trabajo la lluvia acida

la lluvia acida


La lluvia ácida presenta un pH menor (más ácido) que la lluvia normal o limpia. Constituye un serio problema ambiental ocasionado principalmente por la contaminación de hidrocarburos fósiles. Estos contaminantes son liberados al quemar carbón y aceite cuando se usan como combustible para producir calor, calefacción o movimiento (gasolina y diesel).

El humo del cigarro es una fuente secundaria de esta contaminación, formada principalmente por dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx). Las erupciones volcánicas y los géiseres contribuyen con una pequeña cantidad de estos contaminantes a la atmósfera.

La lluvia ácida se forma generalmente en las nubes altas donde el SO2 y los NOx reaccionan con el agua y el oxígeno, formando una solución diluida de ácido sulfúrico y ácido nítrico. La radiación solar aumenta la velocidad de esta reacción.

SO₃+H₂O --> H₂SO₄

2NO₂+H₂0 --> HNO₃ + HNO₂

La lluvia, la nieve, la niebla y otras formas de precipitación arrastran estos contaminantes hacia las partes bajas de la atmósfera, depositándolos sobre las hojas de las plantas, los edificios, los monumentos y el suelo.

A través del ciclo hidrológico, el agua se mueve en plantas y animales, ríos, lagos y océanos, evaporándose a la atmósfera y formando nubes que viajan empujadas por el viento, de tal suerte que si transportan contaminantes, éstos pueden alcanzar casi cualquier lugar sobre la superficie terrestre.

Una lluvia ¨limpia¨ es imposible de despojar de partículas de polvo y polen y de un pH cercano al 5.6 (ligeramente ácido). Al adicionarse SO2 y NOx el pH se torna dramáticamente ácido (por los ácidos sulfúrico y nitrico formados en la atmósfera).

Los contaminantes pueden depositarse también en forma seca, como gas o en forma de pequeñas partículas. De hecho, casi la mitad de la acidez de la atmósfera se debe a este tipo de deposición.

El viento se encarga de empujar estos contaminantes sobre los edificios, el suelo, el campo y aún, hacia nuestro interior con el aire que respiramos. Cierta parte de estos contaminantes la podemos ingerir con los alimentos a los que ha llegado polvo y gas.

¿Cómo afecta la lluvia ácida?

La lluvia ácida huele, se ve y se siente igual que la lluvia normal, y se podría decir que podemos bañarnos con ella sin sentir un efecto inmediato especial. El daño que produce a las personas no es directo, es más inmediato el efecto de los contaminantes que producen esta lluvia y que llegan al organismo cuando éste los respira, afectando su salud.

Los productos del hombre, monumentos y edificios, son más susceptibles a la acción de la lluvia ácida. Muchas ruinas han desaparecido o están en vías de hacerlo, a causa de este factor.

En los bosques la situación es un tanto distinta. Aunque los científicos no se han puesto de acuerdo con respecto a los efectos inmediatos concretos, todos estiman que la lluvia ácida no mata directamente a plantas y árboles, sino que actúa a través de ciertos mecanismos que los debilitan, haciéndolos más vulnerables a la acción del viento, el frío, la sequía, las enfermedades y los parásitos. La lluvia ácida afecta directamente las hojas de los vegetales, despojándolas de su cubierta cerosa y provocando pequeñas lesiones que alteran la acción fotosintética. Con ello, las plantas pierden hojas y así, la posibilidad de alimentarse adecuadamente. En ocasiones la lluvia ácida hace que penetren al vegetal ciertos elementos como el aluminio (éste bloquea la absorción de nutrientes en las raíces), que afectan directamente su desarrollo.

Los efectos de la lluvia ácida en el suelo pueden verse incrementados en bosques de zonas de alta montaña, donde la niebla aporta cantidades importantes de los contaminantes en cuestión.

Las áreas de cultivo no son tan vulnerables a los efectos de la lluvia ácida, toda vez que generalmente son abonadas con fertilizantes que restituyen nutrientes y amortiguan la acidez.

La naturaleza posee ciertos mecanismos para regular la acidez producida por causas naturales. El suelo, sobre todo el calizo, ejerce una acción amortiguadora (buffer) que impide que el pH se torne demasiado ácido. No obstante, la mayor cantidad de contaminantes llegan al medio como producto de la actividad humana, que los produce en cantidades colosales, que no pueden ser amortiguadas.

En sitios donde los suelos no son tan buenos amortiguadores, o donde el aporte de contaminantes es muy superior a lo que puede reciclarse, se acentúan los efectos nocivos de la lluvia ácida.

No contamos con un registro fiel que nos permita conocer el pH de diferentes terrenos a todo lo largo del territorio mexicano pero ya contamos con un acceso en red para conocer el pH del agua de lluvia en el DF en SECRETARÍA DEL MEDIO AMBIENTE DEL D.F. http://www.sma.df.gob.mx/

Sólo como ilustración, presentamos la estimación que los investigadores Inés García y Carlos Dorronsoro, presentan para el caso de el efecto de la acidez en Europa. Conviene analizar cada caso para establecer alguna relación con respecto a factores como: tipo de suelo, actividad humana preponderante, entre otros.

Los efectos de la lluvia ácida en medios acuáticos (lagos, ríos, estanques) son más evidentes, toda vez que los organismos que en ellos habitan son más vulnerables a las variaciones de pH.

ORGANISMO	LÍMITE QUE SOPORTA (pH)
trucha	5.0
perca	4.5
rana	4.0
salamandra	5.0
lombriz	6.0
mosca	5.5
acocil	6.0

Los organismos adultos pueden ser mucho más resistentes a la acidez, no obstante, cuando los huevos o los jóvenes son afectados por ella, o cuando el alimento natural que los sostiene es abatido por la acidez, los adultos se debilitan o la población merma y puede llegar a desaparecer.

Algunas de las especies químicas que hay en la atmósfera como el SO₂, NO, NO₂ , CO, CO₂ , NH₃ , pueden interactuar con el vapor de agua del aire produciendo iones o ácidos que son los que forman la lluvia ácida.

El agua pura tiene un pH = 7 a 25ºC y una presión de una atmósfera, se ioniza formando iones hidrógeno o protones y iones oxidrilo o hidroxilo, con una concentración cada uno de 10^-7 moles/L.

El agua de lluvia es ligeramente ácida porque el agua y el dióxido de carbono del aire forman ácido carbónico y tiene un pH entre 5.7 y 7. En lugares contaminados por ácido sulfúrico y ácido nítrico el pH de esa lluvia varía entre 5 y 3.

El dióxido de azufre y los óxidos nítrico y nitroso son originados principalmente por las termoeléctricas, los motores de combustión interna de coches y aviones y algunas otras industrias.

Casi todas las construcciones que hace el hombre como edificios, monumentos y maquinaria son corroídos por exposición prolongada a ácidos diluidos, sin embargo, sus efectos a largo plazo sobre la naturaleza son más importantes. El incremento de ácidos en el suelo acelera la velocidad de lixiviación de los nutrientes vitales como el calcio, para las plantas y la vida acuática (afecta el desarrollo de los huevos de los peces).

La lluvia ácida se forma gracias a reacciones como:

CO2 + H2O <========> H2CO3 SO2 + H2O --------> H2SO3 2 SO2 + O2 --------> 2 SO3 SO3 + H2O -------> H2SO4

Las reacciones químicas directas del nitrógeno generalmente requieren altas temperaturas, debido a su poca reactividad química. Su reacción con el oxígeno puede efectuarse usando una descarga eléctrica de alto voltaje:

N₂ + O₂ -----> 2 NO. (Óxido nítrico, gas incoloro).

2 NO_(G) + O_2(G) -----> 2 NO_2(G) . (Bióxido de nitrógeno, gas café).

El bióxido de nitrógeno existe en equilibrio con su dímero, el tetróxido de dinitrógeno, N₂O₄ , que es un gas incoloro y se licua a 21.3ºC.

NO_{2 (G)} <========> N₂O_{4 (G)}.

El dióxido de nitrógeno se descompone por la acción de la luz solar en óxido nítrico y oxígeno atómico (es muy reactivo).

NO_{2 (G)} + hv (radiación solar) -------> NO_(G) + O _(G).

El bióxido de nitrógeno se combina con el agua produciendo ácido nítrico y óxido nítrico o ácido nítrico y ácido nitroso, según la cantidad de bióxido de nitrógeno que reaccione con el agua:

3 NO_{2 (G)} + H₂O_(V) --------> 2 HNO_3(L) + NO_(G) .

2 NO_{2 (G)} + H₂O_(V) ---------> HNO_3(L) + HNO_{2 (L)}.

cambio quimico

El término Estequiometría se emplea para designar el cálculo de las cantidades de las sustancias que participan en las reacciones químicas.

Los cálculos estequiométricos se basan en las relaciones fijas de combinación que hay entre las sustancias en las reacciones químicas balanceadas. Estas relaciones están indicadas por los subíndices numéricos que aparecen en las fórmulas y por los coeficientes. Este tipo de cálculos es muy importante y se utilizan de manera rutinaria en el análisis químico y durante la producción de las sustancias químicas en la industria.

Los cálculos estequiométricos requieren una unidad química que relacione los pesos de los reactantes con los pesos de los productos. Esta unidad química es el mol.

a) Unidades de Medida

- Átomo-gramo Cantidad de sustancia que contiene el peso atómico Molécula-gramo del elemento expresado en gramo.

H = 1,0079 (U.M.A.);

.- Dada la Ecuación Química A₂BC₃ (g) = 2 AC (g) + BC (g)

¿ Cuántas moléculas de AC se producen al reaccionar 1 molécula de A₂BC₃?

Notación Química, Definición de Ecuación Nivel Submicroscópico

respuesta:1; 2; 3; N; 3N

2.- ¿ Cuántos moles de moléculas de AC se producen al reaccionar los 74 g. de A₂BC₃?

Notación Química, Definición de Ecuación Nivel Macroscópico

respuesta:N; 2; 2N; 4N; 4

3.- ¿ Cuántos gramos de BC se obtienen al reaccionar 74 g de A₂BC₃?

Notación Química, Definición de Ecuación Nivel Macroscópico Mol, Peso Molecular

respuesta:7g; 34g; 68g; 74g; 148g

4- ¿ Qué volumen del gas AC se produce simultáneamente, medido éste en C.N.?

Notación Química, Definición de Ecuación Nivel Macroscópico Mol, Peso Molecular,

Volumen Molar de gases en Condiciones Normales de P y T.

respuesta:5,6L; 11,2L; 22,4L; 44,8L; 89,6L

5.- ¿ Cuál es el volumen total del sistema después de reaccionar totalmente los 74 g de A₂BC₃ si la Presión es de 1 atm y la temperatura 0 °C

respuesta:22,4L; 24,2L; 134,4L; 179,2; 44,8L

Observar: -Dn N₂ / 1 = -Dn H₂ / 3 = +Dn NH₃ / 2 = X

Esta relación es, para este caso, la importante CONDICIÓN DE ESTEQUIOMETRÍA

La razón de transformación X = Dn / Coeficiente Estequiométrico, es también asociada a la coordenada de avance de la reacción, en este caso, el avance es lineal e igual en relación al tiempo puesto que hemos señalado que " reacciona 1 mol de N₂ por cada unidad de tiempo transcurrido ". Sin embargo la relación puede ser de otro tipo (una curva de cualquier tipo) y está relacionada con el concepto de velocidad de la reacción.

Se observa que la relación entre los n_t y X es de tipo lineal, es decir, corresponde a lineas rectas.

De la condiciónde estequiometría deducimos las correspondientes ecuaciones para los diferentes n_t

-( n_t N₂ - n_i N₂) / 1 = -(n_t H₂ - n_i H₂) / 3 = + (n_t NH₃ - n_i NH₃) / 2 = X

n_t N₂ = n_i N₂ - 1 * X

n_t H₂ = n_i H₂ - 3 * X

n_t NH₃ = n_i NH₃ + 2 * X

(Observar el signo, según se trate de un reactivo o de un producto)

y que para este ejemplo en particular:

n_t N₂ = 7 - 1 * X

n_t H₂ = 15 - 3 * X

n_t NH₃ = 3 + 2 * X

En lo general:

d.- ¿Cuántos moles de NH₃ existen cuando los moles de N₂ e H₂ son iguales?

De la tabla o del gráfico resulta claro que la cantidad de NH₃ en aquel instante es 11.

Tal resultado se puede calcular analíticamente:

n_t N₂ = n_t H₂

7 - 1 * X = 15 - 3 * X

X = 4

y n_t NH₃ = 3 + 2 * X = 3 + 2 * 4 = 11

e) El valor límite o máximo que puede alcanzar X .

De la tabla o del gráfico se observa que el valor lïmite o máximo de X, esto es X_L = 5.

¿Cómo se puede conocer tal valor analíticamente?.

Ese valor corresponde al momento en que el reactivo H₂ se agota completamente.

Si recordamos que: n_t H₂ = n_i H₂ - 3 * X

entonces... 0 = n_i H₂ - 3 * X_L H₂

y X_L H₂ = n_i H₂ / 3 = 15 / 3 = 5

¿A qué valor llegaría X si el N₂ reaccionara completamente o se agotara?

En este caso, puesto que n_t N₂ = n_i N₂ - 1 * X

0 = n_i N₂ - 1 * X_L N₂

X_L N₂ = n_i N₂ / 1 = 7 / 1 = 7

Si del N₂ dependiera R llegaría al valor de 7, pero como por parte del H₂ sólo puede llegar a 5 ese es en definitiva el valor R_L . El H₂ es el reactivo limitante de la reacción.

CALCULOS ESTEQUIOMETRICOS

Se refieren a la determinación de las cantidades de Sustancias ( A,B,C y D ) involucradas en una determinada reacción química.

Sea a A + b B = c C + d D la ecuación de la reacción general, donde a,b,c y d son los respectivos Coeficientes Estequiométricos.

Sean n_iA , n_iB ,n_{iC ,} n_iD la cantidad de moles de los reactivos y productos en el instante inicial de la reacción (tiempo = 0)

Sean n_tA , n_tB ,n_{tC ,} n_tD la cantidad de moles de los reactivos y productos en el instante t desde el momento inicial de la reacción ( tiempo = t )

Transcurrido el tiempo t, cada una de las sustancias ha variado como consecuencia de la reacción, ya sea desapareciendo (Reactivos) o bién apareciendo (Productos) en las siguientes cantidades.

D n_A = n_tA - n_iA ; D n_B = n_tB - n_iB ; D n_C = n_tC - n_iC ; D n_D = n_tD - n_iD

Debe notarse que D n_A = n_tA - n_iA y D n_B = n_tB - n_iB son negativos, porque en el instante t hay menos moles de A y B que al comienzo( porque los reactivos se consumen)

Debe notarse que D n_C = n_tC - n_iC y D n_D = n_tD - n_iD son positivos, porque en el instante t hay más moles de C y D que al comienzo( porque los productos se originan o aparecen)

La Condición de Estequiometría establece:

- D n_A / a = - D n_B / b = D n_C / c = D n_D / d = ..... = X

Es la forma matemática de indicar que cada sustancia reacciona en cantidad de moles que es proporcional al respectivo coeficiente estequiométrico. Las expresión relaciona las cantidades de moles que reaccionan, de todas las sustancias, en todo instante.

¿ Hasta que valor crece R?

Escribamos nuevamente la condición de estequiometría, ahora en función de las cantidades de moles.

- ( n_tA - n_iA) / a = - ( n_tB - n_iB ) / b = ( n_tC - n_iC ) / c = ( n_tD - n_iD) / d = X

X alcanzará su valor máximo ( X _L ) cuando la reacción finalice, en el instante final t_{f .}

Se cumplirá que:

(*) - ( n_fA - n_iA) / a = - ( n_fB - n_iB ) / b = ( n_fC - n_iC ) / c = ( n_fD - n_iD) / d = X_L

¿Pero cuánto vale X_L?

Podemos decir que la reacción finaliza cuando se agota uno de los reactivos, por ejemplo si:

n_fA = 0 ( A es el reactivo limitante de la reacción )

- ( 0 - n_iA) / a = - ( n_fB - n_iB ) / b = ( n_fC - n_iC ) / c = ( n_fD - n_iD) / d = X_L A

y X_L = X_L A = n_iA / a

en el caso que: n_fB = 0 ( B es el reactivo limitante de la reacción )

- ( n_fA - n_iA) / a = - ( 0 - n_iB ) / b = ( n_fC - n_iC ) / c = ( n_fD - n_iD) / d = X_L B

y X_L = X_L B = n_iB / b

LA VALORACIÓN O TITULACIÓN

El análisis químico cuantitativo determina las cantidades de sustancia presentes en distintos sistemas. Lo hace con técnicas de gravimetría, o sea el uso de métodos basados en pesar sustancias en balanzas de precisión. Con técnicas de volumetría, métodos basado en la medición de volumenes de soluciones. Con la espectroscopía, basada en métodos ópticos y electrónicos etc. Las técnicas de la Volumetría descansan fundamentalmente en las denominadas Valoración o Titulación, o sea las que determinan el valor de la concentración o el Título de una solución.

La Titulación o Valoración se basa en una reacción química y por lo tanto habrá tantos tipos de Titulaciones como tipos de reacciones que sirvan a propósitos de cuantificación. Se conocen titulaciones de formación de precipitados, de formación de complejos, de ácidos con bases, de oxido reducción etc.

Como la Titulación tiene propósitos cuantitativos la la ecuación de la reacción involucrada y la CONDICIÓN DE ESTEQUIOMETRÍA que de ella se deriva son los elementos fundamental del asunto.

Estudiaremos el método basándonos en reacciones de neutralización de ácidos con bases y en consecuencia, la comprensión de estas reacciones por parte del alumno es fundamental. Este tipo de reacciones ya las hemos estudiado pero es importante reforzar su manejo.

REACCIONES DE NEUTRALIZACIÓN DE ACIDOS CON BASES

LAS SALES ( RESULTADO DE LA REACCION DE ACIDOS + BASES )

OXÁCIDOS + BASES = SAL + AGUA

m H⁺¹₂ N⁺ⁿ₂ O^-2_n+1 + 2 M^+m ( O H )^- _m = M^+m₂ ( ( N⁺ⁿ₂ O^-2_n+1 ) ^–2)_m + 2m H₂O

Ejemplo:

3 H⁺¹₂ S⁺⁶ O ^-2₄ + 2 Al⁺³ ( O H)^-₃ = Al⁺³₂ ((S⁺⁶ O ^–2₄) ^-2)₃ + 6 H₂O

^{( 3 H₂ S O₄ + 2 Al ( O H) ₃ = Al ₂ (S O₄) ₃ + 6 H₂O )}

Acido Sulfúrico Hidróxido de Aluminio Sulfato de Aluminio Agua

HIDRACIDOS + BASES = SAL + AGUA

m H⁺¹_n N ^{– n} + n M^+m ( O H )^– _m = M^+m_n N ^{– n}_m + mn H ₂ O

Ejemplo:

H⁺¹₂ S^–2 + 2 Al⁺³ ( O H ) ^-₃ = Al ⁺³₂ S^{– 2}₃ + 6 H ₂ 0

( H₂ S + 2 Al (OH )^-₃ = Al₂ S₃ + 6 H ₂ 0 )

Acido Sulfhídrico Hidróxido de Aluminio Sulfuro de Aluminio Agua

Veamos un caso concreto. Al comienzo del estudio de este tema resolvimos el problema de preparar 2 L de una solución de NaOH 1, 5 M. a partir de una solución concentrada. Sin embargo la preparación pasa por pasos que son de dudosa precisión o exactitud.

1) se mide la densidad de la solución concentrada con un densímetro que es un método poco preciso

2) se mide un volumen poco definido de la solución concentrada con una pipeta lo que tampoco es preciso.

3) los cálculos pueden tener fuertes aproximaciones.

Para usar tal solución, así preparada, en determinaciones cuantitativas necesitamos conocer su concentración en forma mas exacta y precisa y para ello realizaremos la primera titulación.

ESTANDARIZACIÓN DE LA BASE

Haremos la titulación de la solución de NaOH usando ácido oxálico dihidratado, C₂O₄H₂ x 2 H₂O, que por presentarse en estado sólido podemos cuantificar fácil, exacta y precisamente pesándolo en una balanza analítica de precisión.

La reacción ácido-base o de neutralización es la siguiente:

C₂O₄H₂ + 2 NaOH = C₂O₄Na₂ + 2 H₂O

y la Condición de Estequiometría establece:

- D n_Acido / 1 = - D n_Base / 2 = D n_Sal / 1 = D n_Agua / 2

y lo que realmente interesa:

D n_Acido / 1 = D n_Base / 2 ó

n _{Acido reaccionaron} / 1 = n _{Base reaccionaron} / 2 (*)

Colocaremos una cantidad pesada de ácido oxálico en un matraz erlenmeyer y lo disolveremos con algo de agua, luego agregaremos, desde una bureta, la solución de NaOH hasta el punto de equivalencia, es decir hasta el momento en que la cantidad de base agregada corresponda estequiométricamente a la cantidad de ácido que se colocó en el matraz ( esto es; se cumpla * ). El punto de equivalencia se detecta mediante un Indicador ( sustancia que cambia de coloración en el punto de equivalencia. Puede ser la fenolftaleína que, incolora en medio ácido se torna rosada en medio básico)

DETERMINACIÓN DE UNA CONCENTRACIÓN DESCONOCIDA

Ejemplo: Queremos conocer con exactitud la concentración Molar de una solución de ácido acético, CH₃COOH, y para tal efecto haremos una nueva titulación con la solución estandarizada de la base.

En este caso la reacción ácido-base o de neutralización es la siguiente:

CH₃COOH + NaOH = CH₃COONa + H₂O

y la Condición de Estequiometría establece:

- D n_Acido / 1 = - D n_Base / 1 = D n_Sal / 1 = D n_Agua / 1

y lo que realmente interesa:

D n_Acido / 1 = D n_Base / 1 ó

n _{Acido reaccionaron} / 1 = n _{Base reaccionaron} / 1 (**)

Colocaremos una parte alícuota ( volumen determinado) de la solución de ácido acético en el matraz erlenmeyer y luego agregaremos, desde la bureta, la solución de NaOH estandarizada hasta el punto de equivalencia, es decir hasta el momento en que la cantidad de base agregada corresponda estequiométricamente a la cantidad de ácido que se colocó en el matraz ( esto es; ahora se cumpla ** ). El punto de equivalencia se detecta nuevamente mediante el indicador de fenolftaleína.

Ejemplo:

LA ENERGIA Y LA COORDENADA DE LA REACCIÓN

INTRODUCCIÓN

Las reacciones químicas son procesos dinámicos en cuanto son procesos que involucran cambios o reordenamientos de los átomos. El aspecto dinámico de las transformaciones, esto es la velocidad de los procesos y los factores que la determinan los estudia la Cinética Química en tanto que la descripción pormenorizada de los reordenamientos o mecanismos de reacción los estudia la Mecanística Química.

Un conocimiento profundo de las dinámica cobra especial importancia en aquellas reacciones que tienen la posibilidad de reversibilidad, es decir reacciones que al "devolverse" no se completan pero que tampoco vuelven al punto de partida. Se trata de situaciones que podríamos señalar que quedan "a medio camino". Estas situaciones, bastante comunes y de gran importancia teórica y práctica, son objeto de estudio del tema denominado Equilibrio Químico.

Cabe comentar que podríamos haber esperado un 100% de transformación, esto es la formación de 2 moles de agua pues tenemos la cantidad de reaccionantes necesaria para eso. Recordemos que según lo visto en cálculos estequiométricos; R_L H₂ = n _i H₂ / 2 = 2/2 = 1 y R_L O₂ = n _i O₂ / 1 = 1/1 =1 por lo tanto R_L = 1 ( Razón máxima de transformación) y n _f H₂O = n _i H₂O + 2*R_L = 0 + 2*1 = 2. Pero nada de esto ocurrió.

¿Qué ocurre con la rapidez de la reacción inversa a temperatura ambiente? Si tenemos inicialmente 2 moles del "producto" agua a temperatura ambiente, al cabo de un tiempo siguen presentes los 2 moles de agua y nada se ha formado de los "reaccionantes" H₂ y O₂. La rapidez de formación de los "reaccionantes" ha sido nula. La reacción inversa ( en el sentido de la formación de los "reaccionantes") a temperatura ambiente tiene también una rapidez nula

..

Podremos reconocer que tanto el sistema de dos moles de H₂ y 1 mol de O₂ como el de los dos moles de H₂O son estados de equilibrio estáticos, sistemas que no cambian porque no pueden cambiar como lo veremos más adelante.

¿Qué ocurre cuando en el sistema tenemos una chispa eléctrica permanente que proporciona miles de grados Celsius de temperatura? Cuando partimos con dos moles de H₂ y 1 mol de O₂ observaremos una explosión puesto que se ha desencadenado un proceso que va acompañado por una gran liberación de calor con la consiguiente expansión de los gases . Al enfriarse el sistema, aunque a una temperatura mayor a los 100° C y siempre en presencia de la chispa eléctrica, constataremos que en el sistema existe agua (vapor) en alta proporción (menor que 2 moles) y ciertas cantidades de H₂ y O₂, entre ellos, en proporción de volumen 2:1 Evidentemente, en este caso ha ocurrido la reacción directa puesto que se ha formado agua y además el proceso se ha verificado con alta rapidez ( en un pequeño lapso de tiempo, caso explosivo) pero así y todo la reacción no ha sido completa.

Para ser rigurosos debemos preguntarnos ¿ Qué ocurre en presencia de la chispa eléctrica permanente si partimos de la situación inicial de exclusivamente dos moles de H₂O ( la situación inicial con el "producto")? . Transcurrido un lapso de tiempo adecuado observamos que el sistema luego de absorber calor muestra la presencia de H₂ y O₂ además del H₂O. Por lo tanto en tales condiciones ha ocurrido la reacción inversa y lo ha hecho con rapidez relativamente alta. Tampoco el proceso inverso se ha completado.

Los sistemas moleculares poseen energías que pueden asociarse a diferentes subsistemas, por ejemplo energía en el nucleo, energía electrónica, energía potencial y vibración en los enlaces, energía cinética de rotación y translación molecular.

Para visualizar los 2 ultimos conceptos de energía mencionados podemos recurrir al siguiente ejemplo de un resorte en:

a) reposo y libre b) reposo y enroscado c) movimiento y libre d) movimiento y enroscado

La magnitud de los flujos de energía en las reacciones ( Calor de Reacción) dependen de la energía que en cada instante contienen o almacenan las moléculas u otras entidades químicas involucradas en los procesos de transformación. Las energía latentes o potenciales determinan el perfil energético de la transformación.

Para la reacción: A-B + C-D = A-C + B-D

Ya nos hemos referido a la situación de cambio de energía o de estabilización cuando se forman los enlaces químicos y como es necesario proporcionar energía para que los enlaces se rompan. Sabemos además que las reacciones químicas son reordenamientos de átomos donde las moléculas iniciales ( los enlaces interatómicos iniciales) de los reactivos se rompen y se forman después las moléculas finales (enlaces interatómicos finales) de los productos.

Parece lógico afirmar que para que las moléculas rompan sus enlaces y se formen otros distintos, originando moléculas distintas, es necesario que estas entidades pasen por un estado de transición donde tales fenómenos de ruptura y formación de enlaces ocurran efectivamente. También es lógico pensar que tales estados de transición son situaciones de alta energía potencial pues los átomos allí estarían separados. ¿Cómo obtienen los sistemas la energía necesaria para alcanzar el estado de transición? Estas energías reciben el nombre a Energía de Activación y están representadas en el esquema por Ead y Eai para las reacciones directa e inversa respectivamente. Los sistemas moleculares alcanzan las energías de activación por absorción de radiaciones electromagnéticas o simplemente por colisiones entre las moléculas donde las energías cinéticas se transforman en potenciales.

En el momento de colisionar dos cuerpos se produce una conversión de energía cinética en potencial

Toda reacción o reordenamiento de átomos, ya sean éstos en sus formas directa o inversa deben pasar por el estado de transición. Las características de energía y otras particularidades de este estado determinarán la influencia de diversos factores para su formación y éste grado de formación determinará a su vez la velocidad de las transformaciones o velocidades de reacción tanto directas como inversas.

DEFINICIONES DE VELOCIDAD DE REACCION.

Una primera definición, de caracter extensivo, para la velocidad de reacción es : es el cuociente entre la variación del número de moles de una sustancia R como consecuencia de una reacción y el lapso de tiempo en que ocurre tal variación.

Velocidad de reacción = v _R = Δ n _R / Δ t ( mol / s)

Ejemplo

En un reactor se inyectaron 2000 L (TPE) de propano durante 45 minutos. ¿Cual fué la velocidad de combustión?

Velocidad de reacción = Δ n _R / Δ t =2000 (L) /22,4 (L/mol)*45 (m)*60( s/m)=0,03306 (mol/s)

Otra definición, tiene carácter intensivo: es el cuociente entre la variación del número de moles de una sustancia R como consecuencia de una reacción y el producto entre el volumen del sistema de reacción y el lapso de tiempo en que ocurre tal variación.

Velocidad de reacción = v _R = Δ n _R / V * Δ t ( mol / L*s)

Si el volumen del reactor es de 15 L .

Velocidad de reacción = Δ n _R / V*Δ t =2000 (L) /15(L)*22,4 (L/mol)*45 (m)*60( s/m) =

= 2,2 x10^-3 (mol /L* s)

Cuando en una reacción intervienen varias sustancias sus velocidades de reacción están relacionadas por la condición de estequiometría.

Para la reacción generalizada : aA + bB = cC + d D

- Δ n_A / a = - Δ n_B / b = Δ n_C / c = Δ n_D / d (Condición de Estequiometría)

si dividimos por Δ t:

- Δ n_A / Δ t* a = - Δ n_B / Δ t* b = Δ n_C /Δ t* c = Δ n_D / Δ t* d

por lo tanto:

- v_A / a = - v_B / b = v_C / c = v_D / d

¿Cuál es la velocidad de reacción del oxígeno en el reactor si es la sustancia que reacciona con el propano según la ecuación química:

C₃H₈ + 5 O₂ = 3CO₂ + 4H₂O

- v C₃H₈ / 1 = - vO₂ / 5

v_O2 = v _C3H8 * 5 = 2,2x10^-3 (mol /L* s) * 5 = 0,01102 (mol /L* s) (Caso Intensivo)

Las definiciones anteriores corresponden al concepto de velocidades medias o velocidades promedios dentro de los lapsos de tiempo considerados que son medibles con un reloj.

FACTORES QUE DETERMINAN LAS VELOCIDADES DE REACCIÓN

INFLUENCIA DE LA TEMPERATURA EN LA VELOCIDAD DE REACCION.

Ya sabemos que el estado de transición es un estado de alta energía potencial. Tal energía potencial se alcanza por absorción de radiaciones electromagnéticas o bien, como ocurre en la mayor parte de las reacciones químicas, obtenida por la conversión de la energía cinética ( movimiento) en potencial en el momento del choque entre moléculas.

Sabemos también que la energía cinética de los sistemas moleculares se relaciona o es proporcional a la temperatura. Para tener más claridad al respecto observemos el siguiente gráfico que muestra: a) la distribución de la energía cinética en un sistema de moléculas y b) la variación de tal distribución al aumentar la temperatura del sistema molecular

INFLUENCIA DE LOS CATALIZADORES EN LA VELOCIDAD DE REACCION.

Existe otro factor, de gran importancia desde un punto de vista tecnológico, y es cuando se puede modificar el estado de transición. Al existir un estado de transición diferente, también será diferente la Energía de Activación y esto a su vez modificará radicalmente la velocidad de las reacciones. Existen sustancias, llamadas en general catalizadores, que presentes en un sistema de reacción afectan el estado de transición, la Energía de activación, la velocidad de la reacción pero que en esencia no se modifican pues no participan de la reacción misma.

Hay catalizadores positivos que bajan la energía del estado de transición, hacen que la reacción sea más rápida o bien sólo la hacen más fácil.

Hay catalizadores negativos que suben la energía del estado de transición, hacen que la reacción sea más lenta o bien sólo la dificultan. También a éstos se les llama inhibidores.

Nuestra "temperamental" reacción de formación de H₂O a partir de H₂ y O₂ , tan pasiva a temperatura ambiente y tan explosiva y liberadora de calor en presencia de la chispa eléctrica, evoluciona controladamente en presencia de átomos de platino ( Catalizador ) y se utiliza en celdas productoras de energía eléctrica y agua en las naves espaciales. Entre los átomos de platino se absorben moléculas del H₂ que quedan en situación de ser fácilmente colisionadas por las moléculas de O₂ dando curso a la reacción. Ha cambiado el estado de transición, que en ausencia del platino, pudiese ser un dificultoso y violento choque triple de moléculas reaccionantes.

soluciones

Al comienzo del curso señalamos que las soluciones son sistemas homogéneos( por lo tanto son una sóla fase), formado por mezclas de diferentes sustancias puras ( diferentes tipos de moléculas). También vimos que éstas mezclas homogéneas pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas.

Estos sistemas tienen una importante presencia, tanto en sistemas de materia viviente como en materia inerte y en muchos sistemas de interés técnico. Pueden ser muy complejos cuando el número de diferentes sustancias mezcladas es muy elevado o bién simples como ternarios( 3 ) y binarios (2).

Las sustancias presentes en sistemas simples se denominan:

Soluto : Componente (s) que se encuentra (n) , comparativamente, en menor proporción y

Solvente : Componente que se encuentra, comparativamente en mayor proporción.

Sin embargo, cuando una sustancia originalmente sólida es disuelta en líquido es el soluto y el líquido es el solvente.

Similarmente, cuando una sustancia originalmente gas es disuelta en líquido es el soluto y el líquido es el solvente.

Sistemas de Solubilidad infinita

El soluto y el solvente se mezclan en proporciones variables, algunas veces sin limitaciones. Los gases se mezclan entre sí sin limitaciones, los líquidos de igual polaridad o apolaridad también se mezclan sin limitaciones. Son situaciones de solubilidad infinita. El concepto de solubilidad ya ha sido presentado con anterioridad.

Sistemas Saturados

Las limitaciones aparecen con mucha claridad cuando se mezclan sustancia originalmente sólida o bién originalmente gas con líquidos. Estas situaciones límites se analizan fundamentalmente usando el concepto de solubilidad y que ahora parece oportuno volver a recordar.

La solubilidad es la mayor cantidad de soluto, que en forma estable, puede disolverse (mezclarse) en una determinada cantidad de solvente bajo condiciones determinadas de Presión y Temperatura.

Un sistema tiene la cantidad de soluto disuelta correspondiente a la solubilidad cuando no se puede disolver en mayor cantidad aún cuando haya la sustancia en su forma original en contacto con el solvente. En estas condiciones la solución está saturada, y además hay un equilibrio entre la Sustancia original y la Sustancia disuelta. Para que una solución se considere saturada basta que la cantidad de soluto disuelto corresponda a la solubilidad haya o no tal equilibrio..

Sistemas Sobresaturados.

En algunas situaciones la cantidad de soluto disuelta es mayor que la que corresponde a la solubilidad ?, pero es una situación inestable y se conoce como sobresaturación. Se obtienen llevando al sistema a la situación de saturación a alta temperatura y se baja bruscamente la temperatura. Mientras el sistema no se estabilice se encuentra en situación de sobresaturación. El sistema vuelve a la normalidad cuando se den las condiciones cinéticas para que el soluto en exceso precipite como sólido o bién sea liberado como gas.

Sistemas Diluídos.

Son aquellos en que la cantidad de soluto disuelto es menor que la que corresponde por la Solubilidad. Son los casos más numerosos y en torno de ellos se desarrolla el tema de Soluciones y sus propiedades.

LA CONCENTRACION DE LAS SOLUCIONES

La forma usada para caracterizar una solución, luego de especificar el soluto y el solvente, es establecer la relación entre las cantidades de ellos. Esta relación es la Concentración, que implica un cuociente entre una cantidad de soluto y una cantidad de solución, o bien de solvente. Nuevamente por ser la concentración un cuociente entre magnitudes Extensivas es una magnitud Intensiva. Se comprende el caracter intensivo de la concentración, es decir el de una magnitud propia de la solución e independiente de la cantidad de la solución, si pensamos en una bebida de fantasía que tiene siempre las mismas características (color, sabor, concentración), no importando si se adquiere en tamaño individual, mediano o familiar. De lo dicho se infiere que la concentración las soluciones es un concepto de vastísima aplicación ligado al estudio de múltiples sistemas y procesos productivos.

PREPARACIÓN DE SOLUCIONES

En este punto es conveniente decir que las expresiones encerradas por marcos rojos en el gráfico de definición de unidades de concentración, además de ser la definición matemática de una determinada forma de concentración, son ecuaciones matemáticas que pueden y deben ser operadas con las reglas del Algebra. El alumno deberá ser capaz de despejar la variable que interese, establecer cadenas de ecuaciones etc. Además, el alumno deberá prestar especial atención al significado de cada una de las variables visualizándolas mentalmente junto al sistema que se trate en cada caso . Una vez más se insta al alumno en este curso a usar el Algebra y abandonar el uso de las reglas de tres, procedimiento mecánico que puede conducir a graves errores.

PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN A PARTIR DE OTRA SOLUCIÓN CONCENTRADA

A modo de ejemplo de lo que se preconiza se presenta la siguiente situación problemática de preparación de una solución a partir de una solución concentrada ( la misma solución con que se trabajó en el primer problema de conversión de unidades).

PREPARACIÓN A PARTIR DE UNA SUSTANCIA Y EL DISOLVENTE SEPARADOS

SUSTANCIA NO SOLVATADA

Otra forma de preparar soluciones, y de muy común ocurrencia, es es partiendo de la sustancia a disolver en forma pura, que se coloca en la masa requerida en un matraz aforado de volumen adecuado, y al que se agrega el líquido solvente puro hasta llegar al enrase. Este tipo de preparación hace uso sólo de las dos primeras relaciones del ejercicio anterior. ( La sustancia debe pesarse seca, sin muestras de humedad)

SUSTANCIA SOLVATADA

Muchas sustancias, especialmente sales, tienen sus moléculas rodeadas con un determinado número de moléculas de agua y se conocen como moléculas hidratadas. Las moléculas existen como complejos, es decir iones metálicos rodeados por moléculas que se les unen por enlaces de coordinación. Existe una estequiometría definida y no se trata de agua de humedad de la muestra. Un caso típico son las sales de Cu ⁺² que se rodean por 5 moléculas de agua formando un complejo que da coloración azul a las sales de cobre pentahidratadas. Un ejemplo concreto es el CuSO₄ x 5 H₂O, sulfato de cobre II pentahidrato.

LA CANTIDAD DE SOLUTO

Nunca es insistir demasiado en el trabajo con las ecuaciones de definición como expresiones algebraicas. En varias ocasiones ya hemos determinado la cantidad de moles de soluto que teóricamente debe tener una solución para cumplir los requisitos de Molaridad y Volumen de solución. Utilizamos la expresión:

n soluto = M * Vsolución(L) ; que se deriva de la definición de Molaridad.

Así también podríamos utilizar las fórmulas:

n soluto = m * MASA solvente (Kg) que se deriva de la definición de molalidad,

MASA soluto (g) = (% p/p * MASA solución (g)) / 100 que se deriva de la definición de % p/p etc.

CAMBIOS DE CONCENTRACIÓN POR VARIACIÓN DE LA CANTIDAD DE SOLVENTE

Se trata de operaciones de manejo de soluciones en que la cantidad de soluto permanece constante.

Cuándo a una solución se le agrega solvente, la concentración disminuye a otro valor, cuanto menor mientras mayor sea la cantidad de solvente agregado. El proceso se llama "dilución".

Si por el contrario, a una solución se le quita cierta cantidad de solvente, por evaporación, la concentración se incrementa proporcionalmente a la cantidad de solvente evaporado. La acción de aumentar la concentración por evaporación del solvente se llama "concentrar"

¿Cómo se obtiene la relación que describe estos procesos? Se expresa la cantidad de soluto al comienzo y también al final, como la cantidad de soluto se conserva se igualan las expresiones, apareciendo la relación que liga las concentraciones y las cantidades de solución, iniciales y finales.

M _i * V _i = M _f * V _f

PREPARACIÓN DE UNA SOLUCIÓN MÁS DILUIDA A PARTIR DE OTRA DE BAJA CONCENTRACIÓN.

Otra forma de preparar soluciones es por "dilución" de una más "concentrada". Se toma un determinado volumen de la solución más concentrada con una pipeta y se vacía en un matraz aforado de capacidad adecuada.

Nuevamente el cálculo se basa en el hecho que la cantidad de soluto es la misma, antes y después de diluir.

EL ESTADO LIQUIDO

Previo a adentrarse en el tema anunciado es necesario referirse a ciertas propiedades de los sistemas en estado líquido.

Los líquidos se obtienen ya sea por fusión de los sólidos o condensación de los gases,

La presión de vapor.

Toda sustancia pura en estado líquido se encuentran en contacto con sus vapores debido a que las moléculas escapan del líquido debido a la agitación térmica. El fenómeno se conoce como evaporación.

En un sistema cerrado, luego de un breve lapso de tiempo, se establece un equilibrio entre la fase líquida y la gaseosa. El concepto de equilibrio de asocia al hecho que, a una determinada temperatura, el número de moléculas en la fase gaseosa es constante.

PRESIÓN DE VAPOR DE LAS SOLUCIONES

Ley de Raoult

La presencia de otra sustancia (B) disminuye la presión de vapor de un determinado líquido (A). La evaporación es un fenómeno de naturaleza estadística donde las probabilidades que el fenómeno ocurra es proporcional al número de moléculas. Si el número de moléculas relativo de un componente disminuye también lo hacen las velocidades de evaporación y condensación y el equilibrio se establece con un menor contenido de moléculas en la fase gaseosa. La relación entre las presiones de vapor de un líquido puro y la presión de vapor de tal líquido actuando como solvente, a la misma temperatura, está dada por la ley de Raoult.

RESUMEN UNIDAD 7

Hemos estudiado a la materia en su dimensión submicroscópica, es decir la realidad de átomos y moléculas. Hemos profundizado el estudio de tal forma que incluso hemos comprendido el comportamiento de las propiedades fisico químicas de sustancias puras, éstas, perfectamente perceptibles y medibles en una dimensión macroscópica ( de laboratorio o industria ).

A esta altura de nuestro estudio reconocemos, que en la dimensión macroscópica, no hemos desarrollado las herramientas para trabajar con las sustancias desde el punto de vista cuantitativo, esto es, trabajar con cantidades (masas) definidas de las sustancias que participan en los fenómenos químicos.

No obstante lo expresado, cuando hablamos al comienzo del curso del Peso Relativo de los Atomos o bien del cálculo del Peso Atómico a partir de mezclas de isótopos algo muy importante avanzábamos en el sentido del trabajo cuantitativo. En efecto, cuando determinábamos aquellas magnitudes siempre estaba presente el hecho que comparábamos una misma cantidad de atomos de cada elemento.

La Química cuantitativa comienza con la pregunta fundamental.

¿ Qué cantidad de átomos del elemento hay en el Peso Atómico del elemento expresado en gramos?

Daremos la respuesta más simple, en base a un experimento también simple esquematizado en el siguiente gráfico.

Aprovechamos la doble circunstancia que la radiación alfa está constituída por nucleos de Helio, el primero de los gases nobles, cuyo Peso Atómico se ha determinado igual a 4,0026 y que podemos medir la cantidad de núcleos que en la radiación pasan a través del detector de un Contador Geiger.

Colectamos 4,0026 gr. de Helio y leemos en el contador la cantidad de núcleos detectados y luego transformados en átomos. Hemos colectado 6,023. 10 ²³ átomos de Helio. Esta es la respuesta, válida para todos los elementos, a la pregunta formulada:

En el Peso Atómico de un elemento expresado en gramos existen 6,023 .10 ²³ átomos del Elemento.

Si pesaramos en la balanza de una confitería 51 de gramos de virutas de vanadio metálico estaríamos pesando aproximádamente 6,023 10 ²³ átomos de vanadio puesto que el Peso Atómico de ese metal se ha determinado como igual a 50,94.

El valor 6,023 10²³ fué determinado por Avogadro mediante cálculos estadísticos acerca de sistemas gaseosos y de ahí que se reconoce como el Número de Avogadro ( N ).

N = 6,023 ^.10 ²³

Este valor pasa a ser de importancia central en la química cuantitativa y es la base de la definición del concepto de mol

DEFINICIÓN DE MOL

Un Mol es 6,023 10 ²³ unidades.

Así el mol pasa a ser una forma adecuada de medir cantidades de partículas de la química, como recién lo dijimos, podemos medir cómodamente un mol de átomos de Vanadio o un mol de átomos de cualquier otro elemento en la balanza de una confitería.

Pero el Número de Avogadro de átomos es una cantidad tan grande de átomos o bién los átomos son tan pequeños y livianos que son magnitudes que desafían nuestra imaginación. Según nos hizo notar recientemente un colega, si tuvieramos una hilera de 1 mol de hormigas de 1mm cada una separadas cada una de la precedente por una distancia también de 1mm, la longitud de la hilera cubriría 1,2046 10 ¹⁸ Km. Tal hilera cubriría mil doscientos setenta y ocho millones de veces la trayectoria circular de la Tierra alrededor del Sol.

NUEVA DEFINICIÓN DE PESO ATOMICO

El Peso Atómico de un elemento ( A _r ) es la masa de un mol de átomos de tal elemento expresada gramos.

Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de átomos

EL MOL DE MOLECULAS

Volvamos a nuestra experiencia de recolección de Helio puesto que podemos sacar mucho más provecho de ella y coloquemos a nuestro sistema en situación comparativa con otros.

DEFINICIÓN DE PESO MOLECULAR

El Peso Molecular ( M _r ) de una sustancia es la masa de un mol de moléculas de tal sustancia expresada en gramos.

Sus unidades de medidas serán por consiguiente gramos / Mol de moléculas

TRABAJO CON FRACCIONES DE MOLES

EJERCICIO DE PRESENTACIÓN DE RELACIONES DE CALCULO

Dados 0,16 g. de metano gaseoso ( CH₄ ).

¿Cuántos moles de moléculas son? A_{r C} = 12 ; A_{r H} = 1

M _r = 1 * 12 + 4 * 1 = 16 (g/mol)

n = N° moles de moléculas _Sustancia = masa _Sustancia / M _{r Sustancia} =

= 0,16 (g) / 16 (g/mol) = 0,01 moles de moléculas.

¿ Cuántas moléculas de metano son?

N° de moléculas _Sustancia = N° de moles de moléculas _Sustancia* N =

= 0,01 (moles) * 6,023^.10²³ (moléculas/mol) = 6,023^. 10²¹ (moléculas )

¿Cuántos átomos de carbono y cuántos átomos de hidrógeno?

N° de átomos _Elemento = N° moléculas _Sustancia * Atomicidad _Elemento

N° de átomos _C = 6,023^. 10²¹ (moléculas ) 1 (átomo/molécula) = 6,023^. 10²¹ átomos C

N° de átomos _H = 6,023^. 10²¹ (moléculas ) 4 (átomo/molécula) = 24,092^. 10²¹ átomos H

¿ Cuántos moles de átomos de carbono y cuántos moles de átomos de hidrógeno?

N° de moles de átomos _Elemento= N° de moles de moléculas_Sustancia* Atomicidad _Elemento

N° de moles de átomos _C = 0,01 ( moles de moléculas)* 1( mol de átomos/mol de moléculas)

= 0,01 (moles de átomos de C)

N° de moles de átomos _H = 0,01 ( moles de moléculas)* 4( mol de átomos/mol de moléculas)

= 0,04 (moles de átomos de C)

Otra forma de calcular el número de átomos:

N° de átomos _Elemento = N° de moles de átomos _Elemento * N

N° de átomos _C = 0,01 moles de átomos C * 6,023^. 10²³ (átomos/mol) = 6,023^. 10²¹ átomos C

N° de átomos _H = 0,04 moles de átomos H * 6,023^. 10²³ (átomos/mol) = 24,092^. 10²¹ átomos H

¿Cuántos gramos de carbono y cuántos gramos de hidrógeno?

masa _Elemento = N° de moles de átomos _Elemento * A _{r Elemento}

masa _C = 0,01 moles de átomos C * 12 g/mol = 0,12 g C

masa _H = 0,04 moles de átomos H * 1 g/mol = 0,04 g H

¿ Cuál es la composición porcentual en peso de cada elemento?

% _Elemento = (masa _Elemento/ masa_Sustancia ) 100

% _C = (0,12 / 0,16 ) 100 = 75 %

% _H = (0,04/ 0,16 ) 100 = 25 %

PROPIEDADES INTENSIVAS Son aquellas propiedades del sistema cuyo valor no depende del tamaño del mismo, es decir son independientes de la masa del sistema.

PROPIEDADES EXTENSIVAS Son aquellas propiedades del sistema cuyo valor sí depende del tamaño del mismo, es decir son dependientes de la masa del sistema.

La composición de un sistema expresada en % en peso es una magnitud INTENSIVA.

Una magnitud intensiva debe poder calcularse con una relación independiente del tamaño del sistema.

% _Elemento = (Atomicidad _Elemento A _{r Elemento} / M _{r Sustancia} )*100

% _C = ( 1 * 12 / 16 )100 = 75 %

% _H = ( 4 * 1 / 16 )100 = 25 %

¿Cuál es el volumen del sistema en TPE.?

Volumen Gas _TPE = N° de moles de moléculas 22,4 (L/mol)

Volumen Gas _TPE = 0,01 (moles) * 22,4 (L/mol) = 0,224 (L)

¿ Cuál es la densidad del sistema a TPE.?

Densidad = masa / Volumen

Densidad = masa / Volumen = 0,16 (g) / 0,224 (L) = 0,714 (g/L)

La densidad es una propiedad intensiva, que depende sólo de la Presión y la Temperatura luego:

Densidad Gas _TPE = M _r / 22,4

Densidad Gas _TPE = 16 (g/mol) / 22,4 (L/mol) = 0,714 (g/L)

LA ECUACIÓN DE ESTADO DE LOS GASES IDEALES.

Para dar adecuada respuesta a la pregunta planteada es necesario averiguar las relaciones matemáticas que expresan el comportamiento de las distintas variables que determinan el estado de un sistema gaseoso. Un sistema gaseoso se encuentra en un estado definido cuando, además de precisarse la naturaleza del gas, se conocen tres de las siguientes cuatro variables:

n = Número de moles, V = Volumen, P = Presión y t = temperatura.

Para comenzar el estudio de las relaciones es conveniente definir el Volumen Molar

Volumen Molar = V = V / n (L/mol)

MÉTODO DE DETERMINACIÓN DEL PESO MOLECULAR

La determinación experimental del valor de M_r es de fundamental importancia cuando no se conoce la fórmula de alguna sustancia. Si la sustancia se puede evaporar podemos aplicar la ecuación anterior pero para calcular el Peso Molecular.

M_r = densidad _P,T RT / P

DETERMINACIÓN

DE FÓRMULAS EMPÍRICAS Y MOLECULARES

Mostraremos a continuación la forma sistemática de determinar las fórmulas empíricas y las moleculares haciendo uso de los conceptos de A_r y M_r.

ANALISIS QUÍMICO ^{_ A}_r^___> FÓRMULA EMPÍRICA ^_M_r^__> FÓRMULA MOLECULAR

Composición % Relación en el número de Atomos Número Exacto de átomos

Los datos de composición de un compuesto entregados por el Análisis Químico a la forma de composición porcentual de los elementos, es por lo general, el punto de partida. Como ya hemos establecido éstas magnitudes son de tipo Intensivas. Sin embargo, para poder calcular el número de moles de átomos, que es esencialmente de tipo extensivo, es preciso trabajar con un sistema de tamaño definido y adecuado a los datos y cálculos. Esto es, nos damos una Base de Cálculo (B.C.),por lo general 100 g. de la Sustancia, y así trabajamos con masas determinadas de los diferentes elementos.