UNIVERSIDAD DE PUER TO RICO EN HUMACAO DEPARTAMENTO DE QUÍMICA (www.uprh.edu/~quimgen) QUIM 3001 REPASO PARA EL PRIMER EXAMEN PARCIAL Revisado: Agosto/2005 DEFINICIONES: Química: Materia: Masa: Peso: Ciencia: rama de la ciencia que estudia la composición, propiedades y transfomaciones de la materia todo aquello que tiene masa y ocupa espacio (volumen) mide la inercia de un cuerpo. Se mide por comparación con objetos de masa conocida fuerza gravitacional que ejerce el planeta sobre un cuerpo. Varía de sitio en sitio. forma de conocimiento que utiliza el método científico PASOS EN EL MÉTODO CIENTÍFICO: Observaciones Generalizaciones de las observaciones: leyes científicas (generalmente tienen forma matemática) Explicaciones: hipótesis (o supuestos) y teorías (conjunto de hipótesis) Permiten predecir Experimentos: observaciones controladas hechas con el propósito de probar las hipótesis Modificación de las teorías o hipótesis para ajustarlas a los datos experimentales MÉTODOS DE SEPARACIÓN a) Método físico de separación: no altera la composición o las propiedades esenciales de las substancias (no cambia un tipo de materia en otro tipo de materia, con propiedades diferentes) filtración, destilación, cromatografía b) Métodos químicos de separación: se caracterizan porque utilizan mucha más energía que los métodos físicos de separación. Transforman las substancias en substancias nuevas, con propiedades diferentes. electrólisis, reacciones a alta temperatura TIPOS DE MATERIA a) Mezclas: Pueden separarse en subtancias más sencillas utilizando métodos físicos de separación. Tienen una composición variable. Pueden ser homogéneas o heterogéneas. Mezcla homogénea: solución: se puede distinguir una sola fase en la mezcla Ejemplo: sal en agua Mezcla heterogénea: pueden distinguirse más de una fase agua y aceite, leche Fase: porción de materia con propiedades uniformes a través de toda su extensión
QUIM 3001 - Repaso Página - 2- b) Substancias puras: No pueden separarse en substancias más sencillas utilizando métodos físicos de separación. Dos tipos de substancias puras: elementos y compuestos Compuesto: Elemento: substancia pura que se compone de dos o más elementos unidos químicamente en una proporción definida por peso. Puede separarse en sus elementos utilizando métodos químicos de separación no puede separarse en substancias más sencillas utilizando métodos químicos o físicos. Se conocen unos 111 elementos. Los de número atómico más alto son artificiales, esto es, creados por el hombre. Todas las substancias conocidas resultan de la combinación de los elementos. Los elementos se representan utilizando un símbolo químico, que consta gen de una o dos letras, la primera mayúscula y la segunda minúscula. PROPIEDADES o CARACTERÍSTICAS Pueden clasificarse como : a) FÍSICAS O QUÍMICAS Físicas: pueden observarse sin que ocurra un cambio de un tipo de materia a otro tipo de materia Ejs: estado en que ocurre una substancia a unas ciertas condiciones de presión y temperatura (sólido, líquido o gas) Punto de fusión: Punto de ebullición: Densidad: Calor específico: temperatura a la que coexisten en equilibrio las fases sólida y líquida de una substancia a una presión dada temperatura a la que coexisten en equilibrio las fases líquida y gas de una substancia a una presión dada masa por unidad de volumen cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de un gramo de materia un grado centígrado. Temperatura: mide la energía cinética promedio que tienen las partículas de un cuerpo Volumen: mide el espacio ocupado por una masa dada de materia Color Químicas: reacciones que una substancia lleva a cabo. Si la substancia reacciona se transforma en una nueva substancia, con características diferentes. Ejs. El hierro se oxida (reacciona con oxígeno) pero el oro no (por lo menos a temperatura ambiente
QUIM 3001 - Repaso Página - 3- b) INTENSIVAS O EXTENSIVAS. Intensivas: Extensivas: su valor no depende de la cantidad de materia Ejs: densidad, calor específico, punto de fusión, punto de ebullición, color su valor depende de la cantidad de materia Ejs: volumen, cantidad de calor COMPOSICIÓN: En el caso de una substancia pura especifica los elementos presentes en un compuesto y la proporción por peso de estos En el caso de una mezcla, especifica las substancias presentes en esta y la proporción relativa de cada una LEYES PONDERALES: Ley de la Conservación de la Materia Ley de Composición Definida: En un compuesto dado, los elementos constituyentes se combinan siempre en la misma proporción por peso. Ley de Proporciones Múltiples: Si dos elementos forman más de un compuesto, las diferentes masas de uno de ellos, que se combinan con una masa fija de otro, estarán en razón de números enteros y pequeños. TEORIAS ATÓMICA Teoría Atómica de Dalton: cuatro postulados a) Los elementos consisten de partículas extremadamente pequeñas, indivisibles, llamadas átomos. b) Todos los átomos de un mismo elemento son idénticos, esto es, tienen las mismas propiedades, en particular, la misma masa, que difieren de las propiedades de los demás elementos. c) En las reacciones químicas los átomos de los elementos se conservan, esto es, ni se crean ni se destruyen, meramente cambia la forma en que están combinados. d) Un compuesto se forman por combinación de los átomos de sus elementos, siempre en una misma proporción de números enteros y pequeños. PESO ATÓMICO, NÚMERO DE AVOGADRO Y MOL Masa atómica relativa: masa de un isótopo de un elemento relativa al isótopo de C-12, al Peso atómico de un elemento: Masa atómica relativa promedio de los isótopos naturales de un elemento, tomando en cuenta sus porcentajes de abundancia. El elemento cloro ocurre en la naturaleza en la forma de dos isótopos: el 35 Cl con una masa atómica relativa de 34.969 umares y un porcentaje de abundancia de 75.53% y el 37 Cl con una masa atómica relativa de 36.966 y un porcentaje de abundancia de 24.47%. El peso atómico de Cl que aparece en la Tabla Periódica se calcula buscando el promedio: (34.969 X 75.53 + 36.966 X 24.47)100 = 35.453 umares
QUIM 3001 - Repaso Página - 4- Número de Avogadro: número de átomos en exactamente 12 gramos del isótopo de C-12. Experimentalmente se ha determinado este número: 6.022 x 10 23. Mol : cantidad de materia que contiene el mismo número de objetos (átomos, partículas, moléculas, iones, según sea el caso) que el número de átomos contenidos en exactamente 12 gramos del isótopo de 12 C (6.023 x 10 23 ) Peso molecular: masa relativa al 12 C de una molécula de una substancia que existe en la forma de moléculas. Se calcula sumando los pesos atómicos de los elementos en la molécula y tiene unidades de umares. Peso fórmula: masa relativa al 12 C de una unidad fórmula de una substancia que no existe en la forma de moléculas. Se calcula sumando los pesos atómicos de los elementos en la unidad fórmula y tiene unidades de umares. Masa molar: masa en gramos que contiene un mol (6.022 x 10 23 ) de átomos, moléculas o de unidades fórmula de una substancia. Es numéricamente igual al peso molecular o al peso fórmula de una substancia. Masa absoluta de un átomo de un elemento: masa en gramos de un átomo de un elemento, como si se hubiese pesado directamente en una balanza. Se calcula dividiendo la masa molar del elemento entre el número de átomos que contiene (número de Avogadro) a) El peso atómico de cloro es 35.453 umares, la masa molar del Cl es 35.453 g, la masa absoluta de un átomo promedio de cloro es 35.453 g/6.022 x 10 23 átomos = 5.89 x 10-23 g/átomo de Cl. b) El peso molecular de CO 2 es 44.011 umares, la masa molar de CO 2 es 44.011 g, la masa absoluta o masa en gramos de una molécula de CO 2 es 44.011 g/6.022 x 10 23 moléculas = 7.31 x 10-23 g/molécula. c) El peso fórmula de CaCl 2 es 110.99 umares, la masa molar de CaCl 2 es 110.99 g y la masa absoluta o masa en gramos de una unidad fórmula de CaCl 2 es 110.99 g/ 6.02 x 10 23 unidades fórmula = 1.84 x 10-22 g/unidad fórmula. cual se le asigna una masa de exactamente doce. d) Un isótopo de un elemento que pese exactamente tres veces más que el C-12 se le asignaría una masa de 36. FÓRMULA EMPÍRICA 1) Procedimiento para determinar la fórmula empírica a partir de la composición a. Divida los gramos de cada elemento entre el peso atómico para calcular los moles de átomos de cada elemento. b. Divida los moles de átomos de cada elemento entre los moles del más pequeño c. Si no todas las divisiones en el paso anterior le dieron números enteros, multiplique por 2 o por 3 o por 4,.etc hasta que todas las razones se conviertan en números enteros. d. Escriba la fórmula empírica
QUIM 3001 - Repaso Página - 5-2) Procedimiento para determinar la fórmula empírica por análisis de combustión a. Divida los gramos de CO 2 entre el peso molecular de CO 2 para calcular los moles de CO 2 que son iguales a los moles de átomos de C. b.divida los gramos de agua, H 2 O, entre el peso molecular de H 2 O, para calcular los moles de H 2 O. Multiplique por 2 para calcular los moles de H. c. Si la muestra contiene otro elemento además de C y H, multiplique los moles de C x 12.011 para calcular los gramos de C, los moles de H x 1.008 para calcular los gramos de H sume los gramos de C y los gramos de H y réstelos de los gramos de la muestra para calcular los gramos del otro elemento. Divida los gramos del otro elemento entre su peso atómico para calcular los moles de átomos del otro elemento. d. Divida los moles de átomos de cada elemento entre los moles del más pequeño e. Si no todas las divisiones en el paso anterior le dieron números enteros, multiplique por 2 o por 3 o por 4,.etc hasta que todas las razones se conviertan en números enteros. f. Escriba la fórmula empírica Para calcular la fórmula molecular, divida el peso molecular entre el peso de la fórmula empírica. Multiplique todos los subscritos de la fórmula empírica por este número para obtener la fórmula molecular. NOMENCLATURA REGLAS: Nombre de los aniones monoatómicos más comunes ( se cambia el nombre del elemento porque termina en uro : fluoruro, cloruro, bromuro, yoduro (carga de 1) F -, Cl - Br -, I - (iones de los halógenos)óxido, sulfuro, selenuro, teluro (carga de 2) O -2, S -2 (iones de los calcogenuros) nitruro, fosfuro, arsenuro (carga de 3) N -3, P -3, As -3, hidruro (-1) H - Cationes más comunes: De carga +1: Li +, Na +, K +, Rb +, Cs + ( iones de los metales alcalinos) Cu + (cobre (I) o cuproso), Ag +, Au + (oro (I) o auroso), Tl + (talio(i) o taloso) De carga +2: Be 2+, Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+, Ra 2+ (iones de los metales alcalino térreos) Zn 2+, Cd 2+, Hg 2+ (mercurio(ii) o mercúrico), Hg 2 2+ (mercurio(i) o mercurioso, Fe 2+ (hierro(ii) o ferroso), Ni 2+ (niquel(ii)), Cu 2+ (cobre(ii) o cúprico), Sn 2+ (estaño(ii) o estanoso), Pb 2+ (plomo(ii) o plumboso), Cr 2+ (cromo(ii) o cromoso), Mn 2+ (manganeso(ii)), Co 2+ (cobalto(ii) o cobaltoso), Pt +2 (platino(ii)) De carga +3: Al +3, Tl +3 (talio(iii) o tálico), Sc +3, Y +3, La +3 y los lantánidos, Fe +3 (hierro(iii) o férrico), Co +3 (cobalto(iii) o cobáltico), Au +3 (oro(iii) o aúrico), Cr +3 (cromo(iii)) Se nombra primero el anión, terminando en uro, luego la palabra de y luego el metal, seguido de su número de oxidación en paréntesis y en números romanos, si fuese necesario (cuando exista más de una posibilidad).
Reglas para la nomenclatura de Comp. Inorgánicos Página -6 - En la nomenclatura común se nombra primero el anión y luego el catión (sin palabra de que los separe). El nombre del catión termina en ico si está en su estado de oxidación (carga) más alto y en oso si está en su estado de oxidación más bajo. cloruro de hierro(iii) o cloruro férrico FeCl 3 óxido de aluminio Al 2 O 3 sulfuro de cobalto(ii) o sulfuro cobaltoso CoS nitruro de magnesio Mg 3 N 2 hidruro de calcio CaH 2 ACIDOS BINARIOS Cuando a un anión sencillo se le añade H hasta que forma un compuesto neutral, la solución acuosa de ese compuesto se nombra como ácido seguido del nombre del elemento diferente de H y el sufijo hídrico. ácido clorhídrico HCl (ac), ácido fluorhídrico HF (ac), ácido sulfhídrico H 2 S (ac) COMPUESTOS ENTRE UN OXIANIÓN Y UN METAL Los oxianiones en que el átomo central es un elemento del segundo periodo (B, C, N) pueden acomodar tres o dos oxígenos a su alrededor. El nombre del que acomoda tres oxígenos termina en ato; el que acomoda dos, si existe termina en ito. borato, carbonato, nitrato, nitrito. BO 3-3, CO 3-2, NO 3 -, NO 2 - La carga del anión que termina en ato se puede determinar sumando el producto del número de oxígenos multiplicado por 2 y sumándole el número de la familia del átomo central. El otro tiene la misma carga. Los oxianiones en que el átomo central es un elemento del tercer periodo o posterior generalmente acomodan cuatro o tres oxígenos. El nombre del oxianión que acomoda cuatro oxígenos termina en ato; el del que acomoda tres, termina en ito. sulfato, sulfito SO 4-2, SO 3-2, fosfato, fosfito PO 4-3, PO 3-3 La carga del anión que termina en ato se puede determinar sumando el producto del número de oxígenos multiplicado por 2 y sumándole el número de la familia del átomo central. El otro tiene la misma carga. Cuando el átomo central es un halógeno existen otras posibilidades, esto es, se podrían acomodar cuatro, tres, dos o un oxígeno. Se utilizan entonces los prefijos per e hipo para añadir dos posibilidades adicionales a la nomenclatura. La carga de todos estos aniones es 1. (perclorato, clorato, clorito, hipoclorito, en orden descendente de número de oxígenos alrededor del átomo central, comenzando con cuatro). Si a un oxianión se le añade uno o dos hidrógenos, la carga disminuye por uno por cada H añadido y el anión correspondiente se nombra añadiéndole el prefijo hidrógeno o dihidrógeno al nombre del anión correspondiente. H 2 PO - 4 dihidrógenofosfato HPO -2 4 monohidrógenofosfato
Reglas para la nomenclatura de Comp. Inorgánicos Página -7 - Si en el nombre de un oxianión o de un anión sencillo aparece el prefijo bi significa que se le ha añadido un H al anión original y que la carga por tanto ha disminuído por uno. HCO 3 - bicarbonato, HS - bisulfuro Si en el nombre de un oxianión aparece el prefijo tio significa que uno de los oxígenos del anión original ha sido substituído por un S. La carga se mantiene igual. S 2 O 3-2 tiosulfato Para nombrar un compuesto formado por un oxianión y un ión metálico, se dice primero el nombre del oxianión seguido por la palabra de y luego el nombre del metal, seguido de su número de oxidación en paréntesis y en números romanos, si fuese necesario (cuando exista más de una posibilidad). El número de cationes y aniones en la fórmula se determina por el principio de neutralidad de cargas. Los aniones poliatómicos se colocan en parentesis, con un subscrito que indica el número de ellos necesario para lograr neutralidad.. fosfato de calcio Ca 3 (PO 4 ) 2 ; monohidrógenofosfato de sodio Na 2 HPO 4 ; nitrato de hierro(iii) Fe(NO 3 ) 3 OXIÁCIDOS Cuando a un oxianión se le añaden H hasta que forma un compuesto neutral, el compuesto se nombra como ácido seguido del nombre del elemento y la terminación ico si el nombre del oxianión termina en ato o la terminación oso si el nombre del oxianión termina en ito. ácido sulfúrico H 2 SO 4, ácido sulfuroso H 2 SO 3, ácido nítrico HNO 3, ácido nitroso HNO 2, ácido perclórico HClO 4, ácido clórico HClO 3, ácido cloroso HClO 2, ácido hipocloroso HClO, ácido arsénico H 3 AsO 4, ácido arsenioso. H 3 AsO 3 ALGUNOS ANIONES TIENEN NOMBRES ESPECIALES CN - cianuro, OH - : hidróxido, SCN - : tiocianato cianuro de potasio KCN ácido cianhídrico HCN (ac) hidróxido de calcio Ca(OH) 2 tiocianato de sodio NaSCN NOMBRE DE COMPUESTOS BINARIOS ENTRE ELEMENTOS NO METÁLICOS En las fórmulas de los compuestos entre dos elementos no metálicos, se escribe primero generalmente el elemento que quede más a la izquierda y más hacia abajo en la Tabla Periódica.. Luego se escribe el elemento que quede más a la derecha y hacia arriba. Al nombrarlos se dice primero el último elemento que aparece en la fórmula, la terminación de cuyo nombre se cambia a uro. El nombre del primer elemento en la fórmula no se cambia. Los dos elementos se separan utilizando la palabra de y el número de cada uno de ellos en la fórmula se indica utilizando los siguientes prefijos para contar. mono di, tri, tetra, penta, hexa, hepta, octa, nona, deca, undeca etc. decaóxido de pentafósforo P 5 O 10, pentacloruro de f'osforo PCl 5, dióxido de azufre SO 2, trifluoruro de cloro ClF 3, monóxido de carbono CO