Apuntes de Química Equilibrio Químico y Calculo de Dureza

Apuntes de químicaConceptos Química Clasificación de la materia.- La materia es todo lo que ocupa un espacio y tiene masa. Sustancia: Son elementos o compuestos. Y tienen una proporción definida (p.e agua: 11.19 % de H y 88.81 % de O). Elementos: Materia formada por un solo tipo de átomos (p.e O 3, Ag, Cl2). Compuesto: Formado por 2 o más elementos (p.e H2O, HCl). Son Y la mezcla es una combinación de sustancias en las cuales las sustancias conservan sus propiedades características. Las mezclas no tienen una composición constante, por lo tanto las muestras de aire tomadas de varias ciudades probablemente tendrán una composición distinta. Aunque en una muestra la composición será la misma en todas partes de esa muestra. Esto se llama mezcla homogénea. Cuando la composición no es uniforme se llama mezcla heterogénea como al juntar hierro con arena. En principio todas las sustancias pueden existir en los 3 estados: sólido, líquido y gaseoso. Fase.- En química, un sistema homogéneo es aquel sistema material que está formado por una sola fase, es decir, que tiene igual valor a las propiedades intensivas en todos sus puntos o de una mezcla de varias sustancias que da como resultado una sustancia de estructura y composición uniforme. Una forma de comprobarlo es mediante su visualización. Si no se pueden distinguir las distintas partes que lo forman, éste será homogéneo. Un sistema homogéneo es, por ejemplo, la mezcla de sal común sobre agua. La sal se disuelve en el agua de tal forma que es imposible verla a simple vista. El sistema constará de una sola fase y será homogéneo. Sin embargo toma en cuenta lo siguiente: Se debe distinguir entre fase y estado de agregación de la materia. Por ejemplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono; son, por lo tanto, fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido). También es frecuente confundir fase y microconstituyente; por ejemplo, en un acero cada grano de perlita es un microconstituyente, pero está formado por dos fases, ferrita y cementita. Una fase puede constar de diferentes compuestos pero cuando las propiedades de otro o más compuestos difieren en tal grado que dejan de ser compatibles, entonces hay separación de fases (agua y aceite). Son los que donan electrones. Oxidación y reducción: reacción de oxidación: Fe → Fe2+ + 2e.. (l). Keq. ⇆ Disolución. etc. la relación [NO2]2/[N2O4] presenta valores constantes: Se descubrió que para una temperatura constante: c d [C ] [D ] K= ⇆ [ A]a [B]b aA+bB cC+dD El fundamento de las constantes de equilibrio es en concentraciones sin embargo de ahí se puede partir para expresarlas de otra forma: c d [ PC ] [ P D ] K p= . (g) y otros. Las propiedades químicas y físicas casi siempre se conocen por experimentación. I. Estas son preguntas importantes. Por lo cual las sustancias tienen propiedades físicas. Como: ΔH.y reacción de reducción: Cu2+ + 2e. como el punto de ebullición. La sustancia A no reacciona con todas las sustancias y con las que reacciona lo hace en circunstancias específicas por lo cual las sustancias tienen propiedades químicas únicas.. y estos se oxidan (es decir pierden electrones). La reacción de oxidación se refiere a la semireacción que implica la pérdida de electrones. por lo tanto son los que requieren (aceptan) electrones de otros. Y los calientas y llegas a 100 ºC. Halógenos.Son los que hacen que ocurra la oxidación (pérdida de electrones). volumen. Si tenemos oro ¿reaccionara con el oxígeno? ¿En qué condiciones lo hará? ¿Hasta qué grado reaccionara? ¿En cuánto tiempo lo hará?. pero el oro no todavía. Br. La oxidación es la pérdida de electrones de un cuerpo (Fe) y la reducción es la ganancia de electrones de cuerpo (Cu2+)..Viene de formador de sal. únicas. Propiedad extensiva: Depende de la cantidad de materia (masa.Si tomas el agua líquida y el oro sólido. Equilibrio químico Constante de equilibrio químico.HA(ac) H+(ac) + A-(ac). Oxidantes (=agentes oxidantes). Son solo 5 elementos (F. a b [PA ] [PB] c+d −a−b K=K p ·(RT ) .→ Cu.Propiedades físicas y propiedades químicas.N2O4 (g) ⇆ 2NO2 (g) El análisis en equilibrio de la tabla siguiente muestra que aunque la relación [NO 2]/[N2O4] presenta valores dispersos. Ecuaciones químicas. Reductores. La 1ra se responde con la propiedad química que tiene el oro. La disociación es el efecto de ionizarse. Una disolución es una mezcla homogénea. Calor. veras que el agua se convierte en gas. Cl..Las ecuaciones químicas son representaciones de las reacciones químicas. y las reacciones químicas ¡son todo un mundo! Por lo que las ecuaciones químicas mientras más información tenga mejor.. Todos tienen una valencia de -1 y se combinan con metales e hidrocarburos.. Los 3 están disueltos en el agua pero solo el H + y el A- están ionizados.. At). Cuando existe una disociación ≈100% de la sustancia entonces se dice que es un electrolito fuete. (s). El Fe se oxida (se está oxidando).). 00 49.La solubilidad se define como la máxima cantidad de soluto que se disolverá en una cantidad dada de disolvente a una T dad (RT )a+b −c−d a. V de NaOH [ml] 0.00 50.01 20.95 90.90 80..00 50.75e-5 (ac) (ac) ⇆ H+ + OH(ac) (ac) Kw=1e-14 pH=? Cuando agregamos NaOH a la muestra ¿Podría ocurrir:? HAc (ac) ⇆ H+ + Ac(ac) (ac) H+(ac) + OH-(ac) ⇆ HO 2 (l) K1=1.00 60.99 5.00 45.00 55.00 40. Mol [Concentración]= Espacio que ocupanlos moles Solubilidad. 302.05 25.00 49.00 10.00 49.10 30.75e-5 Kw= .00 50.00 70. Acético con NaOH pág.00 49. Ejercicio Qmca analítica – Ac.00 51.Teniendo 2 datos puedes encontrar el tercero.00 50.00 (1) HAc (ac) + NaOH (ac)  H2O (l) + NaAc (ac) (2) HAc (ac) (3) H2O (l) ⇆ H+ + AcK1=1. 1 -x 0. después la reacción 2.(4)HAc (ac) + OH-(ac) ⇆ HO + Ac-(ac) 2 (l) K=Kw * K1=1. Que va en una sola dirección.75e-5= x2 0. Hasta los 49.31e-3 Generalmente los ejercicios te dicen el valor del inicio. 0.1−x x=1. ∆ Eq. veamos para 5 ml: .75e-9 No porque lo primero que pasa cuando agregamos NaOH (ac) a la muestra es la reacción 1. Cuando no se agrega NaOH: HAc (ac) Ini.1-x ⇆ H+(ac) 0 +x +x + Ac-(ac) 0 +x +x K 1=1. ¡Este tipo de reacciones controlan los procesos! En cuanto aparece NaOH ocurre la reacción (1) (es decir se forman los productos).99 ml de NaOH lo primero que pasa es la reacción 1. 71e-10.que proviene de la reacción 2.(ac) Ini. Ac-(ac) + 5e-4/0.0909e-3+x (9. Tenemos: ⇆ (2) HAc (ac) Ini.055 -x 0.0909e-3 tb.01 ml de NaOH entonces se neutraliza (elimina) totalmente el HAc de la muestra inicial y en la muestra existe NaAc y NaOH ambos disociados.05 -x 0.2932e-6.05-x + K b=5. la reacción 4 sigue .(que es la base conjugada de HAc) forma el siguiente equilibrio: Como Ac.08181−x Cuando se añaden 50 ml de NaOH neutraliza (elimina) totalmente el HAc de la muestra inicial y por eso el equilibrio de la reacción 2 desaparece.5e-3/0.5e-3 mol de HAc.que proviene de la reacción 1 se le agrega el Ac . Pero el Ac . 0. ∆ Eq.05−x + OH-(ac) 1e-7 +x 1e-7+x x=5.es la base conjugada de HAc su Kb es Kw/Ka = 5.75e-5= H+(ac) 0 +x +x Como x se hace cada vez más pequeño entonces en 0. Como el NaAc también es un electrolito fuerte se encuentra totalmente disociado.08181 y 9. ∆ Eq. 4.08181-x K 1=1.055 +x 9.Como son 5e-4 mol de NaOH que entran entonces se consumen 5e-4 mol de HAc y quedan 4. Cuando se pasa los 50.08181-x lo vuelven solo 0.0909e-3 + x)( x ) 0.71e-10= H2O (l) ⇆ HAc(ac) 0 +x x ( x )(1e-7+ x) 0. (4) Ac. Al Ac. 01e-5 hace +x)(x cada )vez menos.04995-x + H2O (l) ⇆ HAc(ac) 0 +x x Aquí la contribución por disociación de Ac. K b=5.04995 -x 0. (4) Ini.(ac) 0.3e-6. Y esta (1.01e-5+x NaOH para el OH.09 .08181-x lo vuelven solo 0.0909e-3 tb.04995−x + OH-(ac) Por último podemos graficar en matlab: Como x se hace cada vez más pequeño entonces en 0.08181 y 9.71e-10= x=2.ocurriendo porque hay NaAc sin embargo su contribución de hidróxidos es mínima comparada con la que va ha hacer el NaOH.01e-5 es pequeña comparada con +x contribución de solo 0. 0.(es decir 1. Ac.01 ml 1. ∆ Eq. la x) la de se pH= 9. 389. HY3. 3 moles de H+ entonces necesitamos 3 moles de Cl .para que la reacción este en su punto de equivalencia aunque no se formen 3 moles de HCl porque existe un equilibrio cuando tenemos más de 3 moles de Cl.entonces este se encuentra en exceso. Ka3= 6. Digamos que tenemos la siguiente reacción: H + + Cl- ↔ HCl. K = 5e10 (2) H4Y ⇆ H+ + H3Y. CaY2. Ka1 = 1...02e-02 (3) H3Y- ⇆ H+ + H2Y-2 . . entre estas anteriores especies.92e-7 (5) HY3- ⇆ H+ + Y-4 .. H3Y. H2Y2-. Y-4 entonces ocurre un equilibrio. Ejercicio Qmca analítica – Ca2+ con EDTA pág. (1) Ca2+ + Y4- ⇆ CaY2. Ka4= 5.5e-11 Ver pág.Reactivos en exceso. 385 Sookg: +¿¿ H ¿ +¿ H¿ ¿ +¿ H¿ ¿ H ¿ +¿ ¿ ¿ ¿ ¿ ¿ K1 K 2 K3 K4 α 4= ¿ El EDTA se va a representar con Y Cuando se añade una forma de H4Y..14e-3 (4) H2Y2- ⇆ H+ + HY-3 .ya no forma parte de este equilibrio por lo que solo puede afectarlo produciendo Y 4 . Ka2 = 2. x=0.54e-3 (4.CaY2-) K=5e10= α4(9.09e-4.54e-3 .CaY2- pH= 10 .0 7.0 5. 5 ml de Y4-EDTA: =α4·CT.35 ·(9.4−¿ Y¿ ¿ 4−¿ Y¿ ¿ 3−¿ HY ¿ ¿ 2−¿ ¿ H2 Y ¿ −¿ ¿ H3 Y ¿ +[ H 4 Y ] ¿ 4−¿ Y¿ ¿ ¿ ¿ α 4 =¿ Con respecto al EDTA si cambias el volumen total cambias la concentración total y las concentraciones de las especies con Y.61e-9 pH α4 pH α4 5.0 4. Entonces utilizando las cttes y teniedo el pH se tienen: α4 pH 0. Y4- + ⇆ CaY2- 4.54e-7 2.98 Ahora se va a utilizar estos conocimientos: Ca2+ Ini.39e-3 9.8e-4 5. Y los que se convierte en CaY2.5 2.0 7. pero el valor de α no cambia porque depende solo del pH.0 3.54e-3−x ) · 0.71e-14 2.0 10.25e-5 4. ∆ Eq.09e-4−x ) Haciendo en matlab se tiene: CaY2- .000908 .09e-4.CaY2-) (x ) ( 4.21e-2 0.35 0.0 3.ya no entra en CT.85 0.51e-11 3.52e-18 3.0 8.0 6.0 11.0 12. entonces: CT= 9. Y eso ocurre en esta región 1 pues casi todo el EDTA que se añade se convierte en CaY 2. En donde cuando se añade 25 ml de EDTA se iguala la cantidad de moles de EDTA que hay y la cantidad de moles de Ca2+ que hay.2 1 La región 1: Si tenemos 5 moles de Ca2+ en solución y ponemos 1 mol de EDTA.pero la cantidad de Ca 2+ es mayor. Con el fin de que a medida (1) (2) (3) . no importa que tan alto sea la formación de CaY 2.solo se podrá formar 1 mol de CaY 2-. Es un poco porque queremos que solo algunas moléculas del magnesio se encuentren como Mg-NET. calgamanita u otro) a la muestra que tiene calcio y magnesio. Es por eso que la constante de equilibrio K determina la altura de la región 2. Mientras mayor sea K menos Ca2+ va a haber en solución y mayor va a ser pCa2+. Ejercicio Calculo de la dureza Cuantitativo-cualitativo La idea es la siguiente: Se ajusta el pH de la muestra a 10. En este punto la reacción depende totalmente del equilibrio. Hasta el punto de equivalencia molar. Después se añade un poco de indicador (NET. ` Si no hay mucho indicador cuando se titule el Mg-NET no habrá mucho NET y Mg-NET al mismo tiempo. . Por eso la clave para un buen viraje de color es colocar poco indicador. Así que se le suele añadir sal magnésica al indicador o al buffer para asegurar que haya la suficiente cantidad de iones magnesio en solución. También el NET funciona mejor con el magnesio (no se porque).