Por la relación con el exterior los sistemas se clasifican: Sistema. Intercambia energía con el exterior. Cerrado. Sistema.

Transcripción

1 Por la relación con el exterior los sistemas se clasifican: Sistema Intercambia materia y energía con el exterior. Abierto Intercambia energía con el exterior. Cerrado No intercambia ni materia ni energía con el exterior. Aislado. Según el número de fases: Sistema Una sola fase Homogéneo Dos o más fases Heterogéneo Sistema Una sola fase Varias fases Mezcla heterogenea Composición variable Mezcla homogenea Disolución Composición constante Todos los átomos iguales Elemento químico Varios tipos de átomos Compuesto químico

2 DISOLUCIONES Pon sal en agua y agita. La sal «desaparece». Ya no es posible observar los cristales. Se ha formado una mezcla homogénea: una disolución. Ya estudiaste que las disoluciones se diferencian de las sustancias puras, que son también sistemas homogéneos, porque las sustancias puras no se desdoblan en los cambios de estado y tienen composición constante, de acuerdo con la ley de Proust. En cambio las disoluciones se desdoblan en los cambios de estado y tienen composición variable. Disolvente y soluto Los dos componentes de una disolución se llaman disolvente y soluto. En el caso del agua con sal, el agua es el disolvente en el que se ha disuelto el soluto, es decir, la sal. Siempre que la disolución tiene el mismo estado físico que uno de los componentes, éste es el disolvente, Cuando los dos componentes tienen el mismo estado físico la designación de disolvente y soluto queda arbitraria. Se suele llamar disolvente al más abundante. En el alcohol de las farmacias, que tíene 4 % de agua, podemos hablar de una disolución de agua en alcohol. En un vino que tenga 15 % de alcohol diremos que hay alcohol disuelto en agua Clases de disoluciones Según el estado físico del disolvente y del soluto habrá 9 clases de disoluciones de las que se dan ejemplos en la Tabla siguiente. Las más importantes son aquéllas en que el disolvente es un líquido. El disolvente líquido más utilizado es el agua; pero se emplean otros muchos, alcohol, éter, benceno, sulfuro de carbono, gasolina. Disolvente Soluto Ejemplos sólido sólido Aleaciones metálicas líquido mercurio en cinc gas hidrógeno absorbido en Pd líquido sólido sal en agua líquido alcohol en agua gas amoniaco en agua gas sólido polvo en aire líquido gotitas de agua en el aire gas aire

3 Hay disoluciones que dejan pasar a su través la corriente eléctrica. Son conductoras. Son las disoluciones en agua de las sustancias que se llaman ácidos, bases y sales. Las demás disoluciones, como las de azúcar o alcohol en agua no son conductoras. CONCENTRACION Las propiedades de una disolución dependen de su composición, es decir, de la clase de componentes que la forman y de su cantidad relativa. Concentración es la relación entre la cantidad de soluto y la del disolvente. También se emplea la relación entre la cantidad de soluto y la de disolución: Concentración = Cantidad de soluto/cantidad de disolvente Concentración = Cantidad de soluto/cantidad de disolución Como además las cantidades de soluto y disolvente y disolución se pueden expresar en masa o en volumen y en unidades físicas (gramos) o químicas (moles), resultan varias maneras distintas de dar la concentración, de las cuales las más utilizadas son: Diferentes modos de expresar la concentración de una disolución Cantidad de soluto Cantidad de Cantidad de Denominación Símbolo disolvente disolución gramos 100 gramos - - g/100 g moles 1 Kg - molalidad m moles - 1 litro Molaridad M gramos gramos % en peso % moles - moles fracción molar X SATURACION Disolución saturada Toma un vaso con un cierto volumen de agua. Añade azúcar y agita. El azúcar se disuelve. Qué sucede si continúas añadiendo cantidades crecientes de azúcar? Al principio se disuelven, pero, a partir de una cierta concentración, el fenómeno cambia. Las nuevas cantidades de azúcar no sx disuelven y se depositan poco a poco en el fondo del vaso. Se dice que la disolución está saturada. Solubilidad

4 Se llama solubilidad a la concentración de la disolución saturada. Es la máxima concentración que se puede conseguir en una disolución de esa sustancia en un disolvente determinado y a determinada temperatura. La solubilidad depende de la naturaleza del soluto. Así las sustancias con respecto al agua se clasifican en muy solubles, como el nitrato potásico, solubles, insolubles. La solubilídad depende también del disolvente. Una grasa es muy soluble en gasolina, es insoluble en agua. La solubilidad varía con la temperatura. Generalmente aumenta con un aumento de la temperatura cuando el soluto es un sólido y el disolvente es un líquido. En el caso de que el soluto sea un gas y el disolvente un líquido la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura. Leyes de los gases ideales: Los gases se caracterizan por llenar completamente el recipiente que los contiene. Si el recipiente aumenta el volumen el gas lo vuelve a llenar en su totalidad. Esto es posible porque el gas ejerce una fuerza contra las paredes. La fuerza media ejercida sobre las paredes del recipiente dividida entre la superficie es lo que se conoce como presión gaseosa. Generalmente la vamos a medir en atmósferas o en milímetros de mercurio. (1atm = 760 mm). Ley de Boyle - Mariotte. El volumen de un peso dado de cualquier gas (seco) a temperatura constante, varía inversamente a la presión a que se somete. P V = cte o bien P V = P V Ley de Charles Gay - Lussac. A presión constante: A volumen constante: V T P T V ' = T P = ' T' Ecuación general de los gases ideales: Combinando las dos leyes anteriores se puede llegar a la siguiente ecuación: P V P V = ' ' T T' Supongamos que tenemos n moles de un determinado gas. Esos moles ocuparán un volmen de n (moles) 22,4 (litros/mol) con lo que se puede poner: P V atm n l mol = 1( ) 22, 4( / ) T 273º K El resultado de todas las operaciones en que intervienen las constantes indicadas es 0,082 (atm l/ºk mol) es una constante R. La ecuación anterior se puede poner: P V = n R T

5 Ley de Dalton de las presiones parciales: En una mezcla gaseosa cada gas ejerce una presión igual a la que tendría si ocupase él solo a la misma temperatura, la totalidad del volumen del recipiente. La presión total en el recipiente es la suma de las presiones parciales de cada uno de los gases que lo ocupan. La reacción química: La reacción química se puede entender como un proceso en el que los átomos se reorganizan al romperse unos enlaces y crearse otros nuevos. Unos compuestos desaparecen (reactivos) al tiempo que se forman otros (productos de la reacción). Ecuaciones químicas: Las reacciones químicas se representan mediante ecuaciones químicas: Reactivos Productos C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O A continuación se debe ajustar la ecuación. El ajuste consiste en hacer coincidir el número de átomos de cada especie entre productos y reactivos. C 3 H 8 + 5O 2 3CO 2 + 4H 2 O En el caso de que existan iones también deben quedar ajustadas las cargas. Tipos de reacciones químicas: Reacciones de síntesis: Dos o más sustancias reaccionan para dar otra más compleja. A + B AB Ejemplos: Oxido básico + agua Hidróxido CaO + H 2 O Ca(OH) 2 Oxido ácido + agua Acido SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 Oxido básico + Oxido ácido Sal CaO + SO 2 CaSO 3 Reacciones de descomposición: Una sustancia se descompone en dos o más que son más simples. AB A + B Ejemplo: CaCO 3 CaO + CO 2 Reacciones de sustitución o desplazamiento:

6 Uno de los elementos de un compuesto es sustituido por otro elemento. AB + X BX + A. Ejemplo: Zn + CuSO 4 ZnSO 4 + Cu Reacciones de doble sustitución o intercambio: Se intercambian átomos entre dos compuestos. AB + XY AY + XB Ejemplo: HClO 4 + NaOH NaClO 4 +H 2 O Reactivo limitante: Hay ocasiones en las que uno de los reactivos sobra después de producirse la reacción química. Se dice que dicho reactivo está en exceso o bien que el otro es el reactivo limitante. Rendimiento: En otras ocasiones no se obtiene la cantidad de producto esperada. En estas ocasiones se dice que el rendimiento de la reacción química es el cociente entre la cantidad obtenida y la que teóricamente se podría obtener. Velocidad de una reacción química: Es la rapidez con que los reactivos desaparecen o bien la rapidez con que se forman los productos. Se puede medir estudiando la forma en que disminuye la concentración de los reactivos o que aumenta la concentración de los productos con la variación del tiempo. Factores que influyen en la velocidad de reacción: Una reacción química se puede explicar considerando que las moléculas de los reactivos chocan para romper algunos de sus enlaces y crear otros nuevos. De todos los choques no todos producen el efecto deseado, solamente aquellos que se producen con la energía y en la dirección adecuada. Esos choques se llaman choques eficaces. Todo lo que favorezca un aumento del número de choques o bien un aumento de la energía de las moléculas que chocan producirá un incremento en la velocidad de reacción. Así pues serán factores que aumenten la velocidad de reacción los siguientes: Un mayor grado de división de los reactivos si estos son sólidos. Una mayor concentración si se trata de disoluciones o una mayor presión parcial si se trata de gases.

7 El incremento de la temperatura produce un aumento de la velocidad de reacción hasta el punto de que un aumento de 10ºC en la temperatura de la mezcla reaccionante provoca aproximadamente un incremento del 100 % en la velocidad de reacción. La presencia de ciertas sustancias llamadas catalizadores que se recuperan integramente al final de la reacción. Los catalizadores no reaccionan sino que facilitan la reacción química. En algunos textos aparece el concepto de catalizadores negativos o inhibidores. Serían sustancias que disminuyen la velocidad de reacción. Sin embargo la forma que tienen de actuar es disminuir la concentración de alguno de los reactivos reaccionando ellos con él. Esto va contra la definición de catalizador puesto que estas sustancias no se recuperan al final del proceso en estado puro. Por tanto no se pueden llamar catalizadores con propiedad.