Segunda Sesin

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Segunda Sesión

• Unidades de Concentración

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Concentración

• La concentración es la magnitud física que
  expresa la cantidad de un elemento o un compuesto
  por unidad de volumen.
• En el SI se emplean generalmente las unidades
  molm-3.

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Disoluciones

• En química, una disolución es una mezcla
  homogénea, a nivel molecular de una o más
  especies químicas que no reaccionan entre sí
  cuyos componentes se encuentran en proporción que
  varía entre ciertos límites.

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Disoluciones (2)

• Toda disolución está formada por una fase
  dispersa llamada soluto y un medio dispersante
  denominado disolvente.
• También se define disolvente como la sustancia
  que existe en mayor cantidad que el soluto en la
  disolución.

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Disoluciones (3)

• Una disolución puede estar formada por uno o más
  solutos y uno o más disolventes.
• Una disolución será una mezcla en la misma
  proporción en cualquier cantidad que tomemos (por
  pequeña que sea la gota), y no se podrán separar
  por centrifugación ni filtración.

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Unidades de concentración

• Molaridad
• Molalidad
• Normalidad
• Formalidad
• Partes por millón
• Porcentajes
• Fracción molar

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Molaridad

• La molaridad o concentración molar (M) es el
  número de moles de soluto por litro de
  disolución.

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Molaridad (2)

• Ejemplo
• Si se disuelven 0.5 moles de soluto en 100 mL de
  disolución, se tiene una concentración de ese
  soluto de 5 M (5 molar).

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Problemita

• Cuántos gramos de dicromato de potasio (K2Cr2O7)
  se requieren para preparar 250 mL de una
  disolución cuya concentración sea 2.16 M?
• Primero Determinar el número de moles en una
  solución 2.16 M

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• Si en 1 litro hay 2.16 moles, en 250 mL habrá
  2.16 / 4 0.54 moles.
• Segundo Calcular el peso en gramos de 0.54 moles
  de K2Cr2O7
• Masas atómicas
• K 39.10
• Cr 52.00
• 0 16.00
• Masa molar del K2Cr2O7 294.2

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• Entonces, el peso de K2Cr2O7 necesario es
• n m / PM
• 0.54 x 294.2 158.86 g de K2Cr2O7

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Molalidad

• La molalidad (m) es el número de moles de soluto
  por kilogramo de solvente.

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Problemita

• Cuál es la molalidad de una disolución que se
  preparó disolviendo 5 g de tolueno (C7H8) en 225
  g de benceno (C6H6)?
• Primero Cuántas moles de tolueno?
• Pesos atómicos C-12, H-1

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• 5 g / 92 g mol-1 0.054
• Segundo Cuántos Kg de benceno?
• 0.225
• 0.054/0.225 0.24 m

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Normalidad

• La normalidad (N) es el número de equivalentes
  (n) de soluto (st) por litro de disolución (sc).

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Peso Equivalente

• Peso equivalente Cantidad en gramos que
  contiene, se combina o desaloja 1 gramo (1.0078
  g) de Hidrógeno.

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Peso Equivalente (2)

• Ácidos
• PE PM / H sustituibles
• Bases
• PE PM / Número de OH
• Sales
• PE PM / Valencia del catión

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Peso Equivalente (3)

• Elemento
• PE PA / Valencia
• En general
• PE PM / Cambio de valencia

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Problemita

• Cuál es el peso equivalente del H3PO4 (PM 98)?
• Como hay 3 hidrógenos sustituibles, el peso
  equivalente el PM / 3 32.7

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Problemita (2)

• Cuál es la normalidad de una solución 1.4 M de
  H2SO4?
• Cada mole de H2SO4 tiene 2 equivalentes, por lo
  tanto, el número de equivalentes por litro es 2
  veces el número de moles por litro
• 2.8 N

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Formalidad

• La formalidad (F) es el número de peso-fórmula en
  gramos por litro de solución.

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Peso-fórmula en gramos

• El Peso-fórmula en gramos es la suma de los pesos
  atómicos de todos los átomos en la fórmula mínima
  de un compuesto.
• El peso fórmula no depende de si la substancia es
  una molécula o no.
• Vg. Hay sales que no se encuentran como moléculas
  aisladas.

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Problemita

• Encuentre el Peso-fórmula en gramos de
  Na2CO3.10H2O
• 2Na 2 x 23 46
• 1C 1 x 12 12
• 3O 3 x 16 48
• 10H2O 10 x 18 180
• 286 g/mole

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Partes por millón

• Partes por millón (abreviado como ppm) unidad
  empleada usualmente para valorar la presencia de
  elementos en pequeñas cantidades (traza) en una
  mezcla.
• Generalmente suele referirse a porcentajes en
  peso en el caso de sólidos y en volumen en el
  caso de gases.
• Se abrevia como ppm. También se puede definir
  como "la cantidad de materia contenida en una
  parte sobre un total de un millón de partes."

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Partes por millón (2)

• Se divide el volumen en un millón de partes.
• Supongamos que tenemos un cubo homogéneo de un
  metro de arista, cuyo volumen es un metro cúbico
  (m³). Si lo dividimos en 'cubitos' de un
  centímetro de lado, obtendríamos un millón de
  'cubitos' de un centímetro cúbico,(cm³ o cc). Si
  tomamos uno de esos 'cubitos', del millón total
  de 'cubitos', tendríamos una parte por millón.

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Partes por millón (3)

• ppm mg de soluto / Kg de solución
• o
• ppm (peso del soluto / peso de la solución) x
  108
• En el segundo caso, debemos tener el peso del
  soluto y de la solución en las mismas unidades
  (Kg)

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Porcentajes
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Fracción Molar

• xsoluto nsoluto/ntotal

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Densidad

• Para ciertas soluciones muy usadas (por ejemplo
  ácido sulfúrico, hidróxido de sodio, etc.) se
  indica la concentración de otra forma.
• Densidad

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Densidad (2)

• Si bien la densidad no es una forma de expresar
  la concentración, ésta es proporcional a la
  concentración (en las mismas condiciones de
  temperatura y presión).
• Por esto en ocasiones se expresa la densidad de
  la solución a condiciones normales en lugar de
  indicar la concentración pero se usa más
  prácticamente y con soluciones utilizadas muy
  ampliamente.

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Densidad (3)

• También hay tablas de conversión de densidad a
  concentración para estas soluciones aunque el
  uso de la densidad para indicar la concentración
  es una práctica que está cayendo en desuso.

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Balanceo de reacciones químicas
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Óxido-reducción

• Ocurren reacciones de oxidación reducción
  (redox) cuando las sustancias que se combinan
  intercambian electrones.
• De manera simultánea, con dicho intercambio,
  tiene lugar una variación en el número de
  oxidación (estado de oxidación) de las especies
  químicas que reaccionan.

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Número de oxidación

• El número de oxidación puede definirse como la
  carga real o virtual que tienen las especies
  químicas (átomos, moléculas, iones) que forman
  las sustancias puras.
• Esta carga se determina con base en la
  electronegatividad de las especies según las
  reglas siguientes.

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Paréntesis

• Electronegatividad

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Electronegatividad

• Los elementos que presenten valores grandes de
  electronegatividad son elementos que tienen gran
  tendencia a atraer electrones y se dice que son
  los elementos mas electronegativos
• Aquellos elementos con valores de
  electronegatividad pequeños tenderán a ceder
  electrones y se dirá que son los elementos menos
  electronegativos

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Electronegatividad (2)
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Electronegatividad (3)
La electronegatividad es una propiedad periódica
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Número de oxidación de un elemento químico

• El número de oxidación de un elemento químico es
  de cero ya sea que este se encuentre en forma
  atómica o de molécula polinuclear.
• Ejemplos
• Na0, Cu0, Fe0, H20, Cl20, N20, O20, P40, S80

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Número de oxidación de un ion monoatómico

• El número de oxidación de un ion monoatómico
  (catión o anión) es la carga eléctrica real,
  positiva o negativa, que resulta de la pérdida o
  ganancia de electrones, respectivamente.
• Cationes
• Na, Cu2, Hg2, Cr3, Ag, Fe2, Fe3
• Aniones
• F-, Br-, S2-, N3-, O2-, As3-

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Número de oxidación del hidrógeno

• El número de oxidación del hidrógeno casi siempre
  es de 1 , salvo en el caso de los hidruros
  metálicos donde es de 1.

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Número de oxidación del oxígeno

• El número de oxidación del oxígeno casi siempre
  es de 2, (O2) salvo en los peróxidos, donde es
  de 1, (O22) y en los hiperóxidos donde es de ½
  (O21).

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Números de oxidación de los elementos que forman
compuestoscovalentes binarios.
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• Los números de oxidación de los elementos que
  forman compuestos covalentes binarios (compuestos
  que se forman entre no metales) son las cargas
  virtuales que se asignan con base en la
  electronegatividad de los elementos combinados.

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• Al elemento más electronegativo se le asigna la
  carga negativa total (como si fuera carga
  iónica). Al otro elemento del compuesto se le
  asigna carga positiva (también como si fuera
  carga iónica).

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Compuestos binarios covalentes

• Si, B, Sb, As, P, H, C, N, Te, Se, I, Br, Cl, O,
  F

Asignación de la carga negativa
Asignación de la carga positiva
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• Metano (CH4)
• CH40 C4- H40 C4- 4 H0
• Tetracloruro de carbono (CCl4)
• CCl40 C4 Cl41-0 C4 4Cl1-0
• Bióxido de carbono (CO2)
• CO20 C4O22-0 C42O2-0

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Número de oxidación de un catión o anión
poliatómico

• El número de oxidación de un catión o anión
  poliatómicos es la carga virtual que se asigna a
  los elementos combinados con base en la
  electronegatividad de dichos elementos.
• La carga virtual que se asigna se considera como
  si fuera el resultado de la trasferencia total de
  electrones (carga iónica).

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• Ejemplo en el ion nitrato, NO3 , los estados de
  oxidación del nitrógeno y del oxígeno son
• N5O32 N53O2 N5 y O2
• Estos estados de oxidación no son cargas reales

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Carga de los iones poliatómicos

• Es la carga iónica que resulta de sumar los
  números de oxidación de los elementos que forman
  el ion.

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Números de oxidación y cargas en compuestos
iónicos poliatómicos
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• Cuando se tiene la fórmula completa de un
  compuesto iónico, la suma tanto de los números de
  oxidación como de las cargas debe ser de cero

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Números de oxidación en compuestos orgánicos

• El número de oxidación de los elementos que
  forman los compuestos orgánicos también se asigna
  con base en la electronegatividad.
• Se sugiere escribir las fórmulas desarrolladas de
  estos compuestos.

54
(No Transcript)
55
Oxidación y reducción
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Oxidación

• La oxidación tiene lugar cuando una especie
  química pierde electrones y en forma simultánea,
  aumenta su número de oxidación.
• Ca0 Ca2 2e-

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Reducción

• La reducción ocurre cuando una especie química
  gana electrones y al mismo tiempo disminuye su
  número de oxidación.
• Cl0 e- Cl1-

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Especies oxidantes y reductoras
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Agente oxidante

• Es la especie química que un proceso redox acepta
  electrones y, por tanto, se reduce en durante el
  proceso.

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• En la reacción
• Ca0 Cl20 CaCl2
• El cloro es el agente oxidante puesto que, gana
  electrones y su carga o número de oxidación pasa
  de 0 a 1
• Esto se puede escribir como
• Cl20 2e- 2Cl1-

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Agente reductor

• Es la especie química que en una reacción redox
  pierde electrones y, por tanto, se oxida en el
  proceso

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• En la reacción
• Ca0 Cl20 CaCl2
• El calcio es el agente reductor puesto que pierde
  electrones y su carga o número de oxidación pasa
  de 0 a 2.
• Esto se puede escribir como
• Ca0 Ca2 2e-