QUIMICA GENERAL – ING.CIVIL LIQUIDOS Las moléculas están menos separadas que las de un gas y tienen mayor interacción entre sí. La acción mutua entre las moléculas de un líquido se manifiesta en la tensión superficial. Esta determina límites muy bien definidos entre los líquidos y otros estados de la materia. Estos límites se llaman interfases. Cuando una molécula de un líquido está rodeada totalmente por otras moléculas (es decir en cualquier parte del líquido menos en la interfase) es atraída por ella y se dice que las fuerzas son esféricamente simétricas, por lo que el resultado neto es como si no hubiera fuerzas atrayendo a la molécula. Prácticamente en la parte superior de la interfase no hay moléculas y por consiguiente una molécula que está en la interfase sólo es atraída por las moléculas que están debajo de ella lo cual tiende a reducir la superficie a un mínimo y pone toda la superficie en tensión. Esta tensión hace que la superficie ofrezca una resistencia a la penetración. La fuerza necesaria para vencer esta resistencia se llama tensión superficial. Otra manifestación de la atracción molecular entre los líquidos es la viscosidad o resistencia a fluir. Debido a las diferencias de la estructura molecular, con las consiguientes variaciones en atracción, cada sustancia líquida tiene una viscosidad propia. Las sustancias de baja viscosidad fluyen fácilmente, por ejemplo, el agua, etanol, gasolina; otras son altamente viscosas, por ejemplo los jarabes, la miel de abejas, los aceites lubricantes y comestibles. Para que una molécula de un líquido pueda escapar hacia el espacio que la rodea es indispensable que posea cierta cantidad de energía. En todo líquido, a cualquier temperatura siempre habrá algunas moléculas que tengan energía promedio, lo que es suficiente para permitirles escapar del líquido. Se dice que hay evaporación cuando se escapan las moléculas de un líquido que está a cualquier temperatura inferior a su temperatura de ebullición. Un líquido volátil es el que a presión normal se evapora fácilmente o hierve a baja temperatura. Reacciones del agua con los óxidos no metálicos (anhídrido) Ing. Raúl Mendoza García Página oxígeno emplea el número de oxidación -2. 1 Los óxidos no metálicos son combinaciones del oxígeno con los no metales, en las que el 3. En disolución. Retirando el primer protón forma el anión bicarbonato. CO2 (g) + H2O H2CO3 (ac) El dióxido de carbono CO2 suele formar parte de la composición del líquido de extintores para apagar incendios. 2. Completar las reacciones 1.QUIMICA GENERAL – ING. el ácido carbónico puede perder uno o dos protones. CIVIL Los prefijos que designan el número de átomos son: mono-di-tri-tetra-hexa-hepta-octa-nona-deca-undeca-dodecaN2O óxido de dinitrógeno NO monóxido de nitrógeno N2O3 trióxido de dinitrógeno N2O4 tetraóxido de dinitrógeno CO monóxido de carbono Cl2O7 heptaóxido de dicloro Cuando los óxidos reaccionan con el agua forman ácidos. Cl2O + H2O Cl2O3 + H2O Cl2O5 + H2O Cl2O7 + H2O SO3 + H2O Página SO2 + H2O + + Ing. por lo que se llaman también óxidos ácidos. 6. 4. H2CO3 HCO3 Ejercicio 1. 5. retirando el segundo protón forma el ion carbonato. Raúl Mendoza García 2 . nautra o alcalina de una disolución acuosa se expresa y determina en términos de una escala logaritmica arbitraria.QUIMICA GENERAL – ING. El valor de ambas concentraciones es tal. Su constancia aproximada permite estudiar y definir las disociaciones ácidas. Por simplificación de expresiones se continúa hablando de ion hidrogeno cuando [ ] [ ] . que su producto por el de ladisociación o iónica del agua. concentración del agua sin disociar es aproximadamente 1x10-14. La disociación del agua. ésta constante (kag) se llama producto de H2O [ [ ][ ] ] H+ + OH= kag ] = kag x [ ] = 1x10-14 = kag [ ][ El ion hidrógeno equivale H+. equivale a un protón. pH es el logaritmo de la recíproca de la concentración de iones hidrógeno. Raúl Mendoza García Página El pH del agua pura es = 7 3 . en realidad lo que hay iones hidratados o solvatados se refiere al ion hidronio. llamados iones hidronio. considerada como electrolito. neutras y alcalinas. es muy importante. por lo que: En el agua pura a 25°C. En el agua pura hay concentraciones iguales de iones hidrógeno (H+) y de iones oxhidrilo (OH-). a 25°C. cuya existencia en las soluciones es imposible. [ [ ][ ] √ [ ] ( ) ] [ ] ( ) pH + pOH = 14 Ing. cambiando un poco con la temperatura. La reacción ácida. CIVIL Ionización del agua. la escala de pH. 8 a 3 Página Ing.000000001 OH.00000000000001 100 http://www.001 0.educaplus.html pH de algunas sustancias Leche de magnesia 10.5 Jugo gástrico 1 a 3 Agua potable 5 a 8 Gaseosa 1.1 0.00000000001 10-13 0. CIVIL Relaciones de concentración de H+. pH y pOH H+ 100 10-1 10-3 10-5 10-7 10-9 moles/litro 1 0.0000001 0. Raúl Mendoza García 4 Cerveza 4.00001 0.0000000000001 10-14 0.org/play-68-Escala-de-pH.1 a 5 .QUIMICA GENERAL – ING.moles/litro pH 10-14 10-13 10-11 10-9 10-7 10-5 10-3 10-1 0 1 3 5 7 9 11 13 14 pOH 14 13 11 9 7 5 3 1 0 fuertemente alcalina débilmente ácida neutra débilmente alcalina Observaciones fuertemente ácida 10-11 0. 4 Saliva (reposo) 6.5 Tomates 4.2 Sangre humana 7.5 Vino 3.4 Huevos frescos 7.9 Ejemplo 1.log 10-3 = 3 Página pOH = 14 – pH = 14 – 3 = 11 ]+ = 0.QUIMICA GENERAL – ING.6 Agua pura 7. pH = pH = [ [ ] [ ] = 3. El HCl está completamente ionizado en el agua. de manera que [ pH = . Calcule el pH de una solución acidulada a 25°C si la concentración de ion hidrogeno es de 5x10-4 (0.0 Saliva(al comer) 7. Saturada de bicarbonato sódico 8.30 ] Ejemplo 2.0005 M).4 Pasta de dientes 9.001 = . Calcule el pH y el pOH de una solución de HCl 0.001M a 25°C.2 Lluvia ácida 5.0 Sol.5 a 3.0 Leche de vaca 6. 4 Jugo de naranja 3 a 4 Vinagre 2. CIVIL Jugo de limón 2.8 Agua de mar 8.001 Ing.1 a 2. Raúl Mendoza García 5 .6 Orina humana 6.log 0. 9x10-6 cálculo del pH pH = pH = 5 Calcular el porcentaje de desprotonación: Página [ ] Ing. El ácido débil no se halla totalmente disociado en agua.20M -x 0.4.9x10-10x = x2 x2 + 4.20 – x x x x x H+ + CN- Sustituyendo en la fórmula: [ [ ][ ] ] = = 4.9x10-10x – 9.9x10-10(0.20 – x) = x2 9.8x10-11 .79x10-5.QUIMICA GENERAL – ING.9. CIVIL Ejemplo 3.05 M de ácido acético sabiendo que su constante de acidez es 1. HCN Concentraciones iniciales Cambio de concentraciones En el equilibrio 0.9x10-6 x2 = .8x10-11 = 0 Resolviendo la ecuación: x1 = 9. Calcular el pH de una disolución 0. Raúl Mendoza García 6 . 10M del ácido acético.5.01M El ácido sulfúrico se disocia totalmente según la ecuación de equilibrio: 2 1 mol 0. 7.. Resp: 1.01M 2 mol 0. El ácido sulfúrico [ ] ] = 0.7 Problemas propuestos 1: 1. Ka = 1.75 b) determine el % de ionización del ácido.7 3.QUIMICA GENERAL – ING. CIVIL % de ionización = [ Ejemplo 4.025M de ácido láctico ( Ácido láctico es un ácido débil. a) determine la constante de ionización si el pH de la solución a esa temperatura Ing.00495 % es un ácido fuerte.03M y de una disolución 0.log 0. Calcule el pH de una solución 0.02M + 1 mol 0. Resp: 1. Raúl Mendoza García Página 7 .01M obtenemos 2 mol de y 1 mol La ecuación de equilibrio muestra por cada mol de de pH = . Calcule el pH de una disolución de NaOH. Luego el pH de una solución de 0.05M de + + ) a 25°C. 12.38x10-4.12% 2.02 = 1.8x10-5 0. Para una solución 0. Reacción de equilibrio: es 2. 89 4. ¿Cuál es la concentración del ion hidronio cuando el pH = 3.4.QUIMICA GENERAL – ING. de 0°C a 100°C. Los valores de los calores de fusión y vaporización del agua son altos. absorbe 2. inodoro e insípido cuyo punto de fusión es a 0°C y el punto de ebullición es a 100°C. El agua es un líquido incoloro. pero el agua en su punto de ebullición.84? Resp: 1. Ing. El intervalo AB representa la fase del hielo. en comparación con las otras sustancias.6 Propiedades físicas del agua. agua líquida.4x10-4M 5.26x106 J/kg para transformarse en vapor a la misma temperatura. Raúl Mendoza García Página Curva de calentamiento del agua. por lo que puede ocasionar quemaduras más graves que las del agua caliente. Estos valores altos indican que las fuerzas de atracción que actúan sobre las moléculas de agua deben ser grandes. Se necesitan 4186 J para calentar 1 kg de agua de 0°C a 100°C. El hielo y el agua coexisten en equilibrio a 0°C. el intervalo CD la elevación de la temperatura del agua. el intervalo DE representa la ebullición del agua para formar vapor y el intervalo EF el calentamiento del vapor. el vapor contiene mucho más calor por gramo. pH = 6.34x105 J/kg para pasar al estado líquido. el intervalo BC la fusión del hielo para formar 8 . CIVIL Resp: 2. ¿Cuales son el pH y el pOH de una solución que es 4x10-8 M en ion oxhidrilo? Resp: pOH = 7. Cuando el hielo se funde a 0°C absorbe 3. Calor específico: Vapor: Ce =2020 J/kg°C Líquido: Ce = 4186 J/(kg.34x105 = m Ce : calor para calendar el agua desde 0°C hasta 20°C x(20 – 0) °C = 837.QUIMICA GENERAL – ING.010 kg x 4186 Por consiguiente.34x105 J/kg Calor de vaporización: Lv = 2.°C) Sólido: Ce =2090 J/kg°C Calor latente: Calor de fusión: Lf = 3.26x106 J/kg Ejemplo1 .2 J Página Ing. flotará sobre esta. CIVIL La densidad máxima del agua es de 1 g/ml.010 kg x 3. lo que quiere decir que el hielo. se require 4177. a 4°C. siendo menos denso que el agua. El agua tiene la extraña propiedad de contraer su volumen cuando se enfría a 4°C. para después expenderse cuando se enfría de 4°C a 0°C. ¿Cuántos Joules de energía se necesitan para transformar 10 g de hielo a 0°C en agua a 20°C? = m Lf : calor necesario para fundir el hielo a temperatura constante (0°C) x = 3340 J = 0. Raúl Mendoza García 9 . La densidad del hielo a 0°C es 0.917 g/ml.2 J = 0. Se mezclan 5 g de hielo a 0°C con 45 g de agua a 10°C. Raúl Mendoza García Página 10 . Cuantos kilojulios de energía requieren para transformar 20 g de agua a 20°C en vapor a 100°C. Se tiene 20 g de hielo a – 10°C.46 J Ing. Hallar la temperatura de equilibrio cuando se mezclan 100 g de hielo a o°C. 600 g de agua a 0°C y 100 g de vapor a 100°C. Resp: 70°C 5. CIVIL Problemas propuestos 2 . ¿Qué cantidad de energía gana el hielo cuando el sistema se estabiliza? Resp: 405 cal 4. Resp: 51. 1.QUIMICA GENERAL – ING. ¿Cuánto calor es necesario entregar para convertir el hielo en vapor a la temperatura de 150°C? Resp: 62690 J 3. Cuántos Joules se deben eliminar de 126 g de agua a 24°C para formar hielo a 0°C.9 kJ 2. Resp: 54742. Calcular la cantidad de calor en kcal que se le debe entregar a 50 g de hielo que está a – 200°C con la finalidad de vaporizar completamente. Resp: Ing. En un recipiente térmicamente aislado se introducen 25 g de hielo a 0°C y 80g de agua a 80°C. El calor suministrado a un bloque de 10 g varía con la temperatura tal como muestra al gráfica. Resp: 10. CIVIL 6. Resp: 9. Hallar el calor latente de fusión y de vaporización en sus puntos de fusión y vaporización respectivamente. Raúl Mendoza García Página 11 . Calcular la temperatura de equilibrio. Resp: 8.QUIMICA GENERAL – ING. ¿Cuál sería la temperatura final? Resp: 7. Hallar la temperatura de la mezcla de 150 g de hielo a -10°C y 300 g de agua a 50°C. Si se absorbieran 9560 J de energía en 500 g de hielo a 0°C.