAMOS LA ECUACION. Recordar que las moléculas de los gases son diatómicas (N2,O2, H2, etc), mientras que las de los demás elementos son monoatómicas (Al, Na, C, etc)

 

COMPUESTOS BINARIOS

 

* Metal + oxigeno -----à.oxido basico

Escribamos el oxido de Zn,

Primero trabajamos con los nros de oxidacion (que obtenemos de la Tabla)

El Zn es +2, y el O -2, POR LO TANTO LA FÓRMULA ES ZnO, la suma de los nº oxidación es cero.

 Zn (+2) + O (-2).-------à ZnO

Recordemos que el oxígeno es diatómico,

Y ahora balanceamos la ecuacion

 2 Zn + 02 -------à 2 Zn0

 (2 Zn, 2 O)              (2 Zn, 2 O)

escribamos el oxido de Fe (III), u oxido ferricoprimero trabajamos con los nros de oxidacion, recordando que la suma debe dar cero (o, en forma equivalente, “cruzamos” los nº de oxidación, simplificando cuando sea posible)Fe (+3) + 0 (-2)----à. Fe203

(1 Fe) (1 0)----------à( 2 Fe, 3 0)

Y luego balanceamos4 Fe + 3 02 ----------à2 Fe203

(4 Fe) ( 6 0)---------à.(4 Fe, 6 0)


* no metal + oxigeno--------à oxido acido (anhidrido)

oxido de azufre(IV) o anhidrido sulfuroso o dioxido de azufre.

Primero los nros de oxidacion

S (+4) + 0 (-2).-------à S02

Luego el balance

S +  O2-----------àSO2 

 

Pentoxido de cloro, oxido de Cl (V) o anhidrido clorico

Cl (+5) + 0 (-2)--------à Cl205

(1  Cl) (1 0) ---------à(2Cl, 50)

Y ahora el balance, el cloro y el oxígeno son gases.

2 Cl2 + 502 -------à2 Cl205

(4 Cl) (10 O)...... (4 Cl, 10 O)

 *no metal + hidrogeno hidracido

cloruro de hidrogeno (gaseoso) o acido clorhidrico (disuelto en agua).Cl (-1)+ H(+1)------------ HCl

Pero como en realidad las moleculas son Cl2 y H2

ahora balanceamos

Cl2 + H2----------- 2 HCl

(2 Cl) (2 H)......... (2 Cl,2H)

 

COMPUESTOS TERNARIOS

***En este punto, recordemos que reconocemos a los acidos porque son capaces de ceder protones, y las bases (o hidroxidos), son capaces de ceder OH- (oxidrilos o hidroxilos).

Los acidos estan formados por aniones y H+ (ej. HCl esta compuesto por H+ y el anion Cl-. El HCl0 esta compuesto por H+ y el anion Cl0-).

Las bases estan formadas por cationes y (0H-) (ej el Na(OH) esta compuesto por (0H-) y el cation Na+).

 

Los acidos provienen de la reaccion entre un oxido acido y agua.

Es mas usual la nomenclatura funcional.

*oxido acido + H20---------- acido

el acido nitrico, o acido trioxonitrico(V),

el N actua con +5, el 0 -2, el H +1.

(por el nombre sabemos los estados de oxidacion).

Si escribimos la ecuacion de obtencion

 

N205 + H20 ------2 HN03

Pero tambien puede escribirse la formula directamente, haciendo uso de los nros de oxidacion. Los alumnos utilizan este metodo para escribir la formula de un compuesto sin pasar por la ecuacion de obtencion. No olvidar que este es solo un mecanismo sencillo para escribir formulas, no describe laobtencion del compuesto ni el enlace real.

Sabiendo que el N actua como N+5, y que un acido se reconoce por la existencia de H+, agregamos tantos 0 -2 como sea necesario para que la suma de los nros de oxidacion del anion sea negativa, y asi poder agregar H+

 

N+5, si agregamos 1 0-2 la suma da +3

Si agregamos 2 0-2, la suma da +1

Si agregamos 3 0-2, la suma da - 1, y podemos incluir 1 H+

N03- y 1 H+ resulta HN03

Por lo tanto HN03 es el acido correspondiente al N+5.

Tambien puede tratarse al anion y H+ como en el caso de compuestos binarios, e intercambiar (“cruzar”) los nros de oxidacion.

 

En el caso de las bases, o hidroxidos, trabajamos de la misma forma que con los acidos, recordando que una base se caracteriza porque puede ceder OH-.

Escribamos el hidroxido de sodio (Na +1, 0-2, H+1)

Por la via de obtencion

 

Na20 + H20 ------à2 Na(0H)

Y por la via de la escritura directa, agregando al cation suficientes OH- como para que la suma de los nros de oxidacion sea cero.

Na+ y 0H- resulta Na(0H).

 _________________

**Sales

base + acido -----à sal

 

cation (OH-) + anion (H+)---------à sal (cation+anion) + agua (H+, OH-)

 es decir se reemplazan los H+ del ácido por el catión metálico de la base o hidróxido, recordando las reglas del estado de oxidación.

escribamos el sulfato de Cu(II)

proviene de la reaccion entre el acido sulfurico y el hidroxido de Cu(II)H2S04 + Cu(0H)2---------à CuS04 + 2 H20

 

Y por via de la escritura directa, por el nombre sabemos que los estados de oxidacion son S+6, 0-2, Cu +2,

Escribimos el anion agregando 0-2 hasta que el nro de oxidacion del anion sea negativo S+6 4 0-2

Es decir (S04)-2, y ahora agregamos a la suma el Cu+2

CuS04, y observemos que la suma algebraica de los nros de oxidacion es cero.

En el caso de los acidos con mas de un proton, puede que no todos sean reemplazados por cationes metalicos, y se obtiene una sal acida.

p.ej.

carbonato acido de sodio: el C actua con +6, 0-2, Na+1, H+1.

El acido del cual proviene es el carbonico H2C03, por reaccion con el Na(0H) reemplaza solo un H+ por un Na+.

NaHC03 es el carbonato acido de sodio, o bicarbonato de sodio.

 

Como recorrer el camino inverso, dada una formula escribir el nombre

Hay que reconocer el tipo de elementos (metal, no metal, H, 0) y hallar sus nros de oxidacion, aplicando las reglas del estado de oxidacion.

si encontramos ------------entonces es

metal, 0 -----------oxido basico

no metal, 0-------- oxido acido

metal, OH---------- base

no metal, 0,H -----acido

metal, 0, no metal ------sal

metal, no metal ------sal

Ejemplos

Dada la formula HN02

Observamos que hay H, no metal y 0. Por lo tanto es un acido.

Recordando que 0-2 y H+1, en este caso N +3, que es su menor estado de oxidacion, por lo tanto es el acido nitroso.

Dada la formula NaCl0, hay metal, no metal, 0.Por lo tanto es una sal.

Sabiendo que el Na+1, y 0-2, en este caso Cl +1, su menor estado de oxidacion, por lo tanto es el hipoclorito de sodio.

  MAS EJEMPLOS DE FORMACION DE COMPUESTOS

 

 metal + oxigeno  à   oxido (basico)

 

 4 Cu   O2  à   2 Cu2O         oxido cuproso

                                oxido de Cu(I)

 

  2 Cu +   O2 à   CuO     oxido cuprico

                         oxido de Cu (II)

 

 

* no metal + oxigeno    anhidrido (oxido acido)

 

  2 C      O2-à     2 CO  anhidrido carbonoso

                          oxido de C(II)

                          monoxido de C (pref. griego)

 

 

 

   C    O2-à     CO2   anhidrido carbonico

                       oxido de C(IV)

                       dioxido de C

 

 

* no metal + hidrogeno-à   hidracido

 

   H2   S----à  H2S   sulfuro de hidrogeno

                         acido sulfhidrico (en agua)

 

 

* anhidrido + agua -à     oxacido

                        

  CO2   + H2O à       H2CO3     ac. carbonico

                             ac. trioxocarbonico (IV)

 

   

* oxido basico + agua-à      hidroxido (base)

  

    Fe2O3   H2O -à     2 Fe(OH)3    hidroxido ferrico

                                   hidroxido de Fe(III)

 

 

 acido + base   -à   sal + agua

 

  2 HNO3  + Ca (OH)2  --à    Ca (NO3 ) 2 + 2 H O

                        nitrato de calcio

                        trioxonitrato (V) de Ca(II)

 

  Cu (OH) + HCl    -à    CuCl     cloruro cuproso

                                cloruro de Cu(I)          

 

sales acidas o hidrogenadas

 

       H2CO3 + Na(OH)-à       NaCO3H  + H2O


                            bicarbonato de sodio

                            hidrogeno carbonato de Na

 

 

 

 

            Estequiometria

Estequiometria

Conceptos previos:escritura de formulas, ecuaciones quimicas, unidades de masa.

Ejercicios interactivos    

http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/quimec/multchoice.html

 

 

 

La estequiometria es el estudio de las relaciones cuantitativas asociadas con las reacciones quimicas.

Para realizar calculos estequiometricos es necesario saber como

  • escribir las formulas de los compuestos
  • balancear las ecuaciones quimicas
  • realizar los calculos con las unidades correctas

ejemplo:

cuantos gramos de Cl207 y de H20 se necesitan para obtener 4 moles de acido perclorico?

  • escribir la formula del acido perclorico: por el nombre, el estado de oxidacion del Cl +7, y 0 –2, H +1.

Verificando que la suma de los estados de oxidacion da cero, la formula es HCl04.

Ahora balanceamos la ecuacion de obtencion


Cl207 + H20.................... 2 HCl04

2 Cl,  8O , 2H.........…………..2 H,2 Cl, 8 O

Y calculamos los pesos moleculares (PM)

PM Cl207= 182 ,PM H20= 18, PM= HCl04 100

Los PM se expresan en gramos, ya que estamos trabajando con moles.

Verificar el balance de masa!!!!!!!

(masa reactivos 200g, masa productos200g.)


Cl207 + H20 .........2 HCl04

182 g 18 g………..2 x 100 g

Y ahora contestamos la pregunta del problema

De la ecuacion quimica, observamos que para obtener 2 moles de HCl04 necesitamos 182 g de Cl207 y 18 g de H20, y por regla de tres podemos calcular cuanto necesitamos para obtener 4 moles de acido.

 2 moles de HCl04..... 182 g Cl207

4 moles de HCl04 .....x = 182 x 4 / 2 = 364 g de HCl04


2 moles de HCl04 ......18 g H20

4 moles de HCl04 .......x = 18 x 4 / 2 = 36 g de H20

 

AHORA CALCULEMOS Si disponemos de 100 g de Cl207 y 100 g de H20, cuanto HCl04 se obtendra?

Primero hay que saber cual es el reactivo limitante, es decir aquel del que hay menos cantidad que la estequiometrica

100 g Cl207 y   100 g H20   son reactivos 

productos¿???

 

De la ecuacion balanceada sabemos que la relacion estequiometrica Cl207/H20 es

182g de Cl207/18g H20 =10.11 , mientras que disponemos de 100g Cl207/100g H20 = 1 es decir que el Cl207 es el reactivo limitante, por lo tanto con el debemos hacer los calculos de cuanto producto obtendremos:

182 g Cl207.....  2 moles de HCl04

100 g de Cl207.......  x= 2 x 100/182 = 1.10 moles de HCl04

 

Cuanta H20 utilizamos en la reaccion?

Si observamos la ecuacion de obtencion

 

2 moles de HCl04....... 1 mol H20

1.1 mol de HCl04........ x= 0.55 moles H20

 

0.55 moles de H20 pesan 9.9 g. Que sucede con el resto del agua... permanece sin reaccionar, CUMPLIENDO EL PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA MASA

  partiendo de  100g Cl207 100 g H20

 

se obtiene   110 g HCl04 ,,,sin reaccionar 90 g H20

 

 COMPOSICIÓN CENTESIMAL

 

%= gramos c/elemento

       100 g de compuesto

Dada la fórmula, se puede calcular la composición centesimal, y viceversa.

 

¿Cuál es la composición centesimal del NaCl?

         PM del NaCl= 35,5g de Cl + 23 g de Na = 58,5 g de NaCl

 

En 58,5 g de NaCl…………..35,5 g Cl

En 100 g de NaCl…………….x= 60,7 g Cl, que en 100g de NaCl representan 60,7 % de Cl.

 

En 58,5 g de NaCl…………23 g Na

En 100 g de NaCl……………..x= 39,3 g de Na, es decir 39,3 % de Na.

 

La composición centesimal del NaCl es 60,7 % de Cl y 39,3 % de Na.

 

 

Si disponemos de los datos del análisis de una muestra, que dio 39,3 % de Na y 60,7 % de Cl, ¿cómo obtenemos su fórmula mínima?

Recordando que las fórmulas son relaciones numéricas entre átomos ( o moles de átomos)de cada elemento

 

23 g Na………….1 mol de átomos de Na

39,3 g Na…………..x=1,70 moles de átomos de Na

 

 

35,5 g de Cl…………1 mol de átomos de Cl

60,7 g de Cl……………x=1,70 moles de átomos de Cl

 

Por ahora tenemos 1,70 moles Na y 1,70 moles Cl.    Pero dividiendo por el máximo común divisor

 

 

1,7 moles de átomos de Na       +     1,7 moles de átomos de Cl  =    1 Na  1 Cl , es decir NaCl

                                        1,7