QUIMICA - LIQUIDOS

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 f uerzas 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 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 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 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)

Los óxidos no metálicos son combinaciones del oxígeno con los no metales, en las que el oxígeno emplea el número de oxidación ox idación -2.

Ing. Raúl Mendoza García

1 a n i g á P


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, por lo que se llaman también óxidos ácidos. CO2 (g) + H 2O  H2CO3 (ac) El dióxido de carbono CO 2 suele formar parte de la composición del líquido de extintores para apagar incendios. En disolución, el ácido carbónico puede perder uno o dos protones. Retirando el primer protón forma el anión bicarbonato, retirando el segundo protón forma el ion carbonato. H2CO3    +  HCO3   +  Ejercicio 1. Completar las reacciones 1.

Cl2O + H2O 

2.

Cl2O3 + H2O 

3.

Cl2O5 + H2O 

4.

Cl2O7 + H2O 

5.

SO2 + H2O 

6.

SO3 + H2O 


2 a n i g á P


Ionización del agua.

La disociación del agua, considerada como electrolito, es muy importante. En el agua pura hay concentraciones iguales de iones hidrógeno (H +) y de iones oxhidrilo (OH -). El valor de ambas concentraciones es tal, que su producto por el de ladisociación o iónica del agua. Su constancia aproximada permite estudiar y definir las disociaciones ácidas, neutras y alcalinas. concentración del agua sin disociar es aproximadamente 1x10 -14, a 25°C, cambiando un poco con la temperatura; 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, cuya existencia en las soluciones es imposible; en realidad lo que hay iones hidratados o solvatados  llamados iones hidronio. Por simplificación de expresiones se continúa hablando de ion hidrogeno cuando se refiere al ion hidronio. La reacción ácida, nautra o alcalina de una disolución acuosa se expresa y determina en términos de una escala logaritmica arbitraria, la escala de pH. pH es el logaritmo de la recíproca de la concentración de iones hidrógeno.

    []  [ ] En el agua pura a 25°C,   , por lo que:

[ ][ ]  [ ]   [ ]  √      [ ]  ()  ()   El pH del agua pura es = 7 pH + pOH = 14


3 a n i g á P


Relaciones de concentración de H+, pH y pOH H+

moles/litro

OH- moles/litro pH

pOH

Observaciones

100

1

10-14

0

14

fuertemente ácida

10-1

0.1

10-13

1

13

10-3

0.001

10-11

3

11

10-5

0.00001

10-9

5

9

débilmente ácida

10-7

0.0000001

10-7

7

7

neutra

10-9

0.000000001

10-5

9

5

débilmente alcalina

10-11 0.00000000001

10-3

11

3

10-13 0.0000000000001

10-1

13

1

10-14 0.00000000000001 10 0

14

0

fuertemente alcalina

http://www.educaplus.org/play-68-Escala-de-pH.html

pH de algunas sustancias Leche de magnesia 10.5 Jugo gástrico 1 a 3 Agua potable 5 a 8 Cerveza 4.1 a 5 Gaseosa 1.8 a 3


4 a n i g á P


Jugo de limón 2.1 a 2. 4 Jugo de naranja 3 a 4 Vinagre 2.5 a 3.5 Vino 3.5 Tomates 4.2 Lluvia ácida 5.6 Orina humana 6.0 Leche de vaca 6.4 Saliva (reposo) 6.6 Agua pura 7.0 Saliva(al comer) 7.2 Sangre humana 7.4 Huevos frescos 7.8 Agua de mar 8.0 Sol. Saturada de bicarbonato sódico 8.4 Pasta de dientes 9.9

Ejemplo 1. Calcule el pH de una solución acidulada a 25°C si la concentración de ion hidrogeno es de 5x10-4 (0.0005 M). pH =  [ ]  [  ] pH =  [] = 3.30

Ejemplo 2. Calcule el pH y el pOH de una solución de HCl 0.001M a 25°C. El HCl está completamente ionizado en el agua, de manera que [ ]+ = 0.001 pH = - log 0.001 = - log 10 -3 = 3 pOH = 14 – pH = 14 – 3 = 11


5 a n i g á P


Ejemplo 3. Calcular el pH de una disolución 0.05 M de ácido acético sabiendo que su constante de acidez es 1.79x10-5. El ácido débil no se halla totalmente disociado en agua. HCN  H+ + CNConcentraciones iniciales

0.20M

Cambio de concentraciones En el equilibrio

-x

x

x

0.20 – x

x

x

Sustituyendo en la fórmula:

 

[][  ]  = [] 

 



= 

 

4.9x10-10(0.20 – x) = x2 9.8x10-11 - 4.9x10-10x = x2 x2 + 4.9x10-10x – 9.8x10-11 = 0 Resolviendo la ecuación: x1 = 9.9x10-6

x2 = - 9.9x10-6 cálculo del pH pH = [ ] pH = 5 Calcular el porcentaje de desprotonación:


6 a n i g á P


[  ]

% de ionización = [] 

   = 

0.00495 %

Ejemplo 4. El ácido sulfúrico  es un ácido fuerte. Luego el pH de una solución de   0.01M El ácido sulfúrico se disocia totalmente según la ecuación de equilibrio:

   2

 

+

1 mol

2 mol

1 mol

0.01M

0.02M

0.01M

La ecuación de equilibrio muestra por cada mol de   obtenemos 2 mol de  y 1 mol de   pH = - log 0.02 = 1.7

Problemas propuestos 1: 1.

Para una solución 0.025M de ácido láctico (  ) a 25°C. Ácido láctico es un ácido débil. Reacción de equilibrio:    +      +    a) determine la constante de ionización si el pH de la solución a esa temperatura es 2.75 b) determine el % de ionización del ácido.. Resp: 1.38x10-4, 7.12%

2.

Calcule el pH de una disolución de  0.03M y de una disolución 0.05M de NaOH. Resp: 1.5, 12.7

3.

Calcule el pH de una solución 0.10M del ácido acético. Ka = 1.8x10 -5


7 a n i g á P


Resp: 2.89

4.

¿Cuál es la concentración del ion hidronio cuando el pH = 3.84? Resp: 1.4x10-4M

5.

¿Cuales son el pH y el pOH de una solución que es 4x10 -8 M en ion oxhidrilo? Resp: pOH = 7.4, pH = 6.6

Propiedades físicas del agua.

El agua es un líquido incoloro, inodoro e insípido cuyo punto de fusión es a 0°C y el punto de ebullición es a 100°C. Los valores de los calores de fusión y vaporización del agua son altos, en comparación con las otras sustancias. Estos valores altos indican que las fuerzas de atracción que actúan sobre las moléculas de agua deben ser grandes. El hielo y el agua coexisten en equilibrio a 0°C. Cuando el hielo se funde a 0°C absorbe 3.34x105 J/kg para pasar al estado líquido. Se necesitan 4186 J para calentar 1 kg de agua de 0°C a 100°C, pero el agua en su punto de ebullición, absorbe 2.26x106 J/kg para transformarse en vapor a la misma temperatura, el vapor contiene mucho más calor por gramo, por lo que puede ocasionar quemaduras más graves que las del agua caliente.

Curva de calentamiento del agua. El intervalo AB representa la fase del hielo, el intervalo BC la fusión del hielo para formar agua líquida, el intervalo CD la elevación de la temperatura del agua, de 0°C a 100°C, el intervalo DE representa la ebullición del agua para formar vapor y el i ntervalo EF el calentamiento del vapor.


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La densidad máxima del agua es de 1 g/ml, a 4°C. 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. La densidad del hielo a 0°C es 0.917 g/ml, lo que quiere decir que el hielo, siendo menos denso que el agua, flotará sobre esta.

Calor específico:

Vapor: Ce =2020 J/kg°C Líquido: Ce = 4186 J/(kg.°C) Sólido: Ce =2090 J/kg°C

Calor latente:

Calor de fusión: Lf = 3.34x105 J/kg Calor de vaporización: L v = 2.26x106 J/kg

Ejemplo1 . ¿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  = 0.010 kg x 3.34x10 5 

 = m Ce

: calor para calendar el agua desde 0°C hasta 20°C

 = 0.010 kg x 4186  x(20 – 0) °C = 837.2 J Por consiguiente, se require 4177.2 J 9 a n i g á P



Problemas propuestos 2 . 1.

Cuantos kilojulios de energía requieren para transformar 20 g de agua a 20°C en vapor a 100°C. Resp: 51.9 kJ

2.

Se tiene 20 g de hielo a – 10°C. ¿Cuánto calor es necesario entregar para convertir el hielo en vapor a la temperatura de 150°C? Resp: 62690 J

3.

Se mezclan 5 g de hielo a 0°C con 45 g de agua a 10°C. ¿Qué cantidad de energía gana el hielo cuando el sistema se estabiliza?

Resp: 405 cal 4.

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.

Cuántos Joules se deben eliminar de 126 g de agua a 24°C para formar hielo a 0°C. Resp: 54742.46 J

0 1 a n i g á P



6.

Si se absorbieran 9560 J de energía en 500 g de hielo a 0°C. ¿Cuál sería la temperatura final? Resp:

7.

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:

8.

Hallar la temperatura de la mezcla de 150 g de hielo a -10°C y 300 g de agua a 50°C. Resp:

9.

En un recipiente térmicamente aislado se introducen 25 g de hielo a 0°C y 80g de agua a 80°C. Calcular la temperatura de equilibrio. Resp:

10.

El calor suministrado a un bloque de 10 g varía con la temperatura tal como muestra al gráfica. Hallar el calor latente de fusión y de vaporización en sus puntos de fusión y vaporización respectivamente.

Resp:

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