FORMULAS DE QUÍMICA DE 2º

Transcripción

1 FORMULAS DE QUÍMIA DE º INDIE. Leyes Básics de l químic.. Leyes de los Gses.. Disoluciones. Propieddes coligtivs 5. Estructur tómic 6. Mecánic ondultori. 7. onfigurción electrónic. 8. Propieddes periódics. 9. Enlce químico.. Termodinámic químic.. inétic químic.. Equilibrio químico.. Recciones de precipitción.. Recciones de trnsferenci de protones. 5. Recciones de trnsferenci de electrones. Jesús Millán diciembre 6

2 LEYES BÁSIAS DE LA QUÍMIA. Leyes ponderles y volumétrics de l Químic.. Ley de conservción de l ms: Ley de Lvoisier. En tod rección químic l ms de ls sustncis que reccionn es igul l ms de ls sustncis que se producen en l rección.. Ley de ls proporciones definids: Ley de Proust. undo dos elementos se combinn pr formr un compuesto lo hcen siempre en un proporción constnte o definid.. Ley de ls proporciones múltiples: Ley de Dlton. undo dos elementos se combinn pr formr diferentes compuestos, ls cntiddes de uno de ellos que se combinn con un cntidd fij del otro están en relción de números enteros y sencillos.. Ley de ls proporciones recíprocs: Ley de Richter. undo dos elementos se combinn de form diferente con un tercer elemento pr formr distintos compuestos, ls cntiddes de estos elementos que se combinn con un cntidd fij del tercero, son ls misms múltiplos o submúltiplos que si estos dos elementos se combinsen entre sí. 5. Ley de los volúmenes de combinción: Ley de Gy-Lussc. Los volúmenes de tods ls sustncis gseoss que intervienen en un rección químic están en un relción de números enteros y sencillos. 6. Principio de Avogdro. Volúmenes igule de culquier gs en ls misms condiciones de presión y tempertur, contienen el mismo número de moléculs. Teorí tómic de Dlton. Los elementos están formdos por átomos, que son prtículs mteriles indivisibles.. Los átomos de un mismo elemento son igules, en ms y propieddes.. Los átomos de distintos elementos son diferentes en ms y en propieddes.. Los compuestos están formdos por l unión de átomos en un relción numéric sencill. Ests grupciones de átomos son ls misms en el mismo compuesto. ntiddes químics Peso equivlente, equivlente-grmo o equivlente. Es l cntidd de un elemento que se combin con 8, g de oxígeno o,8 g de hidrógeno. Unidd de ms tómic: um. Es l ms de l docev prte de l ms del isótopo de crbono ( ). Número de Avogdro: N A 6, Es el número de átomos que hy en g de. g 6, um Unidd de cntidd de mteri: Mol Es l cntidd de sustnci que contiene un N A de prtículs. L ms de un mol de sustnci es igul su ms moleculr expresd en grmos.

3 LEYES DE LOS GASES Ley de Boyle Mriotte Pr culquier ms de un gs, tempertur constnte, El producto de l presión por el volumen es constnte. P V P' V ' te ª Ley de hrles-gy-lussc Pr culquier ms de gs, presión constnte, el volumen es directmente proporcionl su tempertur bsolut. V V ( α t) α 7,6 pr todo gs idel V T V ' te T ' ª Ley de hrles-gy-lussc Pr culquier ms de gs, volumen constnte, l presión es directmente proporcionl su tempertur bsolut. P P' te T T ' Ecución generl de los gses ideles. P V T P' V ' te T ' Otrs expresiones relcionds prmol de un gs idel l te R Ley de Dlton de ls presiones prciles En un mezcl de gses, cd gs ejerce un presión prcil igul l que tendrí si ocupse él solo todo el volumen l mism tempertur, y l presión totl de l mezcl es igul l um de ls presiones prciles de todos los gses que l componen. Ley de Grhm de l difusión de los gses. Ls velociddes de difusión de los gses son inversmente proporcionles ls ríces cudrds de sus densiddes. Teorí cinétic de los gses: Postuldos y conclusiones. P i xi PT PT i v v P P V n R T R, 8 m m R T m n M ρ ρ M P V V. Un gs est formdo por un número enorme de moléculs en continuo movimiento, de trslción, rotción y vibrción, chocndo elásticmente entre sí y con ls predes del recipiente.. L presión que ejerce el gs es debid los choque de ls moléculs contr ls predes del recipiente.. Ls moléculs son extrordinrimente pequeñs comprds con el volumen del recipiente, no existiendo intercción lgun entre ells.. El clor consiste en l energí mecánic de ls moléculs. L energí cinétic medi de trslción de ls moléculs es directmente proporcionl su tempertur bsolut. d d P M R T tm l mol P V N m u P V k T u k T m Ley de los gses Reles. P V ( V b) n R T

4 DISOLUIONES Tnto por ciento en ms Número de grmos de soluto en grmos de disolución Tnto por ciento en volumen Número de cm de soluto por cm de disolución v (cm de soluto) % vol V (cm de disolución) Grmos por litro Número de grmos de soluto por litro de disolución. Molridd Número de moles de soluto por litro de disolución % peso Normlidd Número de equivlentes de soluto por litro de disolución Mollidd Número de moles de soluto por kilogrmo de disolvente Frcción molr Número de moles de soluto respecto l número totl de moles n (moles de soluto) M V (litros de disolución) n (equivlentes de soluto) N V (litros de disolución) m X s n (moles de soluto) M (kg de disolvente) oncepto de peso equivlente o Equivlente-grmo Peso en grmos de un sustnci que reccion o se combin con grmo de hidrógeno. Es l unidd de ms reccionnte de un sustnci. Ls sustncis reccionn equivlente equivlente. n s m Disol ns n m (grmos de soluto) (grmos de disolución) m (grmos de soluto) g / l V (litros de disolución) d Peq PM vlenci * n º de equivlentes nº de moles vlenci N vl M * Vlenci pr un ácido o un bse es el número de protones. H o iones hidróxido, OH - sustituibles. Vlenci pr un sl el producto de l crg de los niones por l crg de los ctiones sustituidos. Vlenci pr un oxidnte o reductor es el número de electrones gndos o perdidos.

5 PROPIEDADES OLIGATIVAS. Ley de Roult del descenso de l presión de vpor L disminución reltiv de l presión de vpor de un líquido volátil disolver en él un soluto no slino es igul l frcción molr de soluto. L presión de vpor del disolvente es igul l presión de vpor del disolvente puro multiplicd por l frcción molr del disolvente. Descenso crioscópico y umento ebulloscópico. P P x P x S P undo un disolvente volátil, se le ñde un ciert cntidd de soluto no slino, l presión de vpor disminuye, como consecuenci de ello surge un disminución en el punto de congelción y un umento en el punto de ebullición con respecto l disolvente puro. En mbos csos el umento en el descenso en el punto de fusión y el umento en el punto de ebullición son proporcionles l mollidd de l disolución. D P ΔT F F m F RT M d ΔH F ΔT B B m B RT M d ΔH V Presión osmótic. Si suponemos un disolución seprd del disolvente puro por un membrn semipermeble, que dej psr solmente su trvés ls moléculs de disolvente. undo se lcnz el equilibrio prece un diferenci de presión hidrostátic entre l disolución y el disolvente puro que llmmos presión osmótic. L presión osmótic, π, pr disoluciones diluids viene expresdo por l ecución de Vn t Hoff. π V n RT π RT Solubilidd: Es l concentrción de un disolución sturd, en equilibrio con el soluto puro. En generl l solubilidd de los compuestos sólidos ument con l tempertur. En generl l solubilidd de un gs disminuye con l tempertur y es directmente proporcionl l presión del gs sobre el líquido. Est relción se conoce como ley de Henry: S kp i Delicuescenci: Si l sustnci es muy soluble en gu su disolución puede tener un presión de vpor inferior l presión de vpor de gu hbitulmente presente en l tmósfer. Al exponer est disolución l ire no solo no se evpor, sino que por el contrrio, bsorberá humedd del ire, diluyéndose l disolución, hst que l presión de vpor de est se igul l presión prcil del vpor de gu en el ire en contcto con l disolución. 5

6 ESTRUTURA ATÓMIA Prtículs elementles rg Ms en reposo Electrón (e - o e ) -,6-9 9,96-8 kg,5 um Protón (p o p ),6-9,675 - kg,7 um Neutrón (n o n ),678 - kg,87 um núcleo átomo Rdio en m -5 - A Z N Representción de un átomo de un elemento A Z X Z: Número tómico número de protones del núcleo. Identific l átomo. A: Número másico número de nucleones (prtículs nucleres) del cnúcleo N: número de neutrones. Isótopos: Son átomos con igul número de protones Z, y diferente número de neutrones N. Son átomos con igul número tómico Z, pero distinto número másico A. Onds y rdición electromgnétic c λ f k λ f c f T Ecución de Plnck E h f Espectro del átomo de Hidrógeno, Ecución de Rydberg Postuldos del modelo de Bohr k R con n > n n n λ n Lymn Blmer Pschen Brckett 5 Pfund - Los electrones girn en torno l núcleo en orbits estcionris y sin emitir energí - h Son solo posibles quell órbits en que su momento ngulr es un múltiplo entero de h/π: L n π - undo un electrón ps de un órbit superior otr inferior, l diferenci de energí se emite en form de rdición electromgnétic: E E h f v Ze πε r m e h ε r π Ze m e n n m Z e E 8 e h ε o n k n 6

7 MEÁNIA ONDULATORIA Principio de dulidd ond corpúsculo de De Broglie. λ h mv Tod prtícul llev socid un ond electromgnétic h p Principio de incertidumbre de Heisenberg. h Δx Δp π No se puede conocer simultánemente y con precisión l posición y l cntidd de movimiento de un prtícul. Efecto fotoeléctrico Efecto ompton Energí del fotón trbjo de extrcción del electrón Energí cinétic del electrón Un rdición electromgnétic choc con un electrón, comunicándole prte de l energí y sliendo est umentndo su longitud de ond y dispersándose un ángulo θ. Números cuánticos Hy cutro números cuánticos: n, l, m, y s. h f h f mv h λ λ m c e ( cosθ ) - Los tres primeros n, l y m definen un orbitl, que es l zon del espcio de máxim probbilidd de existenci electrónic. - d un de ls posibles combinciones de los cutro números cuánticos n, l, m y s definen el estdo de un electrón. Orbitles posibles Símbolo nombre Vlores posibles Significdo n Principl,,, Nivel energético y tmño del orbitl l Secundrio o zimutl (n-) Subnivel energético y form del orbitl m Mgnético -l l Orientción en el espcio del orbitl s De spin - ½ y ½ Giro del electrón? l s l p l d l f n l m s orbitl Nº máximo de é en el subnivel Nº máximo de é en el nivel ± ½ s ± ½ s,, - ± ½ p 6 8 ± ½ s,, - ± ½ p 6 8,,, -, - ± ½ d,, -,,, -, -,,,, -, -, - ± ½ ± ½ ± ½ ± ½ s p d f 6 7

8 ONFIGURAIÓN ELETRÓNIA Es l representción de l distribución de los electrones de un átomo en los distintos orbitles en su estdo fundmentl y pr ello se siguen cutro criterios: - Principio de Afbu: En un átomo polielectrónico, los electrones ocupn los s orbitles de menor energí. El orden de los orbitles de menor energí sigue el s p criterio de l sum de los dos primeros números cuánticos: n l, y iguldd de s p d sum el que menor n teng. Esto se muestr en el siguiente gráfico. - Principio de exclusión de Puli: Dentro de un mismo átomo, no pueden existir s p d f dos electrones con los cutro números cuánticos igules. 5s 5p 5d 5f... - Regl de máxim multiplicidd de Hund: En un subnivel prcilmente ocupdo, 6s 6p 6d... los electrones se colocn lo más despredos posibles y con los espines prlelos. 7s 7p... - A esto hy que ñdir que un subnivel d o f prcil o completmente ocupdo 8s... confiere ciert estbilidd que menudo modific l configurción electrónic. Determinción de l posición de un elemento en l tbl periódic prtir de su configurción electrónic Periodos o Fils Grupos os fmilis s s d d d d d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d p p p p p 5 p 6 f f f f f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f f f f f undo l configurción electrónic termine - En un orbitl s el elemento pertenecerá l grupo de lclinos o lclinotérreos. - En un orbitl d el elemento pertenecerá los elementos de trnsición. - En un orbitl p el elemento pertenecerá l los elementos metloides. - En un orbitl f el elemento pertenecerá ls tierrs rrs: lntánidos o ctínidos. El grupo o fmili se determin prtir del último electrón y el periodo prtir el último orbitl s ocupdo. Ejemplo: X : s s p 6 s p 6 s d p 6 5s d 5 El grupo corresponde con el quinto grupo de los elementos de trnsición, es decir, l 7º grupo El periodo será el correspondiente l 5º periodo. Excepciones: r : [Ar] d 5 s 9 u : [Ar] d s 57 L : [r] d 5s 5p 6 5d 6s 89 Ac : [r] d f 5s 5p 6 5d 6s 6p 6 6d 7s Se justificn por l estbilidd de los subniveles llenos o semilleros. 8

9 PROPIEDADES PERIÓDIAS Son propieddes de los elementos que vrín de mner grdul en l tbl periódic. Propiedd periódic oncepto Vrición periodo Energí o potencil de ionizción, E i Afinidd electrónic AE Electronegtividd Rdio tómico Mínim energí necesri pr rrncr el electrón más débilmente unido de un átomo isldo en su estdo fundmentl. Vrición de energí que tiene lugr cundo un átomo isldo y en su estdo fundmentl cpt un electrón. Atrcción que experiment un átomo por un pr de electrones comprtido con otro átomo. Mitd de l longitud de enlce entre dos átomos de este elemento Aument mín. s máx. He Aument máx. l Aument mín. s máx. F Aument Vrición fmili Aument Aument Aument Aument Uniddes medid ev/átomo J/átomo ev/mol J/mol Escl de Puling (..) El rdio ctiónico es menor, y el rdio niónico es myor, que el rdio tómico correspondiente. Elementos más electronegtivos Elementos más electropositivos F O l N Br I S Se P H Mg L Sr Li N Rb s,,5,,,8,5,5,5,,,,,,,,,9,8,8,7 ENLAE QUÍMIO Es l unión entre átomos pr lcnzr un situción más estble que l de los átomos seprdos. ulquier teorí sobre el enlce químico tiene que ser cpz de explicr cutro spectos fundmentles de l cuestión: - L proporción en que los átomos entrn formr prte de l molécul. - L geometrí de l molécul. - L energí totl de l molécul. - Propieddes físics y químics de ls sustncis que se formn. Se considern diversos tipos de enlce químico, no hbiendo un seprción tjnte entre ellos, de modo que los enlces reles suelen representr situciones intermedis. Prámetros crcterísticos de un enlce: Longitud de enlce, λ; Energí de enlce y Momento bipolr, μ. Tipos de enlce Enlces intermoleculres: enlces por puente de hidrógeno y enlces por fuerzs de Vn der Wls. Enlces Intrmoleculres: Iónico, ovlente y Metálico. Fuerzs intermoleculres de Vn der Wls. De orientción entre dipolos permnentes. De inducción entre un dipolo permnente y otro inducido De dispersión entre dipolos instntáneos. - En generl son débiles y umentn con el volumen moleculr y el momento bipolr. Fuerzs intermoleculres por puente de hidrógeno. - onsiste en un trcción electrostátic entre átomos de hidrógeno fuertemente polrizdos por estr unidos un elemento muy electronegtivo como el F o el O, y en menor medid con el N. Son reltivmente fuertes. omprtiv de energís de enlce Enlce de Vn der Wls Por puente de hidrógeno covlente Energí de enlce,-5 kj mol - - kj mol kj mol - 9

10 Enlces intrmoleculres Enlce omo se form Propieddes - Entre elementos de muy diferente electronegtividd (metl-no metl). - Por cesión y cptción de é, y formción de Iónico los correspondientes iones, que interccionn eléctricmente formdo redes cristlins. - Diferenci de Electronegtividd >,7 ovlente Metálico - Entre elementos de muy precid electronegtividd (No metl-no metl). - Por comprtición de é pr lcnzr el octeto electrónico. - Formn moléculs discrets (compuestos moleculres) o mcromoléculs en redes cristlins (compuestos tómicos). - Diferenci de Electronegtividd <,7 - Entre elementos metálicos, de bjos potenciles de ionizción y con orbitles de vlenci vcíos. - Formn redes cristlins en ls que tnto los é de vlenci como los orbitles de vlenci pertenecen todo el cristl. - Sólidos duros de lto punto de fusión y ebullición. - Solubles en gu y disolventes polres. - onductores en disolución o fundidos. - Formdos por ctiones y niones que interccionn eléctricmente. - Ej.: Nl ompuestos moleculres ompuestos tómicos - Gses, líquidos o sólidos blndos de bjo punto de fusión y ebullición. - Solubles en disolventes orgánicos o polres. - No conductores, islntes. - Formdos por moléculs discrets que interccionn por fuerzs de Vn der Wls o Puente de Hidrógeno. - Ej.: l, H O, He - Sólidos duros de lto punto de fusión y ebullición. - Insolubles en generl. - No conductores, islntes. - Formdos por átomos que comprten todos sus electrones de vlenci en enlces covlentes. - Ej.: (SiO ) n, Dimnte - Sólidos blndos o duros de más bien ltos punto de fusión y ebullición. - Insolubles en generl, unque son tcdos por ácidos. - Alt conductividd eléctric y térmic. - Formdos por ctiones y é en un red que interccionn eléctricmente. - Ej.: Al, Fe. El enlce covlente puede ser: sencillo cundo comprte un solo pr de electrones, múltiple (doble o triple) cundo comprte más de un pr de electrones y coordindo o dtivo cundo los electrones son portdos por un solo átomo. Orbitles moleculres Son combinciones de orbitles tómicos y se producen por solpmiento de orbitles tómicos. tipos ombinción de orbitles tómicos enlce omprtiv de Energí Sigm σ s s s p p p (contcto frontl) Sencillo Pi π p p (contcto lterl) múltiple Más energético Más estble Menos energético Más inestble Geometrí de ls moléculs. Pr determinr l geometrí de ls moléculs podemos utilizr el modelo de repulsiones de pres de electrones de l cp de vlenci REPEV, que estblece que los pres de electrones de vlenci que roden l átomo, se colocn lo más lejdos posibles los unos de los otros hciendo que ls repulsiones sen mínims fin de que l molécul resulte más estble. Digrms de Lewis: Son representciones de l molécul en ls que cd átomo se represent por su símbolo y en torno él se dibujn los electrones de vlenci (electrones de l últim cp). Los electrones comprtidos formndo enlce covlente se dibujn con rys y los electrones sin comprtir con puntos.. Se escribe l configurción electrónic de todos los átomos de l molécul y se determin los electrones que cben y los electrones que hy en l últim cp de cd átomo.. Se clcul el número de enlces covlentes que hy en l molécul por medio de l siguiente regl: n electrones que cben en l cp de vlenci. Se dibuj el digrm de Lewis de l molécul.. Se clcul el número de pres de electrones que roden cd átomo. En el cso de enlces dobles o triples se considern en bloque, como uno solo, los pres de electrones que formn el enlce múltiple. Pres de electrones que roden un átomo número de átomos que permnecen unidos l átomo pres de electrones sin comprtir por enlce covlente 5. Según el número de pres de electrones que roden l átomo centrl l disposición de estos pres de electrones será: Linel, Tringulr, Tetrédric. electrones de l cp de vlenci

11 Pres de electrones Disposición Pres de electrones no comprtidos Tipo de molécul Form de l molécul Linel ejemplos Ángulo de enlce Linel AX BeH, O 8º Tringulr Tringulr AX BeF, SO º Angulr Tringulr :AX Snl, SO º Tetrédric Tetrédric AX H, SO - 9,5º Pirmidl trigonl Tetrédric :AX NH, SO - 9,5º Angulr Tetrédric : A & X H O, lo - 9,5º Tetrédric.. : A X.. Linel HF, Hl Hibridción de orbitles L geometrí de ls moléculs no coincide con l orientción de los orbitles tómicos, OA. Por esto, ntes de que l molécul se forme, los OA entrn en disposición de fvorecer l geometrí moleculr, trnsformándose entre ellos medinte combinciones decuds, resultndo los orbitles híbridos, OH, que son orbitles tómicos. Y esto no es más que un proximción que utiliz l mecánic cuántic pr interpretr l geometrí que presentn ls moléculs. Disposición Orbitles tómicos Orbitles hibridos Tipo de molécul Geometrí Linel Ángulo de enlce Ejemplos Linel s p sp AX 8 BeH, O Pln trigonl Tringulr s s p sp AX BeF, SO Snl, SO Tetrédric Tetrédric s s s p sp AX 9,5º H, SO - NH, SO - H O, lo - HF, Hl

12 TERMODINÁMIA QUÍMIA onceptos previos Universo Sistem Entorno Sistem Tipo Vribles que lo definen Prte del universo que islmos pr su estudio En equilibrio mbios en el estdo del sistem Trbjo termodinámico Abierto: cundo puede intercmbir mteri y energí con el mbiente. errdo: cundo puede intercmbir energí pero no mteri con el mbiente. Aisldo: cundo no puede intercmbir ni mteri y ni energí con el mbiente. P, V, T, n U, H, S, G - Extensivs e intensivs. - Vribles o funciones de estdo: diferentes vlores, diferentes estdos. undo el vlor de ls vribles termodinámics se mntiene constnte en el tiempo Espontáneo: si tiene lugr sin intervención constnte del exterior Reversible: si se reliz trvés de un sucesión contínu de estdos de equilibrio Irreversible: si se reliz trvés de cmbios finitos de ls vribles termodinámics. W V V p ext dv W - p est ΔV (si p est cte) Pr un proceso reversible: p exr p int W - p ΔV A tempertur constnte: A volumen constnte: W V W nrt ln V p exr presión extern p int presión intern W> W< Sistem pcidd clorífic específic y molr Es l cntidd de clor que hy que trnsmitir kg ( mol) des sustnci pr elevr su tempertur. pcidd Pr sólidos y p cte V cte clorífic líquidos Específic c ep ev c ep c ev Molr mp mv c mp c mv Pr gses c mp c mv R lor termodinámico Q T T mc e dt A presión constnte: Q m c ep ΔT Q n c mp ΔT A volumen constnte: Q m c ev ΔT Q n c mp ΔT A tempertur constnte: Q Equivlente mecánico del clor: cl,8 J lor lor Absorbido Desprendido Q> Q< Sistem Principio cero de l termodinámic Define el "equilibrio térmico". Si dos sistems A y B están l mism tempertur, y B está l mism tempertur que un tercer sistem, entonces A y están l mism tempertur.

13 Primer principio de l termodinámic L energí de universo permnece constnte riterio de signos Proceso endotérmico Q> ΔU universo ΔU U finl U inicil Entlpí H U PV ΔH ΔU Δ(pV) ΔU sistem - ΔU entorno ΔU Q W Trbjo de compresión Trbjo de expnsión Sistem W> W< Q< Proceso exotérmico proceso V cte p cte Endotérmico Q> Exotérmico Q < ΔU Q v ΔH Q p ΔU > ΔH > ΔU < ΔH < L Entlpí es el clor intercmbido presión constnte Pr sólidos y líquidos ΔH ΔU Q p Q v Pr gses T cte. ΔH ΔU Δn R T Q p Q v Δn R T El clor no es un función de estdo, pero el clor volumen o presión constnte (Q v, Q p ) si lo son. Ls entlpís de rección se clculn prtir de l ley de Hess, prtir de entlpís de formción o bien prtir de entlpís de enlce. - Ley de Hess El clor que se bsorbe o se desprende en un rección químic relizd presión o volumen constnte es siempre el mismo, tnto si se reliz en un o vris etps. - Entlpí estándr de formción de un compuesto ΔH f. Es l vrición de entlpí correspondiente l formción de un mol del compuesto prtir de sus elementos, en condiciones estándr. L entlpí de formción de los elementos, en condiciones estándr, es igul cero. - Entlpí de rección H r. Es l diferenci entre l entlpí de formción de los productos y l entlpí de formción de los rectivos por sus correspondientes coeficientes. ΔH H H - Entlpí de enlce r f Pr oductos f Re ctivos Es l energí necesri pr romper un mol de enlces entre dos átomos. ΔH H H r Enlce Re ctivos Enlce Pr odu cot s L H enlce se debe multiplicr por el número de enlces entre átomos en cuestión. L H de enlce que se rompe es > y l H de enlce que se form es <. L ecución solo es válid cundo rectivos y productos están en fse gseos. - iclo de irchhoff Pr determinr l ΔH un tempertur T si se conoce l ΔH otr tempertur (condiciones estándr). T ' ΔHT ' ΔH T ΔmpdT ó ΔHT ' ΔHT ΔmpdT ( si mp T cte)

14 Segundo principio de l termodinámic L entropí del universo ument. ΔS universo > Proceso irreversible ΔS universo > Proceso reversible ΔS universo - Entropí S (estdo más probble, de desorden!, de un sistem) Q T Qrev Q ds ΔS S T Δ T T T Q rev es el clor que se bsorbe o se desprende en un proceso reversible. Tercer principio de l termodinámic ( si T rev rev Es imposible lcnzr un tempertur igul l cero bsoluto medinte un número finito de procesos físicos. En el cero bsoluto, un sustnci pur y perfectmente cristlin (infinitmente ordend) tien un vlor de entropí, S, cero. - Entropí estándr deformción de un compuesto Es l vrición de entropí que corresponde l formción de un mol de compuesto prtir de sus elementos en condiciones estándr. ΔS f Sompuesto S Elementos E igulmente se define l entropí estándr de rección Energí de Gibbs o energí libre G ΔS R SPr oductos L energí libre de Gibbs nos define l espontneidd del proceso. S Re ctivos cte) G H-TS ΔG ΔH - Δ(TS) ΔG ΔH - TΔS ( T cte) Δ G ΔH TΔS ΔG rección f ΔG f f productos f ΔG f rectivos Proceso Equilibrio Proceso espontáneo imposible ΔG < ΔG ΔG > Donde cd ΔG f se debe multiplicr por su correspondiente coeficiente estequiométrico y donde l energí libre de Gibs de formción de los elementos, en condiciones estándr, es igul cero. Si un proceso es Exotérmico y más desordendo ΔH < y ΔS > Endotérmico y menos desordendo ΔH > y ΔS < Exotérmico y menos desordendo ΔH < y ΔS < Endotérmico y más desordendo ΔH > y ΔS > Es espontáneo ΔG < Es imposible ΔG > ΔH > TΔS es espontáneo ΔH TΔS está en equilibrio ΔH < TΔS es imposible ΔH < TΔS es espontáneo ΔH TΔS está en equilibrio ΔH > TΔS es imposible

15 INÉTIA QUÍMIA - Velocidd de rección. Es el cmbio en l concentrción de los rectivos o productos con respecto l tiempo en un rección químic. A bb c dd d[ A] d[ B] d[ ] d[ D] v dt b dt c dt d dt - Ecuciones cinétics. Es un ecución que expres l velocidd de rección en función de l concentrción, l tempertur y/o el ctlizdor. Es un ley experimentl. v f ( concentrción, tempertur, ctlizdor) v k[ A] α [ B] β : es l constnte de velocidd que es función de l tempertur y el ctlizdor. α: orden de rección respecto del rectivo A. β: orden de rección respecto del rectivo B. Orden globl de rección α β - Mecnismos de rección Es l secuenci de etps elementles que explicn l mner por l que los rectivos se trnsformn en productos. En ls recciones elementles, y solo en ells, se denomin moleculridd l número de moléculs que intervienen en el proceso. L velocidd de un proceso viene determind por l etp limitnte, l más lent de tods ls que conformn el mecnismo de rección. - Teorí de ls recciones químics. Teorí recolisiones. Pr que un rección se produzc es preciso que ls moléculs reccionntes choquen. Pero estos choques hn de ser eficces: con l suficiente energí y con l decud orientción. Teorí del estdo de trnsición. Admite que l rección trnscurre formándose un intermedio de rección llmdo estdo de trnsición o complejo ctivdo. Este estdo trnsitorio es inestble y evolucion otro estdo más fvorble. Lo que determin si un rección es rápid o lent es el vlor de l energí de ctivción, o energí necesri pr lcnzr el complejo ctivdo. - Fctores de los que depende l velocidd de rección. Nturlez de los rectivos: crcterístics químics, estdo físico y grdo de división de los rectivos. oncentrción: como y se vio en l ecución cinétic. Al umentr l concentrción ument los choques. Tempertur: l constnte de velocidd viene determind por l ecución de Arrhenius. E RT k Ae k: constnte de l velocidd de rección A: fctor de frecuenci E : Energí de ctivción tlizdores: Son sustncis que, un en cntiddes muy pequeñs, vrí en grn medid l velocidd de un proceso químico sin precir pens ningún cmbio en si mismo. Al disminuir l E ument l constnte de velocidd según se preci en l ecución de Arrhenius. 5

16 EQUILIBRIO QUÍMIO - oncepto de equilibrio Es un estdo del sistem en el que no se observn cmbios medid que trscurre el tiempo, pesr de que l rección continú y este se estblece cundo existen dos recciones opuests que tienen lugr simultánemente l mism velocidd. V d A bb c dd Vi onstnte de equilibrio: En el equilibrio se cumple b c d v k A B y v k D y en el equilibrio v v d d [ ] [ ] i i[ ] [ ] d i c d [ ] [ D] c [ A] [ B] b - Ley de cción de mss, LAM (Guldberg y Wge). En un proceso elementl, el producto de ls concentrciones en el equilibrio de los productos elevdos sus coeficientes estequiométricos, dividido por el producto por ls concentrciones en el equilibrio de los rectivos elevds sus coeficientes, es un constnte pr cd tempertur, llmd constnte de equilibrio. - Forms de expresr l constnte de equilibrio: L constnte de equilibrio en función de l presión c d p pd p b pa pb Pr sistems homogéneos en fse gseos L constnte de equilibrio en función de l concentrción. c d c [ ] [ D] [ A] [ B] b Pr sistems homogéneos en fse gseos y en fse líquid (sustncis en disolución) Relción entre c y p p c Δ ( RT ) n - onstnte de equilibrio y grdo de disocición. Grdo de disocición: Es el número de moles disocidos por mol de compuesto inicil, o de otro modo, tnto por uno de moles disocidos. nº de moles disocidos A B α x c nº totl de moles iniciles Tipos de rección A B A B A B mol/l iniciles c c c c c mol/l c(-α) cα c(-α) cα cα c(-α) cα/ cα/ c(-α) c(-α) cα equilibrio c-x x c-x x x c-x x/ x/ c-x c-x x ejemplo N O (g) NO (g) Pl 5(g) Pl (g) l (g) HI (g) H (g) I (g) SO (g) O (g) SO (g) - Fctores que modificn el equilibrio. Ley de Le htelier. Si e un sistem en equilibrio se produce un perturbción, el sistem evolucion en el sentido que tiende contrrrestr dich perturbción. Si se ument l tempertur el equilibrio evolucion en el sentido endotérmico. Si se ument l presión el equilibrio evolucion en el sentido de un disminución de moles gseosos. Si se ument l concentrción de lgún rectivo el sistem evolucion hciendo que este disminuy. L constnte de equilibrio termodinámico es ( p ) Relción entre l constnte de equilibrio y l energí libre de Gibbs Δ G RT ln P Relción entre y T ΔH ln R T T 6

17 REAIONES DE PREIPITAIÓN Son quells que tienen lugr entre iones en disolución pr formr sustncis insolubles. - Solubilidd Es l máxim cntidd de soluto que dmite el disolvente dich tempertur. Es l concentrción de l disolución en equilibrio con el soluto puro. Es l concentrción de l disolución sturd. - Fctores de los que depende l solubilidd L tempertur port energí l cristl y fvorece el proceso de vibrción de los iones y l solubilidd. Fctor energético: Hy que portr myor energí que l reticulr fvoreciéndose los procesos de disolución exotérmicos. Y medid que se centú el crácter covlente del compuesto iónico se dificult su solubilidd. El umento de entropí (estdo de desorden) fvorece el proceso de disolución. El conjunto de fctores entrópico y energético, determinrá l myor o menor solubilidd del compuesto. - Producto de solubilidd Dd l rección z u A xby( s) xa( q) yb( q) z x u Se define el producto de solubilidd: [ ] [ ] y s A( q) B( q) se trt de concentrciones en el equilibrio. s es l constnte de equilibrio de un sistem heterogéneo, vrí con l T y no tiene uniddes - Relción entre solubilidd y producto de solubilidd. Equilibrio tión Anión s s (mol L - ) BA B A s s s s s s B A B A s s BA B A s s BA B A s s B A B A s s B m A n mb n na m s s s s s s s s s s 7s s 7 s s 7s s 7 ms ns m m n n s mn m ms ns n s m m n - Fctores que fectn l solubilidd de un precipitdo. n Disminuye l solubilidd (precipit más sólido) Si ument l concentrción del nión o el ctión Por efecto del ión común: l ñdir otr electrolito que teng un ión en común. Aument l solubilidd (se disuelve más precipitdo) Si disminuye l concentrción del nión o el ctión por formción de: gu. otr sustnci más insoluble. un complejo. un ácido débil o bse débil. efecto slino: si se ñde otro electrolito que no teng ningún ion en común. 7

18 REAIONES DE TRANSFERENIA DE PROTONES - oncepto de ácido y bse. Teorí de Arrhenius de los electrolitos: Ácido es tod sustnci que en disolución cuos liber protones (H ) y bse es tod sustnci que en disolución cuos liber iones hidroxilo (OH - o niones oxidrilo). HA A H BOH B OH Teorí de Brönsted-Lowry Ácido es tod sustnci cpz de ceder protones, (H ) y bse es tod sustnci cpz de ceptrlos. Un rección ácido bse es un rección de intercmbio de protones (H ) entre dos sustncis. Un ácido cundo pierde protones se convierte en su bse conjugd e igulmente un bse cundo cept un protón se convierte en su ácido conjugdo. Teorí electrónic de Lewis Ácido es tod sustnci cpz de ceptr un pr de electrones y un bse es tod sustnci cpz de portr un pr de electrones pr formr en mbos csos un enlce covlente coordindo. Un ácido es un electrófilo y un bse es un nucleófilo. - onstnte de disocición de ácidos y bses Los procesos ácido-bse, lo mismo que culquier proceso químico vienen regidos por l correspondiente constnte de equilibrio. HA H ( α) O [ A ][ H O ] A H O α α α [ HA] ( α) BOH H ( α) b O BH α [ BH ][ OH ] OH α α [ BOH ] ( α) - Fortlez de ácidos y bses Un ácido/bse será más fuerte cunto myor se su constnte de equilibrio y cunto myor se su grdo de disocición. A un ácido/bse fuerte le corresponde un bse/ácido débil y vicevers. Pr los ácidos/bses fuertes α y se encuentrn completmente disocidos en disolución Pr los ácidos/bses muy débiles α tiende y es desprecible frente, α. - Producto iónico del gu. Es el producto de ls concentrciones de ión hidrónio (H O ), por l concentrción de ion hidroxilo (OH - ). El gu es un electrolito débil que se encuentr muy débilmente disocido y se comport nfótero (cido y bse). O H O [ ][ ] OH H O H O OH H w En ls disoluciones ácids [H O ] > -7 mol L - En ls disoluciones neutrs [H O ] -7 mol L - En ls disoluciones básics [H O ] < -7 mol L - - Relción entre y b (relción entre l constnte del ácido y su bse conjugd). HA H A H O O A H O HA OH b [ A ][ H O ] [ HA] [ AH ][ OH ] [ A ] b [ H O ][ OH ] w 8

19 - oncepto de ph Se define ph como el logritmo cmbido de signo de l concentrción de iones hidrónio en disolución. log y entonces ph poh Disolución ácid ph < 7 Disolución neutr ph 7 Disolución básic ph > 7 [ H ] ph O El ph se mide con ppel indicdor, indicdores y phmetro. - lculo del ph Ácido y Bse fuerte: En este cso el ácido/bse se encuentrn totlmente disocidos en l disolución. HA H O A H O ph log[ H O ] log Igulmente pr el cso de un bse débil: poh log[ OH ] log Ácido y bse débil: En este cso el ácido/bse se encuentrn muy poco disocidos en l disolución. [ A ][ H O ] HA H O A H O α α [ HA] α ( α) α α Igulmente pr el cso de un bse débil: poh ( pb log) - Hidrólisis. [ H O ] α ph ( p log ) Es el proceso por el cul un sl se disoci en sus iones y lguno de ellos es ácido o bse conjugd de un bse o ácido débil dndo lugr un ph ácido o básico. Hidrólisis ácid: Se produce con el cloruro mónico que, por ser un sl, en disolución estrá completmente disocido en el nión cloruro (bse de un ácido muy fuerte) que no se hidroliz y ctión monio (ácido de un bse débil) que si se hidroliz, reccionndo con el gu y produciendo hidrólisis ácid. NH l NH l NH ( α) H O NH α OH H α h [ NH OH ][ H ] [ NH ] h w b α α b w w [ H ] α ph ( p log ) b b 9

20 Hidrólisis básic: Se produce con el cetto sódico que, por ser un sl, en disolución estrá completmente disocido en el ctión sodio (ácido de un bse muy fuerte) que no se hidroliz y el cetto (bse de un ácido débil) que si se hidroliz, reccionndo con el gu y produciendo hidrólisis básic. NAc N Ac Ac ( α) H O HAc α OH α h [ HAc][ OH ] [ Ac ] h w α α w w [ OH ] α poh ( p log ) Hidrólisis neutr L produce un sl formd por un nión (bse conjugd de un ácido débil, Ac - ) y un ctión (ácido conjugdo de un bse débil, NH ) como por ejemplo el NH Ac. NH Ac NH [ HAc][ NH OH ] Ac Ac ( α) NH ( α) h w [ Ac ][ NH ] b ( α) H O HAc NH OH α α [ ] [ HAc] α w H h [ Ac ] ( α) b α De donde el ph ( p p b ) - Disoluciones mortigudors, reguldors o tmpón Son disoluciones que tienden mntener el ph constnte frente l dición de pequeñs cntiddes de ácido o bse. Están formds por un ácido débil y un de sus sles de bse fuerte (o un bse débil y un de sus sles de ácido fuerte). Un disolución de ácido y bse conjugd en concentrciones igules. Pr un disolución de ácido débil y un de sus sles HAc NAc. [ H ][ Ac ] [ HAc] [ ] [ HAc] H [ Ac ] y ph p log [ sl] [ ácido] Pr un disolución de bse débil y un de sus sles NH OH NH l. b [ OH ][ NH ] [ NH OH ] [ ] [ NH OH ] OH b [ NH ] y poh p b log [ sl] [ bse]

21 Resumen de fórmuls pr el cálculo del ph Acido fuerte Bse Fuerte ph log poh log Ácido Débil Bse Débil ph ( p log ) poh ( pb log) Hidrólisis Ácid Hidrólisis Básic Hidrólisis Neutr ph ( p b log ) poh ( p log ) ph ( p p b ) Disolución reguldor ácid ph p log [ sl] [ ácido] Disolución reguldor ácid poh pb log [ sl] [ bse] - Neutrlizción Ácido/bse es todo rdicl electrófilo/nucleófilo que reccion con un bse/ácido un velocidd controld por difusión. Neutrlizción es l rección de un ácido con un bse. En un rección de neutrlizción se cumple: Acido Bse Sl Agu Nº de equivlentes de ácido que reccionn Nº de equivlentes de bse que reccionn Y según se el exceso de ácido o de bse sin reccionr el ph ser menor o myor que 7. El punto de equivlenci de un rección de neutrlizción se lcnz cundo el número de equivlentes de ácido que hn recciondo es igul l número de equivlentes de bse que hn recciondo. V ácido N ácido Vbse N bse Normlidd Número de equivlentes nequivlentes m de sust. N n eq V (l)de disolución ms equivlente Vlenci de un ácido número de protones H Vlenci de un bse número de OH - Ms equivlente ms moleculr mequivlent e vlenci

22 REAIONES DE TRANSFERENIA DE ELETRONES - oncepto de oxidción reducción. Oxidción-reducción es un proceso en el que dos sustncis intercmbin electrones. Oxidción es un proceso en el que un sustnci pierde electrones umentndo su nº de oxidción. Reducción es un proceso en el que un sustnci gn electrones reduciendo su nº de oxidción. Oxidnte es l sustnci que se reduce y reductor l sustnci que se oxid. Número de oxidción. Es l crg eléctric forml, no l rel que se le sign un átomo de un compuesto. El nº de oxidción de los elementos en su estdo nturl es. El nº de oxidción del oxígeno en sus compuestos es -, slvo en los peróxidos que es -. El nº de oxidción del hidrógeno en sus compuestos es, slvo en los hidruros que es -. El nº de oxidción de los hlógenos en los hluros es -. El nº de oxidción de los lclinos y lclinotérreos en sus compuestos es y. El nº de oxidción de los iones es su crg eléctric. L signción del resto de los nº de oxidción se hce de modo que l sum lgebric de todos los elementos presentes en un molécul neutr se igul o. Un elemento se oxid si ument su nº de oxidción y se reduce si se reduce su nº de oxidción. - Ajuste de recciones de oxidción reducción. Método del ion-electrón.. Se escribe l ecución químic que se pretende justr signndo los números de oxidción de cd elemento.. Se determin cul es el elemento que se oxid (el que umente su nº de oxidción) y cul es el que se reduce (el que disminuy su nº de oxidción) y se escriben ls semirrecciones de oxidción y de reducción en form iónic.. Se just cd un de ls semirrecciones por seprdo. Primero los heteroátomos, luego oxígenos, hidrógenos y finlmente l s crgs eléctrics... En medio ácido, los oxígenos se justn con moléculs de gu y los hidrógenos con protones.. En medio básico los oxígenos se justn con doble número de iones hidroxilo y los hidrógenos con moléculs de gu... El juste de crgs se reliz colocndo electrones en donde se necesrio.. Se multiplic cd semirrección pr que el nº de electrones gndos se igul l nº de electrones perdidos, después se sumn mbs semirrecciones pr tener l ecución iónic justd (no debe hber electrones). 5. se sustituyen ls especies iónics por ls especies moleculres, mnteniendo los coeficientes clculdos. - Estequiometrí d ls recciones redox. L ecución químic justd nos permite estblecer relciones entre los moles de los rectivos y los moles de los productos. Igulmente se lcnz el punto de equivlenci cundo ls cntiddes de rectivos y productos son ls estequiométrics y se cumple: V oxidnte N oxidnte Vreductor N reductor Normlidd nequivlentes N V (l)de disolución Número de equivlentes m de sust. n eq ms equivlente Vlenci de un oxidnte o un reductor número de electrones intercmbidos en el proceso. Ms equivlente ms moleculr mequivlent e vlenci

23 - Electroquímic. Pil o célul glvánic: son dispositivos que producen un corriente eléctric prtir de un proceso redox Ls cubs electrolítics son dispositivos en los que l corriente eléctric produce un rección redox, que en usenci de corriente no tiene lugr. - éluls glvánics o pils glvánics. En l pil glvánic se produce un rección redox y hy un trnsferenci de é del gente reductor (que cede é) l gente oxidnte (que cpt é); pero est trnsferenci se produce trvés de un hilo conductor y un puente slino, produciéndose ls dos semirrecciones en dos lugres físicmente seprdos conectdos por un puente slino. A cd lámin metálic en contcto con un disolución de sus iones se le denomin electrodo. El electrodo donde se produce l rección de oxidción es el ÁNODO y es el polo. El electrodo donde se produce l rección de reducción es el ÁTODO y es el polo Representción simbólic de un pil glvánic Los rectivos y productos se escriben de izquierd derech, colocndo en primer lugr l semirrección de oxidción (ÁNODO) y después l semirrección de reducción (ÁTODO). Se utiliz el símbolo // pr hincr un puente slino y el símbolo / pr indicr un tbique poroso o un cmbio de fse. Ej.: Pil Dniell: Zn (s) /Zn (q) (, M) // Zn (q) (, M) / Zn (s) Fuerz electromotriz de un pil: el l diferenci de potencil que se estblece entre los electrodos de un pil glvánic, se represent por E. Depende de los electrodos que l formn y ls condiciones de trbjo (, P, T). Sistems de electrodo: Electrodos reversibles ión metálico. M M n né Electrodos reversibles ion cloruro. Ag (s) l - Agl (s) é ó Hg (l) l - Hg l (s) é Electrodo norml o estándr de hidrógeno. H (g) H (q) é E, V - Potencil estándr de los electrodos. Serie electromotriz Los potenciles son sensibles l concentrción, l tempertur y l presión y ls condiciones estándr serán: L concentrción de cd especie iónic o moleculr que prticipe en l rección será M. L presión de cd especie gseos que prticipe en l rección será tm. L tempertur 5 º o 98 En ests condiciones y por comprción con el electrodo norml de hidrógeno se determinn l serie de potenciles de electrodo que son potenciles de reducción. De este modo los potenciles de electrodo miden l tendenci de un electrodo funcionr como cátodo. undo se form un pil con dos sistems de electrodos, cturá como cátodo el que teng el potencil más lto y como ánodo el que lo teng más bjo. - Influenci de l concentrción en el potencil de electrodo. Ecución de Nerst. E E,59 [ productos] log n [ rectivos] E celd E cátodo E ánodo o pr un electrodo o tmbién E celd E E E positivo,59 [ A log n [ A E negtivo reducid oxidd ] ] - Potencil de electrodo y constnte de equilibrio: ne,59 - Leyes de Frdy de l Electrolisis.. L cntidd de un elemento ddo que ese liber en un electrodo durnte un proceso electrolítico es directmente proporcion l l electricidd que ps trvés de l disolución.. L cntidd de un elemento ddo que ese liber por un mism cntidd de electricidd es proporcionl su equivlente químico. Q m Eq I t nº de equivlentes de electricidd nº de equivlentes de sustnci m F Eq F