Química - Walter Cartolín Rodríguez BN-FREELIBROS.ORG.pdf

QUÍMICA Teoría y práctica

Walter Cartolín Rodríguez

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u Im ic a :

T e o r Ia

y p r á c t ic a

C o l e c c ió n U n ic ie n c ia S a p ie n s W

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C a r t o l ín R o d r íg u e z

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W a lte r C a rto lín R odríguez, 2007

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E ditorial S an M a rco s E. I. R. L,, e d ito r Jr. D á va lo s Llssón 135, Lim a, Lim a, Lim a Teléfono: 331 -1 5 2 2 R U C :2 0 2 6 0 1 0 0 8 0 8 E -m a il: ¡n fo rm e s @ e d ito ria lsa n m a rco s.co m D iseño de portada: G u sta vo T uppia C o m po sición de interiores: Lidia R a m íre z R e sp o n sab le de ed ició n : A le x C u bas

P rim e ra edición: 2007 S e g u n d a e d ición: 2 014 Tercera edición: d ic ie m b re 2015 T iraje: 2 000 e je m p la re s H e cho el d e p ó s ito legal en la B ib liote ca N a cional del Perú N.° 2015-17921 ISB N : 9 7 8 -6 1 2 -3 1 5 -2 8 0 -2 R e g istro de p ro ye cto e d ito ria l N.° 3 1 5 0 1 0 0 1 5 0 1 4 0 3 P ro h ib id a la re p ro d u cció n to ta l o p a rcia l de e sta obra, sin pre via a u to riz a c ió n e scrita del a u to r y del editor. Im pre so en el Perú / P rín te d in P e rú P edidos: Jr. D á va lo s L issón 135, Lim a T eléfono: 433-7611 E -m ail: ve n ta s @ e d ito rla lsa n m a rco s.co m w w w .e d ito rla ls a n m a rc o s .co m Im presión: E d ito ria l San M a rco s de A n íb a l Je sú s P a re d es G alván Av. Las Lom as 1600, Urb. M a n g o m a rca , S an Ju a n de L u rig a n ch o , Lim a, Lim a R U C : 10090 9 8 4 3 4 4 M arzo 2016

ÍNDICE P resentación..........................................................................................................................................................................

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CAP ÍTU LO 01: M ATERIA Y ENERG ÍA Biografía: Albert E in s te in .................................................................................................................................................... D efinición................................................................................................................................................................................ F e n ó m e n o .............................................................................................................................................................................. Propiedades físicas y q u ím ica s........................................................................................................................................ M ateria..................................................................................................................................................................................... Materia y energía.................................................................................................................................................................. Relatividad de la m a s a ........................................................................................................................................................ Clases de m ateria................................................................................................................................................................. Sistem a disp e rso.................................................................................................................................................................. E n e rg ía .................................................................................................................................................................................... Definiciones im p orta n tes.................................................................................................................................................... Problemas resueltos...................................................................................................... Problemas de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

13 14 14 14 15 16 16 17 18 19 19 20 28 30

C AP ÍTU LO 02: T E O R ÍA ATÓ M IC A - M O DELO S ATÓM ICOS - ESTRUC TURA ATÓ M IC A M ODERNA Biografía: John D a lto n ......................................................................................................................................................... Teorías sobre la constitución de la m a te ria ................................................................................................................... Series espectrales del átomo h id ró g e n o ........................................................................................................................ Estructura atómica moderna ............................................................................................................................................ Peso atóm ico promedio (PA) o masa atóm ica prom edio ( A r ) ................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problem as de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problem as propuestos.........................................................................................................................................................

39 40 52 55 57 59 67 69

C A P ÍTU LO 03: NÚMEROS C U ÁNTICO S - CO NFIG U RACIÓ N ELECTRÓ NICA Biografía: Erwin S chródinger............................................................................................................................................. Números cuánticos............................................................................................................................................................... Configuración e le ctró n ica ................................................................................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problem as de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

77 78 80 87 94 96

C AP ÍTU LO 04: T A B L A PERIÓ DICA Biografía: Dmitri M e n d e lé ye v ................................................................................................................................................

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C lasificación de los elem entos quím icos............................................................................................................................ 102 Tabla periódica a ctu al................................................................................................................................................. Estabilidad q u ím ic a .................................................................................................................................................................. 111 Notación de L e w is ................................................................................................................................................................ 112 Problem as resueltos............................................................................................................................................................ 112 Problem as de examen de admisión U N I........................................................................................................................ 120 Problem as propuestos............................................................................................................................................................. 122

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CAPÍTULO 05: ENLACE QUÍM ICO Biografía: Gilbert L e w is ...................................................................................................................................................... D efinición................................................................................................................................................................................ Tipos de e n la c e .................................................................................................................................................................... Resonancia.,.......................................................................................................................................................................... Geometría m o le c u la r........................................................................................................................................................... M om ento dipolar ( g ) ............................................................................................................................................................ Polaridad de las m oléculas................................................................................................................................................. Enlace m e tá lic o .................................................................................................................................................................... Fuerzas interm oleculares................................................................................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.......................................

131 132 132 134 135 136 136 137 137 139 151 153

CAPÍTULO 06: NOM ECLATURA INO RGÁNICA Biografía: Edward Frankland............................................................................................................................................. Definición................................................................................................................................................................................ Función q u ím ic a ................................................................................................................................................................... V ale n cia .................................................................................................................................................................................. Estado de oxidación (EO )................................................................................................................................................... Funciones inorgánicas......................................................................................................................................................... Ácidos especiales.................... .■........................................................................................................................................... R a d ic a le s ............................................................................................................................................................................... Función s a l............................................................................................................................................................................ A le a cio n e s .............................................................................................................................................................................. A m algam as............................................................................................................................................................................ Nom bres comunes de c o m p u e s to s ................................................................................................................................ Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

161 162 162 162 162 163 169 169 170 173 173 176 177 187 189

CAPÍTULO 07: CONCEPTOS FÍSICOS Biografía: Daniel F ahrenheit.............................................................................................................................................. D e n s id a d ................................................................................................................................................................................ Densidad de una m e zcla .................................................................................................................................................... Densidad relativa (D r).......................................................................................................................................................... Peso específico (PE) o ( y ) .................................................................................................................................................. Gravedad específico (G E ).................................................................................................................................................. P re s ió n .................................................................................................................................................................................... Tem peratura.......................................................................................................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

195 196 196 197 197 198 200 209 213 217

CAPÍTULO 08: UNIDADES QUÍM ICAS DE MASA Biografía: Am edeo A vo g a d ro ............................................................................................................................................. M asa atómica ( A r ) ................................................................................................................................................................ M asa molecular ( M ) ............................................................................................................................................................ A tom icidad .............................................................................................................................................................................. Volumen m olar ( V J .............................................................................................................................................................. Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

219 220 220 221 222 225 239

CAPÍTULO 09: COM PO SICIÓ N ESTEQ UIOM ÉTRICA Biografía: Louis P ro u s t......................................................................................................................................... Fórmula em pírica (FE).........................................................................................................................................................

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Fórmula m olecular (F M )..................................................................................................................................................... Problem as resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I...................................................................................................................... Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

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CAPÍTULO 10: ESTADO GASEOSO Biografía: Louis G a y-L u ssa c............................................................................................................................................. D efinición................................................................................................................................................................................ M odelo de un gas Id e a l....................................................................................................................................................... Propiedad m acroscópica................................................................................................................................................... Propiedad m icro scó p ica ..................................................................................................................................................... Velocidad pro m e d io .............................................................................................................................................................. Ecuación general de los gases Ideales (C lausius)....................................................................................................... Procesos gaseosos re s trin g id o s ...................................................................................................................................... Ecuación universal de los gases ideales........................................................................................................................ Hipótesis de Avogadro y A m p e re ..................................................................................................................................... Ley de Avogadro................................................................................................................................................................... Mezcla de gases...................................................................................................................................................................

259 260 260 260 260 260 261 261 266 266 267 270

Leyes de la mezcla de g a s e s ............................................................................................................................................ Gases húmedos .................................................................................................................................................................. Presión de vapor (P ) .......................................................................................................................................................... Humedad relativa (H R )........................................................................................................................................................ Punto de ro c ío ....................................................................................................................................................................... Ley de difusión gaseosa o ley de Thom as Graham ................................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I...................................................................................................................... Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

270 275 275 276 276 279 281 288 290

CAPÍTULO 11: LÍQUIDOS Y SÓLIDOS Biografía: Robert B o y le ....................................................................................................................................................... Estado líq u id o ............................................................................................................................... '........................................ Propiedades in te n s iv a s....................................................................................................................................................... Curvas de calentam iento y e n fria m ie n to ........................................................................................................................ Diagrama de fa s e s ............................................................................................................................................................... Temperatura y presión c rític a s .......................................................................................................................................... Estado s ó lid o ......................................................................................................................................................................... Punto de fusión...................................................................................................................................................................... S u blim ación............................................................................................................................................................................

297 298 298 299 299 300 300 302 302

Problemas resueltos............................................................................................................................................................. Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

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CAPÍTULO 12: REACCIONES QUÍM ICAS Biografía: Antoine Lavoisier................................................................................................................................................

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Ecuaciones quím icas........................................................................................................................................................... Reacción q u ím ica .................................................... Balance de rea ccio n e s........................................................................................................................................................ Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I....................................................................................................................... Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

322 322 324 331 341 343

CAPÍTULO 13: ESTEQ UIOM ETRÍA Biografía: Jacob B erzellus.................................................................................................................................................. D efinición................................................................................................................................................................................ Leyes ponderales (relación m asa -m asa ).......................................................................................................................

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Leyes volum étricas............................................................................................................................................................... Eficiencia o rendim iento de una reacción ....................................................................................................................... Pureza o riqueza de una sustancia quím ica.................................................................................................................. Masa equivalente (meq)........................................................................................................................................................ Equivalente gram o (1 E q )................................................................................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

351 352 352 355 356 357 369 371

CAPÍTULO 14: SOLUCIO NES Biografía: John T yn d a ll........................................................................................................................................................ Sistem a d is p e rs o .................................................................................................................................................................. Clasificación de las dispersiones...................................................................................................................................... Características del a g u a ..................................................................................................................................................... Propiedades del a gua .......................................................................................................................................................... Soluciones (d is o lu c io n e s).................................................................................................................................................. Unidades de concentración................................................................................................................................................ Neutralización á cid o -b a se .................................................................................................................................................. D ilución .................................................................................................................................................................................... C oloides................................................................................................................................................................................... Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

377 378 378 378 379 379 381 382 383 383 387 399 402

CAPÍTULO 15: CINÉTICA Q UÍM IC A - EQUILIBRIO Q UÍM ICO Biografía: Henry Le C h á te lie r............................................................................................................................................ Cinética q u im ic a ................................................................................................................................................................... Equilibrio q u ím ic o ................................................................................................................................................................. Problemas resueltos............................................................................................................................................................ Problemas de exam en de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

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CAPÍTULO 16: ÁCIDO S Y BASES Biografía: Johannes B ro n sted ........................................................................................................................................... 435 Á cid o........................................................................................................................................................................................ 436 Base o á lc a lis ........................................................................................................................................................................ 436 Teorías de ácidos y b a se s .................................................................................................................................................. 436 Fuerza de a c id e z .................................................................................................................................................................. 437 Equilibrio ió n ic o ..................................................................................................................................................................... 438 Potencial de hidrógeno (pH ).............................................................................................................................................. 439 Indicadores............................................................................................................................................................................. 439 Titulación o neutralización á c id o -b a se ............................................................................................................................ 440 Grado de disociación ( a ) .................................................................................................................................................... 440 Hidrólisis de io n e s ................................................................................................................................................................ 441 Solución reguladora.............................................................................................................................................................. 443 Problemas resueltos............................................................................................................................................................ 445 Problemas de exam en de admisión U N I........................................................................................................................ 453 Problemas propuestos......................................................................................................................................................... 455 C APÍTULO 17: ELECTRO Q UÍM ICA Biografía: Svante A rrhe n iu s ............................................................................................................................................... D efinición................................................................................................................................................................................ Celda ele ctro lítica ................................................................................................................................................................. Relaciones físico-quím icas................................................................................................................................................. Leyes de Michael F a ra d a y .................................................................................................................................................

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Celdas g a lv á n ic a s ........................................................................................................... Celda de concentración .................................................................................................. Batería o p ila ..................................................................................................................... Problem as resueltos........................................................................................................ Problem as de examen de admisión U N I.................................................................... Problem as propuestos.................................................................................................... CAPÍTULO 18: Q UÍM ICA O RG ÁNICA Biografía: A ugust K e k u lé ................................................................................................ D efinición ............................................................................................................................ G e n era lid a d e s.................................................................................................................. Diferencias entre com puestos orgánicos e in o rg á n ic o s ........................................ Carbono (C )....................................................................................................................... Clases de carbono........................................................................................................... Propiedades químicas ................................................................................................... Fórm ulas de un com puesto o rg á n ic o ......................................................................... Isom ería.............................................................................................................................. Deducción de fórm ulas g lo b a le s .................................................................................. Grupos funcionales.......................................................................................................... Hidrocarburos (H C )......................................................................................................... Aléanos (R - H ) ................................................................................................................ Alquilo ( - R )....................................................................................................................... Prefijos comunes (aléa n o s)........................................................................................... Nom eclatura IU P A C ........................................................................................................ M etano................................................................................................................................ Alquenos, oleflnas o e tilé n ico s..................................................................................... Alqulnos acetilénicos...................................................................................................... Hidrocarburos alicíclicos................................................................................................. Acetileno o e tin o .............................................................................................................. A lquino............................................................................................................................... Hidrocarburos a ro m á tico s............................................................................................ Benceno (C6H6) .............................................................................................................. Com puestos arom áticos heterocíclicos..................................................................... El p e tró le o ........................................................................................................................ Gas n a tu ra l....................................................................................................................... G a s o lin a ............................................................................................................................ Funciones oxigenadas................................................................................................... Funciones alcohol (R - O H )......................................................................................... Función éter (R - O - R ’) ............................................................................................. Función aldehido (R - C H O )....................................................................................... Función cetonas (R - CO - R ) .................................................................................... Ácidos carboxíllcos (R - C O O H )................................................................................. Funciones n itrogenadas................................................................................................ Función a m in a ................................................................................................................. Función a m id a ................................................................................................................. Función nitrito (R - C N )................................................................................................. Función ¡m in a .................................................................................................................. A m in o á cid o s..................................................................................................................... P ro te ín a s........................................................................................................................... Péptidos............................................................................................................................. V itam inas........................................................................................................................... A lc a lo id e s......................................................................................................................... Glúcidos: c a rb o h id ra to s ................................................................................................ Problemas resueltos....................................................................................................... Problemas de exam en de admisión U N I................................................................... Problemas propuestos...................................................................................................

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CAPÍTULO 19: ECO LO G ÍA Y CONTAMINACIÓN AMBIENTAL Q UÍM ICA DESCRIPTIVA - Q UÍM IC A APLICADA Biografía: Richard F eynm an............................................................................................................................................... E cología................................................................................................................................................................................... Contam inación q u ím ic a ....................................................................................................................................................... Contaminación del a ire ........................................................................................................................................................ Contaminación del a g u a ...................................................................................................................................................... Contam inación del s u e lo .................................................................................................................................................... Otros tipos de contam inación............................................................................................................................................ Soluciones a la contam inación..........................................................................................................................................

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Tratamiento de residuos n u cle a re s .................................................................................................................................. Química d e scrip tiva.............................................................................................................................................................. Hidrógeno (H )........................................................................................................................................................................ Oxígeno (O )............................................................................................................................................................................ Ozono (O .).............................................................................................................................................................................. Nitrógeno (N )......................................................................................................................................................................... Am oniaco (NH3) ..................................................................................................................................................................... Ácido nítrico (H N 0 3) ............................................................................................................................................................ Ácido clorhídrico (H C I)........................................................................................................................................................ V idrios...................................................................................................................................................................................... Agua (H20 ) ............................................................................................................................................................................. S id e ru rg ia ............................................................................................................................................................................... H a ló g e n o s.................................!............................................................................................................................................ Química aplicada.................................................................................................................................................................. Problemas resueltos............................................................................................................................................................. Problemas de examen de admisión U N I........................................................................................................................ Problemas propuestos.........................................................................................................................................................

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PRESENTACIÓN El libro de Q uím ica de la Colección Uniclencia Sapiens resume de manera didáctica, sencilla y ordenada, los temas que actualmente se vienen desarrollando en el curso de Quí­ mica, para que pueda servir como herramienta en la preparación de los estudiantes próximos a rendir un examen de admisión, e inclusive, por la manera tan detalla cómo se ha venido trabajando el material, puede ser utilizado como libro de consulta para los estudiantes que aún cursan el nivel secundario. El libro presenta diecinueve capítulos, en los cuales se desarrollan los conceptos elemen­ tales y se avanza gradualmente hacia los problemas más complicados; a la vez, cada capítulo contiene problemas resueltos que son desarrollados paso a paso, problemas de examen de admisión UNI y problemas propuestos con sus respectivas claves. Cabe resaltar que la selección de los problemas se ha realizado teniendo como base los temas de los prospectos de admisión de las diversas universidades. Todas estas característi­ cas manifiestan el afán y el deseo del autor de contribuir con el avance y desarrollo intelectual de los estudiantes.

El Editor

Materia y energía

Albert Einstein (Ulm, Imperio ale­ mán, 14 de marzo de 1879-Princeton, Estados Unidos, 18 de abril de 1955) fue un físico alemán de origen judío, nacionalizado des­ pués suizo y estadounidense. Es considerado el científico más co­ nocido y popular del siglo XX. En 1905, cuando era un joven físico desconocido, publicó su teoría de la relatividad especial; en ella incorporó, en un marco teórico simple fundamentado en postu­ lados físicos sencillos, conceptos y fenómenos estudiados antes por Henri Poincaré y por Hendrik Lorentz. Como una consecuencia lógica de esta teoría, dedujo la ecuación de la física más conoci­ da a nivel popular: la equivalen­ cia masa-energía, E = me2. Con la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein se inició una nueva etapa, la cinemática relativista, donde el tiempo y el espacio no son absolutos y sí lo es la velocidad de la luz. La equivalencia entre masa y energía descubierta por Einstein obliga a rechazar la afirmación de que la masa convencional se conserva porque masa y energía son mutuamente convertibles. De otra manera, se puede afirmar que la masa relativista equivalente (el total de masa material y energía) se conserva, pero la masa en reposo puede cambiar, como ocurre en aquellos procesos relativistas en que una parte de la materia se convierte en fotones. Fuente; Wifeipedia

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Papel

<4 DEFINICIÓN Es una ciencia experim ental que estudia las propieda­ des, transform aciones y com binaciones que sufre la materia. Siendo la quím ica m uy extensa, se divide en:

Fenóm eno químico

Química general Estudia las leyes fundam entales que se relacionan con las sustancias quím icas y sus transform aciones.

Química inorgánica Estudia los cuerpos quím icos que, generalm ente, for­ man parte de la naturaleza inanimada.

Química orgánica o química del carbono La primera denom inación se le dio porque se creía que estos com puestos solo se form aban por la actividad vi­ tal de los seres vivos. Se le ha dado, posteriorm ente, el segundo nombre al com probar que se pueda obtener por síntesis. Trata del estudio de los com puestos que contienen carbono.

Cenizas

Fenómeno alotrópico Cuando un elem ento quím ico se encuentra en 2 o más form as diferentes. E je m p lo : 0 2; 0 3 (ozono). Sus propiedades químicas son di­ ferentes. C (grafito), C (diamante)

(fósforo blanco)

(fósforo rojo)

Química analítica Estudia los m étodos para determ inar la com posición de las sustancias, tanto en lo que se refiere a la naturaleza de los constituyentes (cualitativa) como a la cantidad (cuantitativa).

V

Química física Estudia los principios teóricos de la química.

Química industrial Estudia los procedim ientos de obtención a gran escala.

Azufre rómbico

Azufre m onoclínico

<4 PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS

Bioquímica

Las sustancias se caracterizan por sus propiedades in­ dividuales y algunas veces, únicas.

Estudia las transform aciones quím icas que tienen lugar en los seres vivos.

Una propiedad física

<4 FENÓMENO

Se puede m edir y observar sin m odificar la composición o identidad de la sustancia. Ejemplo: color, punto de ebullición, densidad, etc.

Es cualquier cambio que sufre la materia.

Una propiedad química

Fenómeno fisico Es un cambio pasajero que no altera la estructura inter­ na de la materia. E je m p lo : Dilataciones.

e intensivas. resorte

F

Se puede observar esta propiedad al realizar un cambio químico. Ejemplo: combustión (com bustibilidad), etc. Todas las propiedades medibles de la m ateria pertene­ cen a una de dos categorías: propiedades extensivas

rwnnn

F

*— r m m — * Al cesar la fuerza F, regresa a su estado original.

Fenómeno químico Es el cambio que altera la estructura íntima de la mate­ ria; no es reversible. E je m p lo : Com bustión de un papel se carboniza y no puede con­ vertirse nuevam ente en papel.

Propiedad extensiva El valor m edido de esta propiedad depende de la can­ tidad de materia considerada. Ejemplo: longitud, masa, volumen. A mayor cantidad de materia, mayor masa. Los valores de una misma propiedad extensiva se pueden sumar.

Propiedad intensiva El valor m edido de esta propiedad no depende de cuánta materia (masa) se considere. Ejemplo: tem pe­ ratura, densidad, color, etc. Las propiedades químicas son todas intensivas.

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<4 MATERIA Es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, se caracteriza por tener masa y es perceptible por nues­ tros sentidos. Ejemplo: tiza, perfumes, aire, papel, la­ picero,... etc.

División de la materia

Sólido: amorfo, cristalino (forma geom étrica regular).

Una de las propiedades de la materia es la divisibilidad (partición), por la cual la materia puede ser dividida en partes cada vez más pequeñas. ¿Hasta dónde puede llegar esta división? Antiguam ente se creia que el átomo era la última divi­ sión, pero hoy sabemos que la última división lo consti­ tuyen las partículas subatóm icas.

Estado líquido. Se caracteriza por tener volumen de­ finido y form a variable según el recipiente que lo con­ tenga, debido al equilibrio existente entre la fuerza de atracción y la de repulsión.

Propiedades generales Divisibilidad. Propiedad de la materia de dividirse en partes, según sea el tipo de proceso. Ejemplo: tiza, pa­ pel,... etc. Im penetrabilidad. Dos o más cuerpos no pueden ocu­ par un mismo espacio a la vez. Inercia. Es la resistencia que opone la masa al m ovi­ miento. M aleabilidad. Cuando la materia sólida, puede conver­ tirse en lám inas delgadas. Dureza. Es la resistencia que oponen los cuerpos a ser rayados.

Estado gaseoso. Estos carecen de form a y volumen definido debido a que la fuerza de repulsión interm olecular es mayor que la fuerza de atracción.

Estado de la materia La materia existe en cuatro estados, tres fundam enta­ les y el cuarto estado que es el que más abunda en la naturaleza: sólido, liquido, gaseoso y plasmático. En toda molécula existe dos tipos de fuerzas interm o­ leculares: Fuerza de atracción (Fa): que nos permite la cohesión y el ordenam iento de las moléculas. Fuerza de repulsión (F„): que permite la separación de las moléculas.

Estado plasm ático. Es el cuarto estado de la m ate­ ria, es energético y se considera al plasma, como un gas cargado eléctricam ente (ionizado); conform ado por moléculas, átomos, electrones y núcleos; estos últimos provenientes de átomos desintegrados. Se encuentra a elevadísim as tem peraturas de 20 000 °C. Ejemplo: En el núcleo del Sol, de las estre­ llas, energía atómica.

[distancia _ atracción;

K © !

r© -" distancia de repulsión

En la superficie terrestre a una distancia de 200 km, se encuentra el plasma de hidrógeno conform ando el cinturón de Van Alien.

í

Cambios de estado Estado sólido. Se caracteriza por tener forma y volu­ men definido, debido a que la fuerza de atracción inter­ m olecular es mayor que la fuerza de repulsión.

La materia cambia de un estado a otro por efecto de la tem peratura y presión. Ya sea aum entado o dism inu­ yendo la energía calórica.

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a p ie n s

E je m p lo :

LIQUIDO

Determ inar la cantidad de energía que se obtiene al desintegrar totalm ente un gram o de una sustancia ra­ diactiva. Dar respuesta en ergios. Resolución: m = 1g c = 3 x 10’ ° cm/s Sabemos: E = me2 E = 1 g(3 x 101°cm/s)2 = 9 x 102° ergios

<4 RELATIVIDAD DE LA MASA Dentro de la física clásica, la masa se considera inva­ riable, pero si logra m overse a velocidades próxim as a la de la luz, si sufre variaciones: de acuerdo a la ecua­ ción planteada por Einstein.

Curva de calentam iento

Ecuación de la relatividad: ma

' - s Donde:

"I" vaporización

m0: m ,: v : c :

Masa inicial del cuerpo Masa final del cuerpo Velocidad del cuerpo Velocidad de la luz: (3 x 10 10 cm/s)

E je m p lo s :

*l"lic

1. Ejem plo: El H20

¿En cuánto se increm enta la masa de una partícu­ la cósm ica si su velocidad es los 3/5 de la veloci­ dad de la luz? Resolución: V :

_9_ 25

r \

Medios nucleares^

/ Cuerpo > ,

_ ''v

j

áb 8>

V

PARTICULA

MOLÉCULAS IONES

At o m o s

2.a ecuación de Einstein: m.

PARTICULAS SUBATÓMICAS

<4 MATERIA Y ENERGÍA

11< — —,

Según los conceptos m odernos se define a la materia, como la energía altam ente condensada, ya que toda transform ación de materia es proporcional a una trans­ form ación de energía y viceversa. De acuerdo a la ecuación energética presentada por Albert Einstein. 1.a ecuación de Einstein

—

25

rHf ■ m0 — ^ mQ

2.

m„ Si se cumple: —m,

13 2

¿cuál sería la velocidad

que alcanzaría dicho cuerpo en ese instante? Resolución:

E = me2

De la relación: mf =

E: variación de la energía (erg; joule) m: variación de la m ateria (g; kg) c: velocidad de la luz 3 x 1010

r

s

= 3 x 108

s

m„

Dándole form a y elevando al cuadrado:

Q

De la ecuación:

= 1

■

u ím ic a

17

m, =

=» ( | ) 2 = 1 - 0,75 => v = 0,5 c m0 3 m, = - = = = = £ m , J 2 0 9

=*v = 0,5(3 x 1010cm/s) v = 1,5 x 1010 cm/s 3.

Resolución:

m„

Es la materia que presenta un solo aspecto en toda su masa y posee las m ismas propiedades físicas y quím i­ cas en cada punto. Se divide en: a.

1--

f —

i............................. ....

1 Í

/ 15 x 10“ \2 l 3 x 105 /

Efectuando:

(100) = 50%

Materia homogénea

Por la ecuación de la relatividad de Einstein: m. =

m0

<4 CLASES DE MATERIA

m0 = 50 kg v = 1 5 x 1 0 “ km/s c = 3 x 105 km/s

4.

~ñ m 0 En ec.(a): —

Un cuerpo sale de la tierra con una masa inicial de 50 kg. En un m om ento dado su velocidad es de 150 000 km/s. ¿Cuál es la masa en ese mom ento?

M ezcla hom ogénea. Es una reunión de 2 o más componentes, donde solo se aprecia un solo as­ pecto en cada punto, no se puede diferenciar de sus componentes, a simple vista. E je m p lo :

m ,= 1 0 0 ^ kg

H20 = 1 solo aspecto: crista­ lino (incoloro).

La desintegración de una porción de masa da lugar a la liberación de 45 x 1019 erg de energía. Si la masa inicial fue de 5 g. ¿Qué porcentaje pasó a ser energía?

Mezcla de Sales: (S 0 4Ca, So4Mg, cloro, flúor, 0 2, NaCI, ... etc).

Resolución:

(A iré ) =» mezcla: 0 2, N2, gases nobles, C O + E = 45 x 10

erg Granito: cuarzo, mica, feldespato.

c = 3 x 10’ ° E = me2

Pólvora: azufre, carbón, nitrato de potasio. Acero: Fe, C.

m=

4 S x1j g L = 0 |S (3 x 10 f

masa transform ada energía: 0,5 g Hallando: %

b.

Sustancia. Son especies quím icas definidas por sus propiedades físicas y quím icas y se divide en: •

100%

5 g -------- * 0,5 g -------- ►

E je m p lo :

0 ,5 , -¿ - (1 0 0 ) = 10% (pasó a ser energía) 5 5.

En un m om ento dado un cuerpo alcanza la velociÍ5 dad de ~ - c . ¿En qué porcentaje ha cam biado la

Sustancia simple (elem ento químico). A que­ lla sustancia conform ada por una sola clase de átomos definidos por sus propiedades físicas y químicas.

Fe

Cu

Pb

T °C ebullición

3000

2336

1620

T °C fusión

1536

1084

327

8,92

11,34

masa con respecto a la Inicial?

Densidad

Resolución:

Actualm ente existen 107 elem entos químicos 1(100).., (a)

Al cuadrado:

•

7,86 g/cm3

Sustancia com puesta (com puesto). Aquella sustancia form ada por una sola clase de mo­ léculas. La m olécula está form ada por átomos diferentes. También se encuentra definida por sus propiedades físicas.

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E je m p lo : H20 : Posee 2 elementos diferentes (H ,0 )

ni A/.V\ ~ r \ Aceite

d = 1 g/cm 3

\\ V

t, = 100 °C (ebullición)

N4

t2 = 0 °C (solidificación)

Materia heterogénea Es la materia en la cual se pueden apreciar porciones que se diferencian de otras por las propiedades carac­

\

h 2o

Hg

Resolución: Com o el recipiente está abierto influye, el aire

terísticas. E je m p lo : Agua con piedra, aceite y agua. r7 /x \

Aceite V h 2o

\|

Fases: 5 fases (pentafásico) Com ponentes: 4 (aire, H20 (sl), aceite, Hg) Sistem a cuaternario

Hg

Según el estado de agregación m olecular la ma­ teria: E je m p lo s :

<♦ SISTEMA DISPERSO

1.

Es una mezcla en la cual se distribuyen las partículas en un medio homogéneo. Está conform ado por 2 ele­ mentos:

Indicar cuántas fases y componentes existen en la mezcla con aceite y agua.

Fase dispersa: el m edio donde fluirá el dispersante.

Aceite H20

Fases: 2 fases (difásico) Componentes: 2: aceite y agua Sistema: binario (existe 2 componentes) De la figura, indicar las fases componentes:

Fase dispersante o continua: dependiendo del tamaño y form a de las partículas dispersas se clasifican:

Sistema grosero o macroscópico cuando el disperso es observado por el ojo humano. Ejemplo: arena y agua.

Sistemas finos El disperso puede ser observado utilizando el m icros­ copio. Pueden ser: Em ulsiones. Conform ada por 2 fases líquidas inm isci­ bles. Ejemplo: agua y aceite, leche, m ayonesa, diám e­ tro dispersión < 0,005 mm. Suspensiones. Conform ada por una fase sólida y una líquida. Las partículas dispersas son relativam ente grandes. Ejemplo: arcilla, tinta china (negro de humo + H20 ) Coloides. O soles. Es un sistema heterogéneo donde el sistem a disperso puede ser observado a través del ultram icroscopio, el tam año de las partículas del disper­ so está entre 10 Á y 103Á.

Fases: 3 (s,l,v): trifásico

3.

Según la afinidad de los coloides por la fase dispersante se denominan: liófilos (si tienen afinidad) y liófobos (si

Componentes: 1(H20 )(s, I, v)

no la tienen). Cuando el medio dispersante es el agua

Sistema unitario: 1 com ponente (H20 )

se llaman hidrófilos o hidrófobos respectivam ente.

Del sistema de la figura, el recipiente se encuentra abierto. Hallar el n.° fases, n.° com ponentes y el tipo de sistema.

La fase dispersa está constituida por partículas llam a­ das m icelas, las cuales se hallan en continuo m ovi­ miento, siguiendo trayectorias de zigzag, a este fe n ó ­ m eno se denom ina m ovim iento browniano.

Q

Donde:

u ím ic a

■

19

Ec = -T m v

m: masa del cuerpo v: velocidad

Energía potencial (Ep) Es propia de los cuerpos en reposo y es virtud de la altura tom ada como referencia. Una propiedad óptica de los coloides consiste en la difracción de los rayos de luz que pasan a través de una disolución coloidal (efecto Tyndall). Esto no ocurre si el rayo de luz atraviesa una solución verdadera.

Ep = peso(altura)

Energía electromagnética Son form as de energía que se transm iten siguiendo un m ovimiento ondulatorio, causado por cam pos magnéti­ cos y eléctricos.

« DEFINICIONES IMPORTANTES C am bio de estado:

líquido -

vapor

Punto de fusión

Efecto tyndall Soluciones. Es un sistema homogéneo, de una sola fase, donde las partículas de dispersión son Iones o moléculas. Ejemplo: solución azucarada (H20 y azú­ car).

De una sustancia, es la tem peratura a la cual se en­ cuentra el equilibrio entre el estado cristalino de alta ordenación y el estado líquido más desordenado.

Evaporación Aquel fenóm eno que ocurre en la superficie del líquido.

Ejemplos de coloides:

Tipo

Denominación

Ejemplo

Gas en líquido

niebla, aerosol líquido

espuma, nubes

Gas en sólido

polvo, humo, aerosol sólido

piedra pómez, humos

Líq. en gas

espuma, aerosol

niebla, neblina, espuma

Líq. en líq.

emulsión

leche, mayonesa

Líq. en sol.

soles, soluciones coloidales

pinturas, ópalo

Sol. en líq.

emulsiones sóli­ das, geles

clara de huevo, gelatina

Sol. en sol.

aleaciones, vi­ drios

rubí, esmeralda, otras gemas

n n in n in m Líquido

—

T

Ebullición Es una vaporización a tem peratura constante y se ob­ serva porque se produce burbujas en la masa del lí­ quido. Punto de ebullición. De un líquido, es la tem peratura a la cual la presión de vapor del líquido se hace igual a la presión atm osférica que se encuentre sobre él. E je m p lo : El H20 hierve a 100 °C Presión exterior: 1 atm


Energía cinética (Ec) Es propia de los cuerpos en m ovimiento y se define como el semiproducto de la masa de cuerpo por su ve­ locidad elevada al cuadrado.

SI la Pexl dism inuye — T ebullición dism inuye

Volatilización Es una vaporización rápida e instantánea, que presen­ tan solo algunos líquidos por ser perceptibles por el olfato. Ejemplo: líquido volátiles, alcohol, acetona, ron, gasolina, etc.

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RESUELTOS

PROBLEMAS 1.

Indicar si las siguientes proposiciones son verda­ deras (V) o falsas (F). I. Todo cambio en los estados de agregación es un fenóm eno físico. II. Un sistema hom ogéneo presenta una sola fase. III. Toda sustancia constituye siem pre un sistema homogéneo.

identidad así como sus propiedades, por esa razón se pueden separar por medio físicos. • Destilación • Evaporación, etc. .-. V W 3.

Resolución: En relación a las afirmaciones: I. Verdadero Los procesos de cambio de estado no m odi­ fican la identidad de los materiales por lo que corresponden a fenóm enos físicos. II. Verdadero En un sistema homogéneo los componentes se distribuyen entre sí de una manera uniforme, por lo que forman una sola fase.

¿Cuáles de los siguientes procesos no correspon­ de a un fenóm eno químico? I. Com bustión de papel. II. Laminado de un alambre de cobre. III. Evaporación de la acetona. IV. Ferm entación del jugo de uvas. Resolución: Se denominan fenómenos a aquellos procesos don­ de ocurre transformación de la materia, pueden ser: • Físicos: no hay cambio en la identidad del material. • Químicos: hay cambio en la identidad, ya que se forman nuevas sustancias. Los fenómenos: • Com bustión del papel: se forman C 0 2 y Fl20 . • Fermentación del jugo de uvas: se forma alcohol. Son químicos ya que aparecen nuevas sustancias. Fenóm enos físicos: • Laminado del cobre. • Evaporación de la acetona.

Ejemplo: aire ( 0 2, N2, Ár, C 0 2, H20 , etc.)

III. Verdadero La materia pura al estar form ado por un solo tipo de com ponente (sustancia), corresponde a un sistema homogéneo. 2.

H ""

.-. No son fenóm enos químicos II y III.

su punto de ebullición. II. Para medir el valor de una propiedad química de una sustancia, es necesario que en el expe­ rimento se transform e en nuevas sustancias. III. En una mezcla, cada sustancia mantiene sus propiedades.

Indicar si las siguientes proposiciones son verda­ deras (V) o falsas (F). I. Los com puestos son sustancias que pueden descom ponerse por medios quím icos en sus­ tancias más simples. II. El agua potable constituye una mezcla hom o­ génea. III. En la naturaleza suele encontrarse la galena de color negro, junto con el cuarzo de color blanco, constituyendo una mezcla homogénea.

Resolución:

Resolución:

Respecto a las proposiciones:

En relación a las proposiciones: I. Verdadero Las sustancias compuestas al estar form ados por la unión química de dos o más elementos se pueden descom poner por m edios químicos.

Responder verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda: I. Una sustancia generalm ente puede identificar­ se m ediante una propiedad intensiva tal como

I.

Verdadero La identificación de las sustancias se desarro­ llan en base a la medida de propiedades que no dependan de la cantidad de materias (inten­ sivas), como: • Punto de fusión ó ebullición • Densidad, etc.

II. Verdadero La m edida de una propiedad quím ica involucra necesariam ente una relación química. Ejemplo: calor de combustión: Com bustible + 0 2 — C 0 2 + H20 + calor III. Verdadero Los componentes de toda mezcla conserva su

4.

Ej.: electrólisis del NaCI fundido (líquido). NaCI,ID

Na

Cl 2(9 I

elementos Verdadero El agua potable presenta los componentes:

H?0, CL, 02, co ;2 Indistinguibles uno de otros Es una mezcla homogénea (materia impura).

Q

5.

7.

Identificar como cambio físico (F) o químico (Q) se­ gún corresponda: I. Form ación de la nieve. II. Oxidación del metal hierro. III. Filtración de una m uestra de agua turbia. IV. Sublim ación del hielo seco, C20 (s) Resolución: Los

H20 (vi

Para que un fenóm eno sea físico, no debe haber cambio en la identidad del m aterial (es el m ismo al final). De acuerdo a los procesos: I. Sublim ación del yodo (F). Solo ocurre cambio en su estado físico, según:

se

pueden

clasificar

------ >

H20

isi

en la nieve

II. Oxidación del hierro (Q). Por acción del oxí­ geno ( 0 2) se form a una nueva sustancia: el óxi­ do. Fe(s) + 0 2íg)

* FeO (s) óxido

— *

III. Filtración del agua turbia (F). Con la finalidad de separar los sólidos en suspensión, no hay cam bio en la identidad de los materiales. IV. Sublim ación dei hielo seco (F). El C 0 2 sólido pasa directam ente a la form a gaseosa, según:

color violeta

CO21S) ---- » C 0 2(g)

elementos III. O xidación del sodio (Q). Esto ocurre por pér­ dida de electrones, generalm ente se form a un oxido:

.-. Los procesos son; FQFF. 8.

Na(s) + 0 2(g) — ► Na20 (sl óxido Es un fenóm eno físico (F), solo I.

Relacionam os los fenóm enos como físicos (F) o quím icos (Q): I.

Quem a de papel (Q). Ya que esto provoca su combustión, produciéndose C 0 2 y H20 .

II. Digestión de alim entos (Q). Dentro del siste­ ma digestivo los alim entos son degradados en sustancias más sencillas para ser asimilados. III. Rotura de un material (F). Corresponde a un proceso mecánico por el cual se obtienen por­ ciones más pequeñas de material, sin alterar su identidad. .-. La relación correcta para el tipo de fenóm eno son II y III.

Resolución: Identificam os los procesos siguientes como físicos (F) o químicos (Q): Evaporación del agua (F). Corresponde solo a un cambio de estado físico, según:

* Fl20 (v)

II. Calcinación de una hoja (Q) Ocurre la com ­ bustión de los com puestos orgánicos en su in­ terior form ándose: C 0 2 y Pl20 . III. Carbonización (Q). De un pollo a la brasa, esto ocurre por combustión.

Indicar la relación correcta entre fenóm eno - tipo de fenóm eno I. Quem ar papel - fenóm eno físico II. Digestión de alimentos - fenóm eno químico. III. Rotura de un material - fenóm eno físico. Resolución:

Clasifica los siguientes fenóm enos como físicos (F) o quím icos (Q) respectivamente: I. Una gota de agua que se evapora. II. Una hoja de una planta que se calcina. III. Un pollo a la brasa que se carboniza. IV. La ropa húmeda que se seca.

^2^(1)

siguientes

en las nubes

II. Electrólisis del agua (Q). El H20 se descom ­ pone en sus elem entos por el paso de la co­ rriente eléctrica (ce): ce ^0(1) *■ H 2i g, + 0 2l g,

I.

procesos

como: I. Formación de nieve (F). Esto ocurre m ediante el cambio de estado, denom inado sublimación inversa o deposición del agua, según:

Resolución:

6.

21

.-. Los procesos son: FQQF.

Dadas las siguientes proposiciones referidas a fe­ nómenos que puede sufrir la materia, determ inar la alternativa de respuesta que contiene fenóm enos físicos: I. El yodo se sublim a siendo sus vapores de color violeta. II. La electrólisis del agua. III. El sodio pierde electrones.

*2(s>

II

IV. Secado de la ropa (F). Al igual que el proceso I, ocurre por evaporación del agua.

III. Falso Al reunir los siguientes componentes: • Galena: color negro. • Cuarzo: color blanco. Se form a una mezcla heterogénea, ya que se distinguen por su color. .-. W F

u ím ic a

9.

Indicar aquel fenóm eno que implica el cambio de estado denom inado deposición: I.

Una laguna que se seca en días cálidos.

II. El agua que se transforma en vapor en un caldero.

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a p ie n s

III. Gotas de agua que se form an sobre una botella de gaseosa fría. IV. Formación de hielo a partir del agua en los lagos. V. Form ación de nieve en los andes peruanos. Resolución: El cam bio de estado llam ado deposición se deno­ mina tam bién como sublim ación inversa, ya que involucra el paso directo de gas o vapor a la forma sólida. Gas o vapor

Tt

Sólido

Esto debido a un cambio brusco en la temperatura (enfriamiento). .-. De acuerdo al problem a el cam bio correspon­ diente a este proceso es form ación de nieve en los andes peruanos

H2O1VI — * h 2o (s) nube

nieve

10. Indicar verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones: I.

Los valores de una propiedad física de ios com ­ ponentes de una mezcla pueden sum arse para obtener el valor de la propiedad para la mezcla.

II. Para m edir una propiedad quím ica de una sus­ tancia, esta debe de algún m odo transformarse. III. El calor de vaporización es una propiedad físi­ ca; m ientras que la energía de reacción es una propiedad química. Resolución: Respecto a las proposiciones: I.

Falso En toda mezcla solo son aditivas las propieda­ des que sean extensivas como: • Volumen • Peso, etc.

II. Verdadero La m edida de una propiedad quím ica involucra necesariam ente una reacción química, por lo tanto, la transform ación del material. III. Verdadero Las propiedades: • C alor de vaporización (cam bio de estados) es físico. • C alor de reacción es químico. .-. F W 11. Identificar como propiedad física (F) y quím ica (Q) según corresponda: La gasolina combustiona vigorosam ente en pre­ sencia de oxígeno gaseoso. Está form ada por una mezcla de hidrocarburos, los cuales presentan tem ­ peratura de ebullición en el rango de 40 a 200 °C, aproximadamente. En este intervalo de temperatura están algunos componentes que son volátiles.

Resolución: Las propiedades son aquellas características que presentan los objetos m ateriales que sirven para diferenciarlos, pueden ser: • Físicas: su m edida no altera la identidad del material. • Químicas: su m edida altera la identidad del ma­ terial (se form an nuevas especies). Propiedades de la gasolina: • Com bustión vigorosa: form a C 0 2 y H20 y libera energía (Q). • Temperatura de ebullición entre 40 °C y 200 °C: solo cambia de estado (F). • Volátil: se evapora fácilmente y rápidamente (F). .-. Propiedades: QFF

12 . Indicar cuántas propiedades intensivas han sido mencionadas: G eneralm ente los metales son sólidos cristalinos que se caracterizan porque sus unidades estructu­ rales están ordenadas en form a regular, tienen un orden continuo. Dentro de sus características más im portantes podem os mencionar: poseen brillo, tienen alta conductividad eléctrica y térmica; ade­ más, pueden ser transform ados a láminas debido a su maleabilidad. G eneralm ente presentan alta densidad. Resolución: Propiedades de los sólidos: • Brillo • Conducción eléctrica • Conducción térm ica • Maleabilidad • Densidad Todos corresponden a propiedades físicas e inten­ sivas, ya que su valor es constante independiente de la cantidad medida. 13. Indicar verdadero (V) o falso (F) en las proposicio­ nes siguientes: I. El estado coloidal es el cuarto estado de la ma­ teria. II. Una mezcla de sal y agua puede tener punto de ebullición definido. III. Todo sistem a hom ogéneo es una solución. IV. Todo cam bio de estado de agregación involucra cambios de presión y/o temperatura. Resolución: De acuerdo a las proposiciones: I. Falso El térm ino estado solo se verifica para la m ate­ ria pura; los coloides son mezclas, por lo que no representa un estado físico de la materia. II. Falso El punto de ebullición corresponde a una pro­ piedad intensiva de la materia, por lo que solo lo presentan las sustancias y no las mezclas.

Q

III. Verdadero Se denom ina sistem a homogéneo, cuando los componentes (más de 1) presentan en consu­ mo una sola fase, a esto llamamos solución. IV. Verdadero Todo cambio de estado de agregación.

u ím ic a

■

• •

Am oniaco (NH3) 1 Dióxido de carbono (C 0 2) {

•

Agua oxigenada (H20 y H20 2) 1 m ezc|gs

•

Acero inoxidable (Fe, C, Cr)

23

compuestos

J

C orresponde a 4 sustancias (materia pura) de las cuales 2 son sim ples y 2 son compuestas, además de 2 m ezclas (materia impura).

Se debe m odificar P y/o T (proceso físico). .-. FFVV 14.

Indicar en las siguientes proposiciones, cuáles son verdaderas (V) o falsas (F). I. Los sistem as se clasifican como hom ogéneos o heterogéneos. II. En un sistema heterogéneo puede haber una o más fases. III. La mezcla de agua líquida y hielo (realizada a 0 °C) es un ejem plo de sistema heterogéneo). Resolución: Respecto a las proposiciones. I. Verdadero Un sistema es una región del universo que el objeto de nuestro estudio, puede ser: Homogéneo

(1 sola fase)

Heterogéneo

(más de 1 fase)

Falso Un sistema es heterogéneo cuando sus com ­ ponentes se pueden distinguir, por lo que se observa dos o más fases. Verdadero Considerem os el sistema:

Se observa dos fases, por lo que es heterogéneo. .-. VFV 15.

En la lista de com pras de reactivos químicos de un laboratorio figuran: Amoniaco, NH3 Toxígeno (ozono), 0 3 Dihidrógeno de carbono (hielo seco), C 0 2(s) Agua oxigenada Acero inoxidable ¿Cuántas sustancias simples, com puestas y m ez­ clas se mencionan en la lista respectivam ente? Resolución: Se dispone de los siguientes reactivos químicos: Ozono ( 0 3) Hidrógeno (H2

sustancias sim ples (elementos)

16. Señale la alternativa que contiene a una mezcla, una sustancia com puesta y un elemento, en ese orden. I. Aire, ácido sulfúrico, agua destilada. II. Oro de 18 kilates, cloruro de sodio, ozono. III. Agua destilada, dióxido de carbono, cobre. IV. Agua potable, grafito, cloro. V. Diamante, glucosa, aluminio. Resolución: En la relación a las muestras. I. Aire (M): 0 2, N2, ... Ácido sulfúrico (C): H2S 0 4 Agua (C): H20 II. Oro de 18 kilates (M): Au y Ag Cloruro de sodio (C): Nací Ozono (E): 0 3 III. Agua destilada (C): H20 Dióxido de carbono (C): C 0 2 Cobre (E): Cu IV. Agua potable (m): H20 , Cl2,... Grafito (E): C Cloro (E): Cl2 , V. Diamante (E): C Glucosa (C): C6H120 6 Alum inio (E): Al Por lo tanto, la alternativa que posee una mezcla (M), un compuesto (C) y un elemento (E) es el número II. 17. A continuación se proponen algunas varieda­ des de materia: aire, oro 18 kilates, agua pota­ ble, Na2C 0 3(s), suspensión de harina en agua, NaCL(ac), plata, C 12H220 11(ac), KCL(s), Pt. ¿Cuántas de las variedades de materia son sus­ tancias simples? Resolución: Se denom ina sustancia simple a la materia pura que representa a un elem ento químico. • Átom os o m oléculas del mismo átomo. Las muestras: • Aire: 0 2, N2,... • Oro de 18 kilates: Au, Ag • Agua potable: H20 , Cl2,... Na2C 0 3 • Suspensión de harina en agua • NaCI(ac): NaCI, H20 • Kcl C i2H220 1ijacj. H20 , C12H220 1l

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Son elem entos químicos • Plata (Ag) 1 , ) son elementos químicos • Platino (Pt) J H Por lo tanto, tenem os 2 sustancias simples. 18. Indique con verdadero (V) o falso (F) a cada propo­ sición según corresponda: I. El valor de una propiedad intensiva de una mezcla generalmente puede obtenerse sumando el valor de esta propiedad para cada componente de la mezcla. II. Una propiedad extensiva puede emplearse para Identificar una sustancia. III. Una propiedad química puede em plearse para identificar una sustancia. Resolución: Respecto a las propiedades. I. Falso En toda mezcla solo las propiedades extensi­ vas son aditivas, ya que dependen de la masa de cada componente. II. Falso La identificación de una sustancia depende de propiedades constantes e independientes de la masa (intensivas) como: • Densidad • Punto de fusión, etc. III. Verdadero Se puede identificar a sustancias usando propiedades químicas, siempre que estas sean intensivas como: • Electronegatividad. • Poder oxidantes, etc. 19. ¿Cuáles son las características asociadas a las sustancias en general? I. Com posición variable. II. Propiedades independientes de los com ponen­ tes de origen. III. Punto de fusión constante. IV. Com posición definida. V. Mezcla homogénea.

Resolución: Procesos de cambios de estado:

(III) Nombres: I. Gas — *■ Líquido: licuación II. Líquido — ► Sólido: solidificación III. Gas — * Sólido: Sublimación inversa o deposición 21. Se tiene una suspensión de arena en una solución acuosa de sal (NaCL). Indique la secuencia de m étodos que se debe apli­ car para separar la sal de los otros componentes. Resolución Se • • •

prepara una mezcla de los componentes. H20 Arena NaCI

El Nací se disuelve en el agua La arena debido a su gran tam año no se disuelve en agua. Separación: • Filtración: A través de una m em brana (papel fil­ tro) se separa la arena. • Evaporación: Por calentam iento se separa el H20 y NaCI. 22. Dadas las afirmaciones: I. Los fenóm enos quím icos en los seres vivos son estudiados por la quím ica orgánica. II. El prim er paso del m étodo científico es el re­ gistro. III. El CO y el C 0 2 no son compuestos orgánicos. IV. La composición quím ica de la Tierra está a car­ go de la geoquímica. ¿Cuáles son verdaderas? Resolución: •

Resolución: Se denom ina sustancia a la materia pura, debido a que está form ado por el mismo tipo de componente: • Átomos • Moléculas (unidades fórm ulas) Se caracterizan por: • Posee com posición definida. • Punto de fusión o ebullición constante. • En el caso de compuestos, propiedades inde­ pendientes de los elem entos origen. Por lo tanto, las alternativas II, III y IV

La quím ica orgánica estudia los com puestos del carbono. • El método científico se inicia con la observa­ ción. • CO y el C 0 2 son com puestos inorgánicos. • La geoquím ica estudia la com posición química de nuestro planeta. Por lo tanto, los núm eros III y IV son verdaderas. 23. Calcule el valor de: Q = (m egaf(piccO centi Resolución:

20. Respecto a los cambios de estados de agregación para el enfriam iento de una sustancia gaseosa en el siguiente orden: I, II y III. (III) I GAS

(D

LIQUIDO

(II)

SOLIDO

Q = (1£ f x _ 10_ 10"2

.-. Q = 1,0 x 102

24. En un proceso de desm aterialización una partícula discreta se transform a totalm ente en una energía de 6,3 x 10“ 5 J. ¿Cuál es su masa?

Q

Resolución: E

I.

m = 7,0 x 10 22 kg

II. h = 3 cm = 3 x 10 2^ = 3 x 10~5 km 103

m = 7 ,0 x 10 22 x 103—5— g 10

.-. m = 700 zg

b = 10 Em = 10 x 1018^ = 1016km 103

III. A = ^ A _ 1016x 3 x 10~5

C onvertir 0,000025 TN a fN.

A Resolución: 0,000025 TN = 2,5 x

25

Resolución:

„ _ 6 ,3 x 1CT5J m — —~z ( 3 x 1 08)2

25.

■

28. ¿Qué área tiene, en kilóm etros cuadrados, un triángulo de 10 Em de base y 3 cm de altura?

C2

10~5TN

0,000025 TN = 2,5 x 107- f

10 16

2

.-. A = 1,5 x 10” km2

0,000025 TN = 2,5 x 10~5 x 1012 N M

0,000025 TN = 2,5 x 1022fN 26.

u ím ic a

En el reposo relativo una partícula tiene una masa m0 y cuando alcanza una velocidad “v" (0 < v < c) su masa llega a ser mf. ¿Qué valor debe tener “v ” . m„

29. Marque (V) o falso (F), según convenga: I. Los fenóm enos quím icos se caracterizan por ser tem porales e irreversibles. II. Tanto la viscosidad, como la dureza, son pro­ piedades extensivas de la materia. III. El diam ante y el grafito son dos form as alotrópi­ cas del carbón de piedra. IV. En la condensación, un vapor se transform a en líquido. Resolución: •

i H f f - s f - J H F - l -

* Iv f 1 / V i2 8 v 2 /2 1 - ( c ) = 9 =* ( c ) = 9 =* c = Q T "

v = 2 (T 4 1 ) (3 0 0 0 0 0 )

27.

...

v

Todo fenóm eno quím ico es perm anente e irre­ versible. • La viscosidad y la dureza son propiedades que no dependen de la cantidad de materia, por lo tanto son intensivas. • El carbono tiene varias form as alotrópicas, siendo las más im portantes el grafito y el dia­ mante. • Cuando a un vapor se le enfría o se le aumenta la presión se condensa y se trasforma en líquido. .-. FFFV

= 282 000 km/s

Respecto a la materia:

30. ¿Qué energía equivalente le corresponde a una partícula de 2,5 x 1CT20 kg?

•

La materia no sustancial es energía.

Resolución:

•

Algunos cuerpos alcanzan la velocidad de la luz.

Usando la ecuación de equivalencia de A. Einstein:

•

En el estado plasmático, la materia esta ioniza­ da a altas temperaturas.

E = me2

El acero es una mezcla form ada por Fe, C y Sn.

.-. E = 2,25 x 1CT3 J

•

¿Cuántas afirm aciones son correctas? Resolución: La materia puede ser: sustancial (cuerpo) y no sustancial (energía). La materia está en constante transform ación y en perm anente m ovimiento, pero no hay cuerpo alguno que alcance la velocidad de la luz. El cuarto estado de la materia es el estado plasmático (T > 10 000 °C). En este caso la ma­ teria esta ionizada, contiene cationes, electrones libre y algunos átomos neutros. El acero es una mezcla hom ogénea (aleación) de hierro y carbono. Por lo tanto, tenem os 3 afirm aciones correctas.

E = 2,5 x 1CT20 (3 x 108)2

31. Una m uestra de U - 235 DE 20 kg, pierde una mi­ lésima de su masa al experim entar un proceso de fisión nuclear. Determine la energía en joule em iti­ da en dicho proceso. Resolución: Se somete a fisión nuclear 20 kg de uranio ( U 235), donde solo la milésima parte se transforma, es decir: m -

20 1000

m = 0,02 kg El equivalente a energía lo hallamos de:

26

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

E = me

IV. Reducción (Q): Ocurre por ganancia de elec­ trones: Ejem plo': Reducción en m edio ácido (H ) del ion: M n 0 4

E = 0,02(3 X 108)2 E = 1,8 x 1015 J 32. Identifique como cam bio físico (F) o quím ico (Q) según corresponda: I. Form ación de la nieve II. Oxidación del metal hierro III. Filtración de una m uestra de agua turbia. IV. Sublim ación del hielo seco, C 0 2(s) Resolución: I.

Form ación de nieve (F) Esto ocurre m ediante el cam bio de estado de­ nominado “sublim ación inversa” o deposición del agua, según: F ^^ív)

--- ►

en las nubes

H20 (5) en la nieve

II. O xidación del hierro (Q): Por acción del oxígeno ( 0 2) se form a una nueva sustancia: El óxido. Fe(S) + 02(g) — *■ FeO(s) óxido III. Filtración del agua turbia (F): Con la finalidad de separar los sólidos en sus­ pensión, no hay cambio en la identidad de los m ateriales. IV. Sublim ación del hielo seco (F): El C 0 2 sólido pasa directam ente a la form a ga­ seosa, según: — * 0 O 2(g) Por lo tanto, los procesos son: FQFF 33. Indique ¿Cuántos fenóm enos son físicos y cuántos fenóm enos son quím icos respectivam ente? I. Oxidación II. Dilatación del mercurio III. Neutralización IV. Reducción V. Sublim ación de la naftalina VI. Descom posición de alimentos VII. Fusión de hielo VIII. Disolver NaCL en H20 .

+7

H+

+2

M n 0 4 — —» Mn I_____________7 ~ 5e V. Sublim ación de la nafalina (F): Corresponde a un cambio de estado del tipo solido a vapor: VI. Descom posición de los alim entos (Q): Los alim entos se degradan para form ar sustancias más sencillas V II.Fusión del Hielo (F): Corresponde a un cam ­ bio de estado del tipo: Solido a líquido. V III.Disolver NaCI en H20 (F): Se form a el agua salada, no hay cambio en la Identidad. Por lo tanto hay 4 fenóm enos físicos y 4 químicos. 34. Indique verdadero (V) o falso (F) según correspon­ da: I. Los com puestos quím icos son m ezclas de ele­ m entos químicos diferentes. II. Toda sustancia tiene propiedades definidas. III. Todo m aterial homogéneo es una mezcla ho­ mogénea. Resolución: I.

Falso Se sabe que todo com puesto quím ico es un tipo de sustancia com puesta (materia pura), está form ado por moléculas: H20 , C 0 2, NH3 o unidades fórm ula: NaCI, FeO, C a C 0 3; del m is­ mo tipo no es una mezcla. II. Verdadero Toda sustancia (Elem ento o com puesto) por ser materia pura es hom ogéneo debido a esto pre­ senta propiedades definidas. III. Falso Existen dos tipos de materia homogénea, es decir aquel donde cada porción presenta una composición constante: • Sustancia. • Mezcla homogénea.

Resolución: En relación a los procesos del problema: I. Oxidación (Q): El material inicial pierde electro­ nes formándose nuevas sustancias (Los óxidos): Fe(s) + 0 2(g) — ► FeO(s| II. Dilatación del m ercurio (F): O curre m odifica­ ción en sus dim ensiones: longitud: área, volu­ men, sin perder su identidad. III. Neutralización (Q): Cuando al contacto con otra sustancia anula su com portam iento ácidobase generalm ente, como consecuencia se for­ man nuevas sustancias. Ejemplo: Neutralización ácido base: NaOH + HCI — NaCI + H ,0

35. Considere el proceso en el que se enciende una cocina a “gas" (GLP) para preparar alim entos y responda verdadero (V) o falso (F) las siguientes proposiciones: I.

El GLP se encuentra en estado líquido en el balón, pero se gasifica al pasar a la presión at­ mosférica. Este es un cambio físico.

II. Con el oxígeno del aire y por m edio de una chispa, se inicia la combustión de los com po­ nentes del GLP (propano y butano). Este es un cam bio químico. III. La cocción de los a lim entos es un cam bio fí­ sico.

Q

Resolución: I.

Verdadero Debido a la presión en el interior del balón parte del gas esta licuado, al consum irse y bajar la presión regresa a la forma gaseosa. Liquido — * Gas: Gasificación

Cambio de estado físico. II. Verdadero En contacto con el oxígeno se quema y produce: GLP + 0 2 — ► C 0 2 + H20 * calor Corresponde a un proceso químico. III. Falso El calor desprendido transform a quím icam ente a los alim entos (cocción) WF 36. Respecto a las propiedades del metal cobre que se indi­ ca ¿Cuál de ellas corresponde a una propiedad química? I. Su densidad es 8,92 g/ml II. Su punto de fusión es 1803 °C III. Su ductiblidad y maleabilidad es solam ente in­ ferior a la de la plata y el oro. IV. Reactividad con el ácido nítrico. Resolución: Propiedades físicas: No alteran la identidad del cobre: • Densidad: 8,92 g/ml. • Punto de fusión: 1803 °C • Ductibilidad y maleabilidad: inferior a la Ag yA u . Propiedad química: Se altera su identidad: • Reactividad frente al ácido nítrico: Cu + H N 0 3 — C u (N Q 3) 2 + NQ 2 + H2Q nuevas sustancias 37. Indique la alternativa que contiene solo propieda­ des físicas intensivas. I. Densidad, oxidabilidad, color. II. Ductibilidad, temperatura, dureza. III. Conductibilidad, inflamabilidad, punto de fusión. IV. Brillo metálico, acidez, fragilidad. Resolución: Las propiedades siguientes son del tipo: Físicas intensivas: • Densidad • Color • Ductibilidad • Dureza • Temperatura. • Conductibilidad • Punto de fusión. • Brillo • Fragilidad. Q uím icas (Siem pre intensivas: • Oxidabilidad. • Acidez • Inflamabilidad Por lo tanto, contiene solo propiedades físicas in­ tensivas: Solo II.

u ím ic a

■

27

38. Entre las siguientes propiedades de una muestra de oro metálico, indique aquella propiedad extensiva. I. Reactividad frente al oxigeno del aire: Nula. II. Densidad: 20 g/cm 3 III. Temperatura de fusión: 1060 °C IV. Volumen de muestra: 200 cm 3 V. Color: Am arillo brillante. Resolución: Para una m uestra de oro metálico, se tiene: Propiedades no extensivas (intensivas): Su va­ lor es constante así se modifique la cantidad de muestra: • Reactividad con 0 2 : Nula • Densidad: 20 g/cm3 • Temperatura de fusión 1060 °C • Color: Amarillo. Propiedad extensiva: • Volumen: 200 cm 3, el cual cambia si m odifica­ m os la cantidad de muestra. 39. Indique cuantas propiedades intensivas han sido mencionadas: Generalmente los metales son sólidos cristalinos que se caracterizan porque sus unidades estructura­ les están ordenadas en forma regular, tiene un orden continuo. Dentro de sus características más impor­ tantes podemos mencionar: poseen brillo; tienen alta conductividad eléctrica y térmica. Además, pueden ser transformados a láminas debido a su maleabili­ dad. Generalmente presenta alta densidad. Resolución: Propiedades de ios sólidos: • Brillo • Conducción eléctrica • Conducción térmica • Maleabilidad • Densidad. Todos corresponden a propiedades físicas e inten­ sivas, ya que su valor es constante independiente de la cantidad medida. Por lo tanto, tenem os 5 propiedades intensivas. 40. Indique verdadero (V) o falso (F) según las propie­ dades físicas o químicas: I.

La conductividad, maleabilidad, ductibilidad son ejem plos de propiedades físicas.

II. La combustibilidad, oxidabilidad son ejemplos de propiedades químicas. III. El color, la digestión, la tem peratura son propie­ dades químicas. Resolución I.

Verdadero Son propiedades físicas: Conducción (eléctrica o térm ica), ductibilidad y maleabilidad (cambio en dimensiones), ya que su determ inación no altera la identidad del material.

28

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Verdadero Son propiedades químicas: • Com bustibilidad: Quema con oxígeno (0 2 ) • O xidabilidad: Deterioro del material. Debido a que en su determ inación se forma nuevas sustancias. III. Falso: El color y la tem peratura son propiedades físi­ cas, pero la digestión es química, ya que invo­

III Verdadero A volumen constante, la presión del gas en el interior del recipiente es proporcional a su masa, por lo que bajo estas condiciones se tra­ ta de una propiedad extensiva. .-. VFV 42. Indique verdadero (V) o falso (F) a las siguientes proposiciones:

lucra un cam bio o fenóm eno químico. WF 41.

I.

Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Las propiedades intensivas son aquellas que no dependen de la masa. II. La inercia, el volumen, el color son ejem plos de propiedades extensivas. III. Si se m antiene el volum en constante, se puede decir que la presión de un gas es una propiedad extensiva.

II. Para m edir una propiedad química de una sus­ tancia, esta debe de algún modo transformarse. III. El calor de vaporización es una propiedad físi­ ca: mientras que la energía de reacción es una propiedad química. Resolución: I.

Verdadero Una propiedad intensiva es aquella cuyo valor es constante independientem ente de la canti­ dad de m aterial empleado. Ejemplo: Densidad del H20 y

1 mL (O = 1 g/mL)

t J

10 m L (0 = 1 g/mL)

Falso:

En toda mezcla solo son aditivas las propieda­ des que sean extensivas como: • Volumen • Peso, etc. II Verdadero: La m edida de una propiedad quím ica involucra necesariam ente una reacción química, por lo tanto la transform ación del material. III. Verdadero: Las propiedades: • Color de vaporización (cambio de estado), es ' físico. • Calor de reacción, es químico. .-. FVV

Resolución: I.

Los valores de una propiedad física de los com ­ ponentes de una mezcla pueden sum arse para obtener el valor de la propiedad para la mezcla.

II. Falso: La inercia y el volumen son propiedades exten­ sivas, mientras que el color es intensivo.

® PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISION UNI PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II)

II.

Falso (F) Los átomos poseen estructura interna. Poseen un núcleo central y electrones en regiones de máxima probabilidad llam adas orbitales atómicos.

III.

Falso (F) El peso de un cuerpo al ser una fuerza se mide con un instrum ento adecuado como un dinamóm etro.

Señale la alternativa que presenta la secuencia correc­ ta después de determ inar si la proposición es verdade­ ra (V) o falsa (F). I.

La materia es transform able en energía.

II.

Los átomos son indivisibles.

III.

El peso de un cuerpo se mide con una balanza.

A) FFF D) W F

B) VFF E) V W

El peso de un cuerpo depende de la gravedad. Clave: B

C) FVF

Resolución: De las proposiciones: I. Verdadero (V) Materia y energía son dos m anifestaciones diferen­ tes de un m ismo ente. La cantidad total de materia y energía en el universo se conserva y la equiva­ lencia entre estas se da por la expresión. E = me2

PROBLEMA 2 (UMI 2 01 2 - 1) Indique el caso que corresponde a una sustancia elemental. A)

Cem ento

B) Agua de m ar

D)

Diam ante

E) Ácido muriático

C) Bronce

Resolución: Sustancia elemental: Llamada también sustancia sim ­ ple; está form ada por átomos que poseen el mismo nú­ mero atómico.

Q

En el caso del diamante, es una forma alotrópica del carbono por lo cual se le considera como una sustancia elemental. Clave: D

■

u ím ic a

29

III.

El cobre metálico puro presenta propiedades dife­ rentes según el m ineral del cual se extrae.

A) D)

Solo I I y II

B) Solo II E) II y III

C) Solo III

PR O BLEM A 3 (U N I 2 0 1 2 - I I)

Resolución:

En un bulbo de vidrio se introduce un trozo de fósforo (sólido) y luego se llena de oxígeno; se cierra herm é­ ticam ente y se mide la masa inicial del sistema. Con ayuda de una lupa, los rayos solares inciden sobre la mezcla, el fósforo arde y se observan humos; se enfría el sistema y se mide la masa final del mismo. Dadas las siguientes afirm aciones referidas al experi­ mento: I. El humo form ado es vapor de agua. II. En cualquier circunstancia: masa inicial = masa final. III. El fósforo ha sufrido un cambio químico. Son correctas:

Una mezcla es la unión de dos o más sustancias que guardan entre ellas una relación de orden físico, es decir, no se combinan. Sus com ponentes se pueden separar por m étodos físicos convencionales y no po­ seen com posición definida. Las sustancias que las con­ forman, por el contrario, poseen una composición fija, definida e independiente de su origen; por ejemplo, sin interesar su origen el cobre m etálico puro siem pre exhi­ birá las m ism as propiedades. Clave: B

A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) II y III

C) Solo III

Resolución: Tapa

'‘Q '

O O : t

Oxígeno

Oxígeno residual

Cambio químico

Óxidos de fósforo (humos)

Fósforo

Fósforo residual

t

PRO BLEM A 5 (U N I 2 0 1 3 - I I) En la figura cada tipo de circulo (O, ® ) representa un tipo de átomo diferente, Indique la secuencia correcta después de determ inar si la proposición es verdadera (V) o falsa (F). I. Se representa una mezcla de cuatro compuestos. II. Hay dos elem entos form ado parte de la mezcla. III. La mezcla está form ada por cuatro sustancias dife­ rentes. ^

o o

0 8 0

0 0 0

Limite del sistema

%

9 )

Fósforo + 0 2 —H í* Óxido de fósforo o o Dado que el sistema está cerrado (con tapa) no existe transferencia de masa del sistema hacia el entorno. La suma de masa de sustancias al inicio es igual a la suma de masas de sustancias al final del proceso (Ley de conservación de la masa). Son correctas II y III. Clave: E PR O BLEM A 4 (U N I 2 0 1 3 - I) ¿Cuáles de las proposiciones siguientes son correctas? I. Las m ezclas se pueden separar en sus com po­ nentes puros em pleando solo procedim ientos quím icos. II. Una mezcla se form a por la unión física de dos o más sustancias entre sí.

A)

WV

B) VVF

D)

FFV

E) FFF

§

é ? C) VFV

Resolución: I.

(F) solo existen 3 compuestos. O ®

II.

0 8 0

< 8 Q 8>

(F) solo existe un elemento o o

III.

(V) presenta 4 sustancias o o

o ®

0 8 0

0 0 ®

.-. FFV Clave: D

30

■

C

o l e c c ió n

“■ ■ n 1.

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMAS

Respecto a los m étodos de separación de los com ­ ponentes de una mezcla, indicar la alternativa in­ correcta: A) La destilación se basa en los diferentes puntos de ebullición de los componentes líquidos m ez­ clados. B) La filtración se em plea cuando la mezcla es he­ terogénea form ada por un sólido disperso en un líquido. C) La cristalización consiste en la precipitación de un sólido a partir de una solución saturada por variación de temperatura. D) La decantación se emplea para líquidos miscibles. Estos se separan por acción de la grave­ dad, basado en su diferencia de densidad. E) La crom atografía se emplea norm alm ente para m uestras pequeñas de la mezcla a separar.

2.

A es B es A es C es B es

5.

A) FQFQ D) QQQF 6.

C lasificar las siguientes propiedades del berilio m etático como físicas (F) o quím icas (Q): I. Cuando se encuentra como polvo, sufre igni­ ción em itiendo luz. II. Cuando se encuentra como un bloque de me­

C) QFQF

Las propiedades extensivas se vuelven Intensivas cuando se ponen en referencia a otra magnitud. Por ejemplo la densidad es m asa/volum en. Se sabe que la masa sí es una propiedad extensiva, pero se vuelve en Intensiva cuando se expresa en función de otra propiedad, como lo es el volumen indicar cuál(es) de las siguientes propiedades es (son) intensiva(s):

A) Solo III D) Solo II

B) I y II

C) I y III

E)Todas

Con respecto a la materia, señalar lo correcto: I. El m ovimiento es una condición general en la materia. II. No todos los cuerpos poseen masa. III. Se cumple que la masa es variable. IV. Es todo aquello que tiene masa y ocupa un lu­ gar en el espacio.

¿Cuál de las siguientes propiedades presentadas a continuación es una propiedad física extensiva del azúcar (C 12H220 „ ) ?

El volumen específico de una sustancia es el volu­ men por unidad de masa. El volumen específico es un ejemplo de: A) No ser una propiedad de la materia. B) Ser una propiedad química extensiva. C) Ser una propiedad química intensiva. D) Ser una propiedad física intensiva. E) Ser una propiedad física extensiva.

B) FFQQ E) QQFF

I. Hay 20 bombones por caja. II. La cantidad de lapiceros que entran por cartu­ chera. III. La fuerza que es aplicada por superficie de contacto.

una mezcla heterogénea. un elemento. un compuesto. una mezcla heterogénea. una sustancia simple.

A) La densidad de 10 g de muestra es 1,58 g/mL. B) Cualquier muestra de azúcar puede ser descom­ puesta para dar carbono, hidrógeno y oxígeno. C) El azúcar es un sólido blanco. D) La longitud prom edio de un lado del cristal de azúcar es menos de 1 mm. E) El punto de fusión del azúcar es 185 °C. 4.

tal, no reacciona con vapor Incluso cuando se encuentra al rojo vivo. III. Tiene una densidad de 1,85 g/mL a 20 °C. IV. Es un metal sólido relativam ente suave y de co­ lor plateado claro a 25 °C.

Por medio de la decantación se logra separar C en dos líquidos A y B. El líquido A se puede separar en dos com ponentes por destilación y B solo se descompone por m edios químicos. Según esta in­ formación, determ inar qué alternativa es correcta: A) B) C) D) E)

3.

PROPUESTOS

A) I y IV D) II, III y IV 8.

C) II y I

Determ inar qué propiedades son intensivas (I) o extensivas (E): I. Cantidad de calor que un deportista transfiere al entorno. II. Cantidad de energía térm ica de un cuerpo. III. Densidad. IV. Temperatura de ebullición de un líquido. V. Temperatura de fusión de un sólido. A) IEIII D) lllll

9.

B) I, II y III E) Solo IV

B) EEIII E) IEIEI

C)EEEII

¿Cuántos de los siguientes cambios que ocurren son físicos? I.

Dilatación de un metal.

II. Explosión de la llanta de un carro. III. Sublim ación del yodo. IV. Transmutación natural de plutonio en uranio. V. Destilación del petróleo

Q

VI. Corrosión de un clavo.

14.

VII.Electrólisis del agua acidulada. A) 2 D )4

B) 3 E )6

C) 5

11. Indicar qué tipo de cam bio corresponde a los si­ guientes fenómenos: I. La fruta se pudre. II. Una tableta de Alka Seltzer es disuelta en agua y se producen burbujas. III. Un anillo de suciedad se forma alrededor de la bañera. IV. Hacer que el pan crezca por uso de polvo de hornear (N aH CO J. V. Curtir duraznos. A) FQFQF D) QQ Q Q Q

B) QQFQ Q E) QFFQF

C) QQFQF

12. Determ inar qué proposiciones son verdaderas: I. Las mezclas heterogéneas deben contener 3 o más sustancias. II. Las sustancias mantienen muchas de sus pro­ piedades en una mezcla heterogénea, pero no en una mezcla homogénea. III. Una mezcla es homogénea siem pre que la reu­ nión de al m enos dos componentes, no permita distinguirlos a sim ple vista. IV. Las sustancias puras no pueden ser separadas en otras clases de materia usando medios físi­ cos. V. Las mezclas heterogéneas tienen composición variable, no así las homogéneas. A) I, II y III D) II y III

B) III, IV y V E) III y IV

C) II y IV

A) Solo III D) I y III

B) I y II E) Todas

C) IIy III

31

oooo oo oo oooo (III)

0) A) sodio - yodo - KBr C) KBr - sodio - yodo E) sodio - KBr - yodo

B) yodo - sodio - KBr D) yodo - KBr - sodio

15. Indicar qué proposición es correcta. A) El brillo de un metal es una propiedad extensiva. B) Las propiedades quím icas pueden ser intensi­ vas o extensivas. C) Para que se m anifieste una propiedad química debe ocurrir un cambio en las propiedades de la materia. D) En una mezcla, cada com ponente no conserva su identidad. E) Al relacionar dos propiedades extensivas se origina otra propiedad extensiva. 16. Un alum no experim entando con el oro determ inó lo siguiente: I. Volumen de muestra: 3 cm 3 II. Color: dorado III. Ductibilidad: alta IV. Brillo: intenso V. Reactividad frente a ácidos: nula. VI. Densidad: 19,7 g/cm 3 VII. Temperatura de ebullición: 1064 °C. ¿C uántas p ropiedades Intensivas se han rep o r­ tado? A) 6 D) 3

B) 5 E) 1

C) 4

17. De las siguientes propiedades, indicar qué propie­ dades son extensivas. I.

13. Basándose en la inform ación dada en cada propo­ sición, indicar qué proposiciones son no correctas: I. Una sustancia se descom pone cuando per­ m anece un tiempo prolongado en la luz, esto demuestra que puede ser un elem ento o com ­ puesto. II. Una sustancia se disuelve rápidam ente en agua, esto dem uestra que la sustancia es un compuesto. III. Una sustancia no se puede descom poner en sustancias más simples por métodos físicos, esto demuestra que la sustancia es un elemento.

■

Cada uno de los siguientes cuadros presenta a una de las siguientes sustancias a 25 °C: sodio, yodo y brom uro de potasio (KBr). Asociar cada cuadro con la sustancia a la que corresponda:

10. ¿Cuál de los siguientes cambios se considera físico? A) Pérdida de brillo m etálico de la plata. B) Calentam iento de los filam entos de una lám pa­ ra para producir luz. C) Q uem ar hidrógeno. D) Oxidación del vino para producir vinagre. E) Corrosión de metales.

u ím ic a

Densidad.

II. Temperatura de ebullición. III. Masa. IV. Volumen. V. Viscosidad. A) I, II y III D) I, II y V

B) III y IV E) II y IV

C) IV, V

18. Indicar el fenóm eno que no altera la composición química. A) B) C) D) E)

Secado de la ropa. Com bustible del gas propano. Tostaclón de minerales. Ferm entación de azúcares. Fotosíntesis.

32

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

19. ¿Cuántos fenóm enos son físicos? I. Evaporación del agua de mar. II. Form ación de escarcha. III. Corrosión de superficies metálicas. IV. Licuación del oxigeno ( 0 2). A) Todos D) I, II y IV

B) I y II E) I y IV

V. Com bustión del gas propano. VI. Disolución del azúcar en agua. VII.Digestión de los alimentos. A) D)

B) 2 E )5

25.

B) CEEMM C E) ECECCC

C) ECECMM

22. Indicar la verdad (V) o falsedad (F) de cada pro­ posición: I. El número de fases coincide necesariam ente con el número de sustancias en un sistema. II. Los com ponentes de una mezcla pueden ser separados por m étodos físicos o mecánicos. III. El fenóm eno de alotropía se presenta en todos los elementos. IV. El C a C 0 3 (carbonato de calcio) presenta alotro­ pía. A) W F F D) W W

B) W V F E) FFFV

B) Ninguna E) Solo IV

Licuación del C 0 2. Sublim ación del hielo seco. Condenación del C 0 2. Deposición del C 0 2. Solidificación m ayor del C 0 2.

26. Indicar qué proposiciones son incorrectas: I. El aire del aula es una mezcla homogénea. II. El calentam iento global es un proceso físico. II. La destrucción de la capa de ozono es un pro­ ceso químico. IV. El agua carbonatada es un com puesto A) D)

I, II y III II y III

B) I y V E) I, II y IV

C) Solo IV

27. Identificar el tipo de materia, señalando si son sustancias (S) o m ezclas (M) , para los siguientes ejemplos: I. Latón II. Alum inio III. Alcohol etílico IV. Cerveza V. Xenón A) D) 28.

C) FVFF

MSSMS SMMSM

B) MSMSM E) SSMSM

C) MMSMM

Los siguientes esquem as representan m uestras de diferentes materiales. Indicar la alternativa que me­ jo r está relacionada con las figuras:

23. ¿Qué sustancias de las propuestas pueden des­ com ponerse por m edios químicos? I. Diamante II. Cloruro de sodio (NaCI) III. Virutas de cinc. IV. Agua. V. Cloruro de potasio (KCI) A) Todas D) II, IV y V

C) 5 y 2

Para conservar los helados se utiliza el hielo seco, que es C 0 2 sólido, la cantidad de este va dism inu­ yendo sin notarse la form ación de líquido, enton­ ces ¿qué efecto genera el frío para la congelación? A) B) C) D) E)

C) 4

21. Indicar el elem ento (E), com puesto (C) o mezcla (M) en: I. Sacarosa: C 12H220,., II. O zono : 0 3 III. Grafito : C IV. Acero V. Gasolina VI. Alcohol etílico: C2H2OH A) EEECCC D) CEM CEM

B) 2 y 5 E) 1 y 6

C) Solo III

20. Indicar cuántas m ezclas hom ogéneas hay. I. Vinagre. II. Latón. III. Gelatina. IV. Agua y arena. V. Aire. A) 1 D) 3

4 y 3 3y4

(I)

(III)

(II) %

(IV)

°

o 0 00° 0o o (V)

C) I y III

24. En los siguientes procesos, ¿cuántos corresponden a fenóm enos físicos y quím icos respectivam ente? I. Dilatación de un metal. II. Ferm entación de la leche. III. Evaporación del alcohol. IV. Oxidación de un clavo de hierro.

A) B) C) D) E) 29.

I y V son elementos. II y III son sustancias sim ples (elementos). II y IV son compuestos. I y V son sustancias puras. III y IV son m ezclas heterogéneas.

Indicar verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones:

Q

I.

Al fundir una soldadura se obtiene una mezcla heterogénea. II. Al soplar un poco de talco al aire se form a un sistem a homogéneo. III. Al dejar que la acetona se evapore com pleta­ mente en un recipiente cerrado (pero no al va­ cio), se tiene un compuesto. IV. Al m ezclar un galón de pintura azul con un ga­ lón de pintura roja se forma un sistema hom o­ géneo

A) FFFF D) FVFV

B) VFVF E) VFVV

C) VFFF

30. En un sistema abierto con dos sustancias se puede afirmar: I. Es binarlo y difásico. II. Es unitario y monofásico. III. Ternario y difásico. IV. Es binarlo y trifásico. V. Es binario y monofásico. A) I y V D) Solo I

B) Solo III E) III y IV

C) II, III y V

31. C om pletar el siguiente párrafo: SI m edim os la cantidad de cada elem ento obte­ nido en la descom posición de un compuesto, en­ contraremos que las m asas relativas de todos los elem entos que form an un determ inado com puesto están siem pre en la misma proporción. Podemos, entonces, definir un com puesto como la sustancia form ada por dos o más elem entos diferentes de manera que guardan una relación de ... constante. A) compuestos D) m asas

B) elem entos E) mezclas

C) propiedades

32. Con relación a m ezclas y compuestos, marque la alternativa falsa: A) Las mezclas se pueden separar por medios físicos. B) Las mezclas hom ogéneas conservan sus pro­ piedades físicas. C) Las mezclas hom ogéneas conservan sus pro­ piedades químicas. D) Los com puestos son com binaciones químicas de dos o más sustancias. E) Las m ezclas presentan propiedades indepen­ dientes de su origen. 33. Indicar ¿Cómo separar el aceite de una mezcla de agua - aceite? A)

Filtración

B) Centrifugación

C)

Decantación

D) Evaporación

E)

Tamizado

34. Marcar la respuesta correcta, respecto a la propie­ dad que no es física. A) Punto de ebullición. B) Estados de agregación.

u ím ic a

■

33

C) Color de los cuerpos. D) La acción blanqueadora de la lejía. E) Determ inación de la densidad. 35. Sobre las sustancias: ozono ( 0 3) y azufre rómbico (S8). ¿Cuántos enunciados son incorrectos? I. Son sustancias simples. II. Son isótopos. III. Son form as alotrópicas de los correspondientes elementos. IV. Al mezclarse, form arían un m aterial hom ogé­ neo. A) D )3

0 B) 1 E )4

C )2

36. ¿Cuáles son las propiedades com unes a todas las sustancias? A) Punto de fusión constante - propiedades inde­ pendientes de su origen - y composición cons­ tante. B) Propiedades dependientes de su origen - punto de fusión constante - y composición constante. C) Propiedades independientes de su origen - pun­ to de fusión variable - y composición constante. D) Propiedades independientes de su origen punto de fusión constante - y com posición va­ riable. E) Propiedades dependientes de su origen punto de fusión constante - y composición variable. 37. Los siguientes datos se refieren al elemento carbo­ no. Determ ine ¿Cuántas propiedades son físicas? I. Reacciona con el oxígeno para dar óxidos. II. Es insoluble en agua. III. A 25 °C y 1 atm es sólido. IV. Se puede usar como combustible A) D) 3

O B) 1 E )4

C )2

38. Determ ine como separaría los componentes de gasolina. A) Filtración C) Decantación E) Destilación

B) Centrifugación D) Evaporización

39. ¿Cómo separaría una suspensión de harina en agua? A) C) E)

Destilación Cristalización Filtración

B) Evaporización D) Tamizado

40. ¿Qué propiedad es extensiva? A) B) C) D) E)

Volatilidad. Densidad. C alor absorbido en la fusión del hielo. Reducción del sodio. Oxidación del sodio.

34

■

C o l e c c i ó n U n ic ie n c ia S

a p ie n s

41. M arcar la respuesta correcta, respecto a la propie­ dad que no es fisica A) B) C) D) E)

Punto de fusión. C am bios de fase. Área. Com bustión de la glucosa. Tensión superficial de los líquidos.

42. Marcar la respuesta correcta respecto a un cambio físico: A) B) C) D) E)

Q uem ar un trozo de azufre, Explosión de la pólvora. Estiramiento de una barra de cobre. Oxidación de un clavo. Oxidación del metano.

Evaporación del agua. Fusión del hielo. Trituración de rocas. O pacado de una moneda. Licuación del oxígepo.

44. ¿Cuál alternativa no relaciona correctam ente el tipo de mezcla y su técnica de separación: A) B) C) D) E)

Suspensión de arena en agua - filtración. Solución acuosa de NaCI - destilación Solución acuosa de etanol C2H5OH - destilación Mezcla de naftalina en arena - decantación. Solución acuosa de NaCI - evaporación.

45. Al transform ar hidrogeno y oxígeno en agua, se está produciendo?

D) No aparece la respuesta correcta. E) Cambio biológico. 46. En el análisis de una sustancia se encuentra que contiene carbono y cloro; entonces, esta sustancia se clasifica como: Elemento. Mezcla. Com puesto Es tanto mezcla como compuesto. Es mezcla homogénea

47. ¿Cuántas propiedades se consideran físicas? I. Estado de agregación. II. Com bustibilidad. III. Inflamabilidad. IV. Corrosión. V. C alor especifico. VI. Forma. A)

0

B) 1

C) 2

B) 3 6 E )5

C) 4

49. Considere las siguientes propiedades del diam ante (una forma alotrópica dei carbono) A) Aislador eléctrico. B) Elevado punto de fusión. C) Extrem adam ente duro. D) Com bustión en presencia de oxígeno para pro­ ducir C 0 2. E) Densidad de 3,51 g/cm 3. ¿Cuántas propiedades son físicas y químicas res­ pectivamente? A) 3,2 D) 1,4

B) 2,3 E) 5,0

C) 4,1

50. El azufre es un sólido amarillo pálido que se que­ ma en el aire para form ar S 0 2. Al calentarse a 180 °C, toma una coloración marrón en form a pe­ renne. Funde a 113 °C y no es soluble en agua. ¿Cuántas propiedades son químicas? A) D)

2 3

B) E)

0 4

C) 1

51. ¿Cuáles son las propiedades características de to­ dos los compuestos?

A) Cam bio químico. B) Cambio físico. C) Reacción de conservación.

A) B) C) D) E)

C) Descomposición electrolítica del agua. D) Alim ento en proceso de digestión. E) Gasolina ardiendo. F) Metal en corrosión. G) Flexión de una barra de hierro. Reconocer, cuantos cambios se consideran químicos. A) 2 D)

43. ¿Cuál de los siguientes se considera un cambio químico? A) B) C) D) E)

48. Clasifique como cam bio físico o quím ico cada uno de los siguientes sucesos: A) Solidificación de la materia por enfriamiento. B) Evaporación del agua.

')) 3

E) 5

A) Com posición constante, propiedades indepen­ dientes de su origen y descom pone por medios químicos. B) Com posición variable, propiedades indepen­ dientes del origen y descompone por medios físicos. C) Com posición constante, propiedades depen­ dientes del origen y descompone por medios físicos. D) Com posición constante, propiedades depen­ dientes del origen y descompone por medios químicos, E) Composición variable, propiedades dependientes del origen y descompone por medios químicos. 52. ¿Cuáles son las propiedades comunes a todas las mezclas? A) Com posición variable, propiedades dependien­ tes del origen. B) Com posición constante, propiedades depen­ dientes del origen.

Q

C) Com posición constante, propiedades indepen­ dientes del origen. D) Com posición variable, propiedades indepen­ dientes del origen. E) Com posición constante, propiedades depen­ dientes del origen y descom pone por medios químicos. 53. Una sustancia pura que no puede descomponerse por cambios químicos convencionales se denomina: A) Com puesto B) Elem ento D) Suspensión E) Solución

C) mezcla

sivas? I. Punto de fusión. II. C alor absorbido por el agua. III. Peso. IV. Viscosidad V. Maleabilidad. VI. Corrosión. B) 4

C )5

D) 6

E) 2

Sustancia. Elemento. Mezcla. Mezcla homogénea. Mezcla heterogénea.

56. La sedim entación está asociada a una: A) D)

Solución Aleación

B) Suspensión C) Destilación E) Mezcla de líquidos inmiscibles

57. Identifique un cam bio químico: A) B) C) D) E)

Sublim ación de la naftalina. Evaporación de agua de mar. Coagulación de la sangre. Formación de hielo a partir del agua. Destilación del C2H5OH del aguardiente.

58. ¿Cuántas propiedades enunciadas, a continua­ ción, son intensivas: presión atmosférica, punto de ebullición, calor absorbido en la fusión del hielo, peso, oxidación del hierro, volumen. A)

2

B) 3

C )4

35

60. De las siguientes especies quím icas que se indi­ can a continuación: I.

Ácido nítrico.

II. S8 (rómbico). III. Alcohol isopropílico: CH3CFI(OFI)CFl3. IV. Alcohol yodado: l2(alcohol). V. Oro de 24 quilates. ¿Cuantos compuestos quím icos existen? A) O D)

B) 1

C) 2

3E ) 4

A) B) C) D) E)

Cam bios Cam bios Cam bios Cam bios Cam bios

químicos. alotrópicos. transm utativos. físicos. biológicos.

62. Con relación a mezclas hom ogéneas y com pues­ tos, marque la proposición falsa:

55. Una variedad de materia de composición variable se denomina: A) B) C) D) E)

■

61. Los cambios en los estados de agregación son:

54. Una propiedad intensiva no depende de la masa. ¿Cuántas de las siguientes propiedades son inten­

A) 3

u ím ic a

D) 5

E) 6

A) Las mezclas hom ogéneas se pueden separar por decantación. B) Un m aterial homogéneo puede ser un com ­ puesto o una mezcla homogénea. C) Las m ezclas hom ogéneas conservan sus pro­ piedades. D) Los com puestos son com binaciones químicas de dos o más sustancias. E) Los com puestos quím icos tienen composición definida e invariable. 63. La filtración es una técnica de separación m ecá­ nica de: A) Dos líquidos miscibles. B) Dos líquidos inmiscibles. C) Partículas sólidas de diám etro pequeño, sus­ pendidas en una fase liquida. D) Partículas sólidas de tam años diferentes. E) Coloides. 64. C om pletar el siguiente párrafo: "Una sustancia es un espécim en de materia bien definida, en donde todas su partículas, bajo las m ismas condiciones de presión y tem peratura ex­ hiben las m ismas ... Por lo tanto, un conjunto dado de ... nos ayudará a identificar una sustancia. A) proporciones - proporciones B) propiedades - proporciones

59. El agua de m ar contiene básicamente: agua, sal y arena. ¿Qué com ponentes no se pueden separar por un proceso de decantación? A) Sal y arena B) Agua y arena C) Sal y agua D) Solo se podrá saber experim entalmente. E) No se puede separar ninguna de los componentes.

C) m asas - propiedades D) com posiciones - propiedades E) propiedades - propiedades 65. C om pletar el siguiente párrafo: "Una sustancia como el azúcar, que se descom ­ pone en carbono y agua cuando se la sujeta a una reacción de com bustión.... un..."

36

■

A) B) C) D) E)

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A) 2,55 x 104 B) 2,55 x 1CT3 C) 2,55 X 103 D) 2,55 X 1CT4 E) 2,55 x 105

es - elem ento puede ser - elem ento no es - com puesto es - com puesto puede ser - coloide

66. Respecto al principio de equivalencia masa - ener­ gía. Determine ¿Cuál(les) de las siguientes propo­ siciones (es) son verdaderas(s): I. La energía equivalente asociada a 1 gramo de uranio es mayor que la energía equivalente asociada a 1 gram o de carbón. II. Para obtener la energía equivalente asociada a 1 gram o de uranio, este debe alcanzar la velo­ cidad de la luz. III. La energía equivalente asociada a un gramo de uranio es 9 x 1020 ergios. A) Solo I D) Solo III

B)Iy III E) I, II y III

C) Solo II

ratura. A) B) C) D) E)

Homogénea, 3 fases Heterogénea, 2 fases Heterogénea, 4 fases Heterogénea, 3 fases Homogénea, 2 fases

74. Indique la proposición correcta:

67. La interacción de un electrón y un positrón libera dos fotones de radiación g según el principio de equivalencia masa-energía. Determine la energía de los fotones de radiación g en J/fotón. m e - = m e+ = 9,1 x 10~31 kg c = 3 x 108m .s '1, 1 J = 1 k g m V 2 A) 8,19 X 1CT14 C) 8,19 x 1CT7 E) 2,73 X 1CT17

73. En un recipiente se introducen las siguientes sus­ tancias: porciones pequeñas de cristales de cloru­ ro de sodio (NaCI), cierto volum en de aceite e igual cantidad de agua, hasta com pletar la m itad del re­ cipiente; luego se cierra y se agita. Se le mantiene a tem peratura ambiente. ¿Qué clase de mezcla se obtuvo y cuantas fases presenta? Tenga en cuenta que los líquidos se evaporan a cualquier tem pe­

B) 1,638 x 1CT14 D) 1,638 X 1CT7

A) Un ejemplo de mezcla hom ogénea es la gaso­ lina. B) Cuando se calcina la madera ocurre un cambio físico. C) El ozono ( 0 3) es una sustancia compuesta. D) Los elementos pueden descom ponerse en otras sustancias diferentes. E) Cuando el alcohol se evapora, se produce un cambio químico. 75. ¿Cuál de las siguientes proporciones es correcta?

68. Un cambio de la materia que produce la desapa­ rición de una sustancia y la aparición de otra (u otras) se llama un cambio químico. Un espécimen que sufre un cambio químico siem pre es transfor­ mado en otro (u otras) sustancias que tiene una composición o estructura m olecular ... respecto a

A) El agua del m ar es un com puesto puro. B) La sal de mesa y el yodo form an una mezcla microheterogénea. C) La molienda es un fenóm eno químico. D) La sal de mesa es un com puesto puro. E) La evaporación y cristalización son cam bios quí­ micos.

la sustancia original. 76. Al estudiar una nueva sustancia se observan los siguientes hechos: I. Es un sólido blanco plateado. II. Arde en el aire produciendo una luz blanca muy 69. Escribe en notación científica el número: intensa. 0,00202 x 1013 III. Se puede golpear hasta convertirlo en una lám i­ A) 20,2 x 101° B) 0,202 X 1011 C) 2,02 x 1016 na fina. D) 2,02 x 101° E) 2,02 X 1011 IV. Se corre rápidam ente en el ácido nítrico. ¿Cuántas de las observaciones involucran propie­ 70. Escriba en notación científica el número: 1200 x 10 “ 3° dades intensivas? A) 120 X 1CT29B) 1,2 x 1CT27C) 12X1CT33 A) 5 B) 4 C )3 D) 1,2 X 1CT28 E) 1,2 X 1CT30 D) 2 E) 1 A) igual D) semejante

B) parecida E) variable

C) diferente

71. Escriba en notación científica el número: 2 200 000 x 1(T3 A) D)

2,2 x 103 22 x 104

B) 2,2 x 1CT9 E) 2,2 X 105

C) 2,2 x

106

72. Efectuar la suma y expresar en notación científica: 2200 + 350

77. Un alumno del CEPRE-UNI vertió ácido nítrico so­ bre una moneda de cobre y observó que el líquido se tornaba cada vez más y más azul verdoso y es­ pumante. Al rato, un humo pardo rojizo y m uy den­ so empezó a desprenderse de la m oneda y el aire se coloreo de un rojo oscuro. ¿Qué proposiciones son correctas?

Q

I.

El líquido se coloreo, cada vez más y más azul verdoso, debido a que el color es una potencia extensiva. II. El aire se colorea debido a un fenóm eno físico. III. El líquido se torna azul verdoso debido a un cambio químico en la moneda. A) I y II D) Solo II

B) I y III E) Solo III

C) II y III

78. La bomba del hidrógeno estaba basada en un pro­ ceso de fusión nuclear. Asum iendo que las masas Iniciales de los dos reactantes fueron de 10 g y 34 g, la masa producida luego de la reacción nu­ clear fue de 40 g. ¿Cuál fue la energía liberada en terajoule? A) 3,6 D) 3600

B) 36 E) 90

C) 360

79. ¿Qué proporciones son correctas? I. El núcleo atóm ico contiene casi toda la masa del átomo. II. La zona extranuclear tiene un volumen muy pe­ queño. III. El protón y el electrón tienen cargas eléctricas num éricam ente iguales. A) I y II D) Solo I

B) II y III E) Solo II

C) I y III

80. Marque verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

El ion ^ F e 3+ tiene 23 protones.

II. Los átomos ijjjK y “ A r tiene Igual número de neutrones. III. Entre dos ¡sotopos, se cumple que la diferencia de sus números de masa es igual a la diferen­ cia de sus números de neutrones. A) FFV D) FVV

B) FFF E) FFV

C) W F

81. Una de las siguientes características no correspon­ de a los isotopos: A) B) C) D) E)

Poseen las m ismas propiedades químicas Poseen propiedades físicas diferentes Poseen diferente número de masa Pertenecen a elem entos diferentes Poseen diferente número de neutrones

82. En un anión X2~ hay 54 electrones. Determ ine el número de masa, si este valor y el número de neu­ trones están en relación de 32 a 19. A) 76

B) 52

C )1 2 8

D) 117

E) 87

83. La suma del número de electrones de los Iones X3* e Y 3~ es 161, si corresponden a elem entos con­ secutivos de la tabla periódica. ¿Cuál es la mayor carga nuclear? A) 79

B) 79

C) 80

D) 81

E) 82

u ím ic a

■

37

84. Respecto a las sustancias, indicar cuantas propo­ siciones son correctas: I. Es materia homogénea que tiene una com posi­ ción química definida y está constituida por una sola clase de m oléculas o por átomos de Igual número atómico. II. Un elemento químico es una sustancia simple que está constituida generalmente por átomos de Igual número atómico, pero también existen elementos químicos que están constituidos por moléculas que contienen átomos del mismo tipo. III. un com puesto es aquella sustancia que está constituida por m oléculas o unidades form ula que contienen en su estructura átomos de dife­ rentes elementos. IV. Los compuestos de acuerdo al número de ele­ m entos que constituyen a la molécula o a la unidad form ula pueden ser binarios, ternarios, cuaternarios, etc. V. Toda sustancia pura es un compuesto. A) 1 D )4

B) 2 E )5

C) 3

85. Respecto a los compuestos, indicar cuantas propo­ siciones son correctas: I. Cafeína - ácido cítrico - formol. II. Hielo seco - leche - hematlta. III. Colesterol -acero - bromo. IV. Celulosa - limonita - magnetita. V. G asolina - propano - clorofila A) 1 D )4

B) 2 E )5

C) 3

86. Determ inar que proposiciones son verdaderas: I. Las m ezclas heterogéneas deben contener 3 o mas sustancias. II. Las sustancias mantienen m uchas de sus pro­ piedades en una mezcla heterogénea pero no en una mezcla homogénea. III. Una mezcla es homogénea siem pre que la reu­ nión de al menos dos componentes no permita distinguirlos a sim ple vista. IV. Las sustancias puras no pueden ser separadas en otras clases de materia usando medios físicos. V. Las m ezclas heterogéneas tienen composición variable, no así las homogéneas. A) I, II y III D) II y III

B) III, IV y V E) III y IV

C ) ll y IV

87. Respecto a la materia: I.

Cam po y sustancia son las dos form as de exis­ tencia de la materia.

II. Un ejem plo de campo, son las radiaciones elec­ trom agnéticas. III. La masa es una m edida de la cantidad de m a­ teria de un cuerpo, su valor depende del lugar geográfico.

38

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

es (son) correctas(s): A) Solo I D) I y II

88.

II. La fuerza que es aplicada por superficie de con­

B) Solo I E) I, II y I

tacto.

C) Solo I

A) Solo I D) Solo I

Las siguientes son propiedades del berilio metáli­ co. Clasificarlas como físicas (F) o quím icas (Q): I Cuando se encuentra como polvo, sufre igni­ ción emitiendo luz. II. Cuando se encuentra como un bloque de me­ tal, no reacciona con vapor incluso cuando se encuentra al rojo vivo. III. Tiene una densidad de 1,85 g/m L a 20 °C. A) FQFQ D) QQQF

B) FFQQ E) QQFF

1. D 2. D 3. D 4. D 5. E 6. E 7. A

8. B 9. D 10. B

11. D 12. C

13. E 14. B

A) B) C) D) E)

No es una propiedad de la materia. Una propiedad química, extensiva. Una propiedad química, Intensiva. Una propiedad física, intensiva. Una propiedad física, extensiva.

91. Basándose en la información dada en cada propo­ sición, indicar que proposiciones son no correctas: I. Una sustancia se descompone cuando permane­ ce un tiempo prolongado en la luz, esto demues­ tra que puede ser un elemento o compuesto. II. Una sustancia se disuelve rápidam ente en agua, esto demuestra que la sustancia es un compuesto. III. Una sustancia no se puede descomponer en sustancias más simples por métodos físicos, esto demuestra que la sustancia es un elemento. A) Solo III D) I y III

B) I y II E) Todas

25. B

37. C

49. C

61. D

15. C

26. C 27. A 28. B 29. C

E E C D

50. 51. 52. 53.

62. A 63. C

16. A 17. B

38. 39. 40. 41.

18. A 19. D 20. C 21. B

30. 31. 32. 33. 34.

42. 43. 44. 45. 46.

C D D A

54. B 55. C 56. B 57. C 58. B

22 C 23. D 24. D

A D E

C D 35. C 36. A

C 47. D 48. C

C) I y I

90. El volum en específico de una sustancia es el volu­ men por unidad de masa. El volumen específico es un ejem plo de:

C) QFQF

89. Del siguiente párrafo: Las siguientes propiedades extensivas se vuelven Intensivas cuando se ponen en referencia a otra magnitud. Por ejem plo la densidad es masa / vo­ lumen. Se sabe que la masa si es una propiedad extensiva, pero se vuelve en intensiva, cuando se expresa en función de otra propiedad, como lo es el volumen. Indique cual(es) de las siguientes pro­ piedades es(son) intensivá(s): I. Flay 20 bombones por caja. II. La cantidad de lapiceros que entran por cartu­ chera.

B) I y II E) Todas

A A A B

59. C 60. C

C) II y III

73. D 74. A 75. B

85. A 86. C 87. D

76. B 77. C

88. E 89. E

67. A

78. C 79. c

90. D 91. E

68. 69. 70. 71. 72.

80. 81. 82. 83. 84.

64. E 65. D 66. D C D B A C

E D C D D

Teoría atómica Modelos atómicos Estructura atómica moderna

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John Dalton (Eaglesfield, 6 de septiembre de 1766-Mánchester. 27 de ju lio de 1844) fue un natu­ ralista, químico, matemático y meteorólogo británico. En 1790, Dalton consideró la posibilidad de estudiar Derecho o Medici­ na, pero no encontró apoyo de su familia para sus proyectos. En 1793 se trasladó a Mánchester y fue nombrado profesor de Ma­ temáticas y Filosofía Natural en la Nueva Escuela de Mánchester, una academia de disidentes re­ ligiosos. La primera publicación de Dalton fue (1793), que contenía los gérmenes de varios de sus descubrimientos posteriores.

Observaciones y ensayos meteorológicos

John Dalton no se había propues­ to formular una teoría sobre la constitución de la materia, sino que llegó a ella como consecuencia de sus investigaciones so­ bre los gases, y su objetivo no era otro que explicar los descubrimientos efectuados en ellos. La teoría atómica de Dalton establecía una serie de postulados fundamentales: los elementos están formados por átomos, partículas materiales minúsculas que no pueden crearse, destruirse ni di­ vidirse; todos los átomos de un determinado elemento son idénticos, tanto en la masa como en sus demás propiedades; los átomos se combinan entre sí en proporciones simples, expresables en números enteros, para formar «átomos compuestos». Fuente: Wifeipedia

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a p ie n s

<4 TEORÍAS SOBRE LA CONSTITUCIÓN DE LA MATERIA El conjunto de las principales teorías, sobre este punto en el terreno de la química, desde sus orígenes hasta nuestros días.

I.

Teoría de los elementos Tales de Mileto (640 a. C.). El principio de todo es el agua; esta se solidifica en el hielo, se eva­ pora form ando el aire y el éter, y es lo que vivifica las semillas de las plantas dándoles humedad. Las plantas y los animales, según Tales, únicamente son agua en distintas formas. Anaxím enes (585 a. C.)- Propone al aire como elem ento principal, ya que se convierte en agua y después en tierra (o sólido) por condensación y luego en fuego (éter) por relación. Las cualidades de calor y frío están asociadas, respectivam ente, al condensado y al enrarecido. Herácllto de Éfeso (535 a. C.). Escoge como prin­ cipio el fuego, Los cuerpos m ateriales se pueden transformar; el fuego, at contrario, es Inmutable, puesto que él es quien cambia y modifica lo exis­ tente; destruye pero a condición de reconstruir. La tierra se cambia en agua, el agua en aire y el aire en fuego (es decir, los sólidos se liquidan, los líqui­ dos se gasifican y los gases arden); de aquí que derivan dos caminos: el que sube (volatilización) y el que baja (fijación). El primero es el sím bolo de la generación; el segundo, de la descomposición. Em pédocles (460 a. C.). En las teorías expues­ tas se vislum bran la ¡dea de unidad e identidad de la materia. Em pédocles, al contrario, estribando en la razón fundam ental de que la diversidad de la materia no era una Ilusión, sino una realidad; propone 4 principios: tierra, agua, aire y fuego. En Em pédocles se observan los prim eros vestiglos del concepto de afinidad, pues según él, los ele­ m entos se unen para tom ar distintos cuerpos por la amistad y se separan por el odio que se tienen entre sí. Anaxágona (500 a. C.). No se satisface con los cuatro elem entos empedoclecianos, si no que los multiplica en número infinito. En su sistem a resulta la materia, de una mezcla de Infinitos elementos: seco, húmedo, blanco, rosado, etc., cuya mezcla se encuentra hasta en las partes más pequeñas de ellas. Es notable su principio de la conservación de la materia. Según él, ninguna cosa se crea ni se destruye, sino que todo resulta de una composición de las cosas que existen o de una disgregación de las mismas; m ejor sería llam ar al form arse, m ez­ clarse, y al desaparecer, disgregarse. De modo que la suma de ellas no puede hacerse m ayor ni menor.

A ristóteles (384 a. C.). S iguiendo a Platón, com ­ plem entó con el éter, los cuatro elem entos sus­ tanciales: tierra, agua, aire y fuego. Para A ristó te ­ les toda substancia y, por ende, los elem entos se com ponen de dos p rincipios esenciales: m ateria prim a y form a sustancial. La materia prima es el principio potencial, la misma para todas las substancias. La form a sustancial es el principio determ inante de la materia prima, o sea el principio específico o el determ inativo de la es­ pecie, de ahí que se desligue los demás. Elemento = Materia prima + Forma substancial Tierra

=

Materia prima

+ frío y seco

Agua

=

Materia prima

+ frío y húmedo

Aire

=

Materia prima

+ caliente y húmedo

Fuego

= Materia prima

+ callente y seco

Los elem entos pueden transform arse unos en otros cam biando la form a sustancial.

II. Teoría del Flogisto Según Stahl (1660), todas las sustancias se com ­ ponen de dos elementos: el flogisto y una materia terrosa llamada calx que puede variar de una sus­ tancia a otra. El flogisto. El fuego se presenta en estado de com ­ binación o estado libre. Todos los cuerpos que son combustibles lo son por estos combinados con el fuego, ya que según Stahl, solo él es el principio de la combustibilidad, llamado por sus discípulos flo­ gisto. Cuanto más inflamable es la sustancia, tanto más tiene de flogisto; así el fósforo, el azufre, el car­ bón son muy ricos en este elemento. Los metales, según Stahl, son com puestos de flogisto y de una materia terrosa, que no es otra cosa que la herrum­ bre (óxido) del metal. Cuando se calienta el metal, el flogisto es despedido de él y se queda la materia terrosa, que como se origina del resultado de una calcinación, se le denom ina calx o cal.

III. Teoría atómica Antiguam ente, la constitución de la m ate­ ria se basaba en el siguiente principio filosófi­ co: “Nada se crea de la nada ni se destruye sin dejar nada" 500 años a. C. los griegos Leucipo y Demócrlto fundan la escuela de los atomistas, en la que sos­ tenían que la división de la materia era finita. Dem ócrito llama átomo a la m ínima porción de ma­ teria (átomo: sin división). Esta corriente atomista no logra desarrollarse por el predom inio en la épo­ ca de los 4 elem entos aristotélicos.

Q

Elementos: Agua, aire, tierra, fuego. En 1806 (aprox. 2400 años después) el físico quím ico in­ glés John Dalton retoma el concepto atóm ico de Demócrito, el cual form ula una hipótesis donde se cam bia la mentalidad en el estudio de la materia de una form a filosófica a otra científica. Posteriorm ente Faraday, al realizar estudios en el fenóm eno de la electrólisis, considera que la m ate­ ria debe ser de naturaleza eléctrica que posterior­

u ím ic a

■

41

Las propiedades inherentes a los rayos catódicos perm anecen invariables cualquiera que sea el gas contenido en el interior del tubo, lo que prueba que las partículas que los constituyen son comunes a todas las clases de materia. La carga eléctrica del electrón es la cantidad de m asa eléctrica m enor que se conoce; por eso se llama carga elemental. Thom pson halló la relación carga a masa del electrón:

mente fueron dem ostrados por Crookes, al reali­ zarse estudios en tubos de descarga descubriendo

5 - = 1,76 x 108 — m g

los rayos catódicos; posteriormente, Thom pson descubre los electrones form ulando su m odelo ató­ mico que fue el inicio hasta llegar al m odelo a c tu a l.

Robert Millikan, con el experim ento de la gota de aceite, calculó la masa del electrón usando su valor para la carga: 1,6 x 1CT19 C.

Átomo Clásicam ente se define como la m ínima porción de

Masa =

materia obtenida m ediante procesos quím icos o que

1 ,6 x 1 0 19 = 9,1 x 1 0 28 g 1,7 6x1 0 ®

intervienen en las reacciones químicas. Según los con­ ceptos modernos, se define el átomo como el m ínimo sistema energético en equilibrio. M Químicos

Rayos canales. Observados por Goldstein; son radia­ ciones positivas que fluyen en sentido contrario a los rayos catódicos, se les llama canales por la propiedad de atravesar pequeños agujeros o canaletas en el cáto­ do correspondiente. Por ejemplo:

Experiencias importantes que demuestran la constitución eléctrica de los átomos. Rayos catódicos. O bservados por Crookes cuando en tubos que contienen gas a baja presión (m enor de 0,1 atm) y al cual se les aplica un alto voltaje (supe­ riores a 5000 voltios). Estas radiaciones que salen del cátodo fueron determ inadas por Thom pson como car­ gas negativas a los que llamó electrones, donde pos­ teriorm ente Millikan determ inó su carga eléctrica igual a 1,6 x1CT19 coulomb.

Alto voltaje

Ojo:

Na

-

1e' =»

Na*

rayos catódic. ray. canales

Rayos X. Observados por Roentgen; son radiaciones de naturaleza electrom agnética que se propagan en lí­ nea recta. No son desviados por campos eléctricos ni m agnéticos, atraviesan cuerpos opacos y se produce cuando los rayos catódicos chocan con el ánodo (an­ ticátodo) cuando este se encuentra inclinado 45° res­ pecto a la vertical.

Propiedades de los rayos catódicos: Se desplazan en línea recta, proyectan sombras, se hallan form ados por partículas materiales. Ponen incandescentes placas metálicas. Producen fluorescencia. Son, también, capaces de im presionar placas foto­ gráficas.

Efecto fotoeléctrico. Es el fenóm eno que consiste en la emisión de electrones por ciertos metales (Zn) cuan­ do un haz de luz, de alta energía (pequeña longitud de onda), incide sobre el metal.

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Modelos atómicos M odelo atóm ico de Dalton (1808). Representa al áto­ mo como una esfera compacta Indivisible e Indestructi­ ble. Presenta los siguientes postulados: A.

El átomo es la m ínima porción de materia que no puede dividirse por ningún proceso conocido.

B.

Los átomos de un mismo elem ento son ¡guales tanto en masa, tamaño, como en sus dem ás pro­ piedades.

C.

Los átomos de elem entos diferentes son también diferentes en todas sus propiedades .

D.

Los átomos se combinan entre sí en relaciones en­ teras sencillas para form ar compuestos.

Este fenóm eno fue observado por Albert Einstein en 1905.

u 0: Frecuencia m ínim a para expulsar el electrón (fre­ cuencia umbral). ho0: Energía necesaria para arrancar el electrón. 1 ? ^ m v : Energía cinética adquirida por el electrón. Por Einstein

Actualm ente: El 1.er postulado ya no se ajusta a la realidad por el descubrim iento de las partículas subatóm icas: electrón, protón, neutrón. El 2.° y el 3.er ya no cumplen con el descubrim iento de los isótopos e Isóbaros respectivamente.

hu = hu0 + ^-rnv2

El 4.° postulado sí cum ple en la actualidad. H20 : agua, en la época de Dalton se representaba por HO. C 0 2: de igual form a como: C 0 2.

E je m p lo :

M odelo atóm ico de Thom pson (1898). Representa al átomo como una especie de nebulosa o esfera hom o­ génea de electricidad positiva, en donde se encuentran distribuidos los electrones atraídos electrostáticamente.

1.

Su m odelo atómico lo asemeja a un budín con pasas.

La energía umbral para el potasio es 2 e.v; si incide sobre la superficie del metal una luz X = 66,10 9 m.

Electrones ( - )

¿Cuál es la energía máxima de los fotoelectrones emitidos? Resolución: 1 eV = 10~12erg.

Masa atómica (+)’

hu0 = 2 eV: energía umbral Luz Incidente: X = 66 x 1CT9m = 66 x 10~7cm Por Einstein hu =

hu

+

v2

Átomo estacionario

Se denom ina átomo estacionario por la inm ovilidad que presentan los electrones.

Radiaciones electromagnéticas ^

= + umbral

adquirida (fotoelectrones)

M = M x 1 0 : 27x 3 x l t f ° = 7

66 x 10

Convertim os a eV he 1eV , =3x10 erg, ,, \ 1 ,6 0 2 x 10“ erg

= 1 8 ,7 5 e V

Reem plazando en (a): 18,75 = 2 + Em

.-. Em á = 16,75 eV

Son form as de energía que se transm iten siguiendo un m ovimiento ondulatorio transversal, denom inado ondas electrom agnéticas. Esto es debido a la Interacción mutua entre campos eléctricos y magnéticos, la cual se propaga siguiendo una onda transversal; dichos cam pos eléctricos y m ag­ néticos se hallan en planos perpendiculares. La frecuencia con que se Irradia es inversam ente proporcional a la longitud de onda.

Q

_as radiaciones electrom agnéticas se propagan en el .acío a la velocidad de la luz. Matemáticamente la relación lo podem os expresar:

(a)

c = Xf

u ím ic a

■

43

Energía cuantizada (e), Max Planck (1900) La energía no puede ser absorbida ni em itida en for­ ma continua; sino en pequeñas cantidades discretas (discontinua) o paquetes, llam ados fotones o cuantos de luz, donde la energía asociada es proporcional a la frecuencia con que se irradia.

c = velocidad de la luz: 3 x 105 km/s

Cuanto de luz

>. = longitud de onda

r

f = frecuencia

\

Si X aumenta => f dism inuye

Fotón

Para una onda electrom agnética.

Características de una onda electrom agnética C re sta s

\

/

\

\

/ \

\

i

\

<

/ \

/ \

/

v

.\

Fotón

Según Plank: Longitud de onda (X). Es la distancia que existe entre dos crestas consecutivas de la onda. Unidades: Angstrom (A), cm, m. B.

Frecuencia (f). Es el número de ciclos que pasan por un punto fijo en la unidad de tiempo. Unidades: Hertz (Hz). ciclos

C.

D.

E.

...(P )

E = hf

E: Energía em itida o absorbida (erg, joule) f : Frecuencia de radiación (Hz = 1/s) h: Constante de Planck = 6,63 x 10-27 e rg .s De la ecuación (a) en ((3):

(x)

E = h Hz

Hz =

Período (T). Es el tiempo que demora en form ar un ciclo o el tiempo que demora en form ar una longi­ tud de onda (a). Unidad: segundos (s). Am plitud (A). Nos indica la intensidad de la onda, de como la energía atraviesa una unidad de área en el espacio en una unidad de tiempo. Representa el tam año de la cresta (+ A ) o la depre­ sión ( -A ).

E Inversamente proporcional con X Si E aumenta => X dism inuye Una de las aplicaciones es el espectro electromagnético. Al hacer pasar un haz de luz a través de un prisma de vidrio; se observa sobre una pantalla colocada en el otro extrem o una banda coloreada conteniendo los colores del arcoíris. A este fenóm eno se conoce como difracción de la luz y se dice que se ha producido un espectro continuo de la luz.

y 'l

rru-ri

violeta azul verde amanll.anaranj. rojo

Núm ero de onda (x). Es la inversa de la longitud de onda:

Luz

=

Espectro de luz visible X(nm) —*■ 390

uv.

480

Violeta

500

Azul

550

Verde

600

Amarillo

650

Anaranjado

700

Rojo

X(A) ■

X aumenta E aumenta Disminuye E

IR

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a p ie n s

Luz visible A.: 3 9 0 0 Á ------------------ 7 0 0 0 Á (390 nm ------------------ 700 nm) Espectro electrom agnético total 10 4 Á 10 2Á Rayos cósmicos

10Á

Rayos Y

Rayos

102Á

1 5x1 0 2A 0 ,3 cm

Rayos ultra­ violeta

F ¡Luztf

Rayos infrarojos

Micro ondas

30 cm

30 km

Ondas de TV

Ondas de radio

En A: X = 2 x 10~5cm

. 10

cm

l => X = 2000 Á

u(Hz)

A través de una onda electrom agnética se quiere em itir una señal, si la distancia que separa a los puntos de llegada y partida es de 150 x 106 km. ¿Cuál es el tiem po que tarda en llegar?

E je m p lo s :

1

Determ inar la longitud de onda de una radiación electrom agnética que se irradia con una frecuencia de 1015s 1.

Resolución:

Resolución: c = Xf

(a)

f = 10 s c = 3 x 1010 cm/s De (a) c f

3 x 1010 1015

dAB = 150 x 106 km La onda viaja en el vacío a la velocidad de la luz(c). c = 3 x 105 km/s 150 x 106 De: d = ct t = 500 s t= 4 = c 3 x 105

X = 3 x 10 5cm

X = 3000 A invisible al,ojo humano (zona ultravioleta). 2.

Hallar la energía de radiación violeta y rojo si sus longitudes de onda son respectivam ente 4000 A y 7000 Á.

5.

Resolución: h = 6,63 x 10

c = 3 x 1010 cm/s De: E = ^ A

erg.s

Resolución:

(x)

Violeta: X = 4 0 0 0 Á => cm Por conversión: 10~8cm X = 4000 A 1A En ... (X) E

Una estación de radio emite señales con una fre­ cuencia a 0,7 M Hz (megahertz). Estas ondas son recepcionadas en un receptor a 90 km de la es­ tación de radio. Determ inar el número de crestas, que ha hecho dicha señal hasta el receptor.

c = 3x10 de

X = 4 x 10

cm.

km/s: d = 90 km

c = Xf

^ = c _ 3x105 7 x 10 n.° crestas =

6,6 3 x 10 27(3 x 1010)

90 km

•. n.° crestas: 210

y km

4x10 b

Ev = 4,9 x 10~12 ergios

6.

Hallar la longitud de onda y la energía de radiación.

Rojo: X = 7 0 0 0 Á = 7 x 10~5 cm En ... (x) E = 6 ,6 3 x 1 0 -^ (3 x 1 0 ^ 7 x 10

y km

,

ER = 2,8 x 1 0 - e r g

Considerando el dibujo esquem ático siguiente so­ bre ondas electrom agnéticas. ¿Cuál será su longi­ tud de onda en A?

Resolución: AB = 3X = 6 x 10 5cm => X = 2 x 10~5cm

De la figura sombreada: \ = 5 Á => X = 2 0 Á 4

Q

E _ he _ 6 ,6 3 x 10 27( 3 x 101°)

20(10

■

45

Color violeta es límite entre radiación azul y el ul­ travioleta (F).

Hallando la energía (E)

^ ”

u ím ic a

8)

Espectro de luz visible: del violeta ----- ► Rojo

E = 9,9 x 10 10 ergios

(3900 Á) De la figura, hallar la energía y la frecuencia de la siguiente onda electrom agnética.

(7000 Á)

(V)

E violeta < E rojo he X

Sabemos:

E = LPX

Sabemos: X violeta

<

=» X menor

X rojo

----- ► E mayor:

E violeta > E rojo

(V)

Orden: creciente de longitud de onda Resolución:

verde - amarillo - naranja - rojo

(V)

.-. V F W V 9.

Del gráfico, hallar la relación de energía A y B.

De la figura: 4 0 Á = |

■

X = 80 A

Energía (E): E= hca

6 , 6 3 x 10 27( 3 x 101°)

Á ^

=2,48x10 “ ergios

80(10 e)

Resolución:

Hallando la frecuencia (f): c = 3 x 10 10cm/s

X = 80 Á = (8 x 10 7cm) c = XI

De: f=

X

3 x 10 8 x 10~7

f = 3,7 x 10

; Hz;

ciclos

j

Sabem os que el espectro de luz visible está con­ form ado por diversas bandas de colores que van del violeta al rojo; según esto, colocar verdadero (V) o falso (F). I.

La frecuencia del rojo es menor que la frecuen­ cia del azul.

II. El color violeta es el límite de la radiación visible con ultrarrojo. III. El rango de las longitudes de onda del espectro visible es de 3900 - 7000 Á. IV. La energía del violeta es mayor que el rojo. V. Después del verde viene el amarillo, luego el naranja y finalm ente el rojo. Resolución: rojo

Sabemos:

^ ^azui

c = Xf

De: E = ^ >v Ea = ^ Aa

...(1 )

p

_

_ he

r-az'.i

<

(2 )

(1 )-(2 ): E X =4 =

de la ecuación ... (a)

■

"

Ia Eo

13

10. Dada una onda electrom agnética, que se mueve en un m edio material, hallar el periodo, frecuencia y energía.

f IP X

(4500°)

W < W (V)

Del gráfico: A A ’ = BB . XR Xa 2X. 13f 17 = T I

X,rojo (7000° 5s

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a p ie n s

Resolución:

Período (T):tiem po que

demora en form ar un X

Los rayos nunca salen los 3 a la vez, sino de 2 en 2.

Del gráfico: 2,5X para 5 s ; P: 2,5 X ----------- ► 5 s

Características generales de un elemento radiactivo

1X U (5 ) T = 2,5X

a.

Impresionan las placas fotográficas, transform an­ do la sal de plata de la misma en plata metálica. El fenóm eno es una transform ación química.

b.

Ionizan el aire.

* T T = 2 s

Frecuencia (f)

1 = 1 1= 1 t ’

2

0,5 s

-

f = 0,5 Hz

i ciclos \

Energía: (E)

c.

Produce fluorescencia.

d.

Emisión continua de energía radiante.

Rayos alfa (a)

hf E = 6,63 x 1CT27 erg.s(0,5 s~1)

erg.

11. Hallar E, / E2 de las figuras mostradas.

Son de naturaleza corpuscular de carga (+). Constituidos por núcleos de helio, doblem ente ionizado. ct = (2He4)++

m(0) = 2n° + 2pT Debido a su gran masa tiene poco poder de pene­ tración, pero alto poder de Ionización. Su velocidad es de 20 000 km/s. Son desviadas por campos magnéticos y eléctricos. ( 1)

Rayos beta ((i)

Resolución: De la fig. (1):

X , : 10 cm. 2 f 2 = ^ = 0,2 s

D e la fig . (2): he hf2

E,

3 x 1010 10(0,2)

e2

Su masa es menor que el de los rayos a. Son de naturaleza corpuscular de carga ( - ) Alcanzan velocidades de la luz.

O

E, e2

Son electrones (p = _°e)

Tienen alto poder de penetración, pero escaso po­ der de Ionización.

,f2 1,5 x 101(

Química nuclear (Radiactividad) Se llama así al fenóm eno por el cual una sustancia de­ term inada emite en form a espontánea, radiaciones de alta energía. Estas em anaciones pueden ser natural o artificial; em i­ ten 3 tipos de rayos diferentes como rayos alfa, rayos beta y rayos gamma. Fue descubierto en 1896 por Becquerel; al Interesarse en la fluorescencia producida por los rayos catódicos. Becquerel sospechó de un nuevo tipo de radiación, cuando una sal de uranio envuelto en papel negro os­ curecía una placa fotográfica. Esta propiedad caracte­ rística de todas las sales de uranio, no la poseían otras sustancias fluorescentes. Los esposos Curie; comprobaron que la pechblenda. (mineral de uranio) es más activo que el óxido de ura­ nio; logrando aislar de dicho elem ento dos elementos radioactivos, el polonio y el radio.

Son desviados por campos eléctricos y magnéticos. Rayos gam ma (y) Son ondas electrom agnéticas, análogas al de la luz y los rayos X de am bos se diferencian por tener menor longitud de onda. Son eléctricam ente neutros. Tiene alto poder de penetración, m ayor que los ra­ yos beta.

cátodo

Cm3-

S usta ncia ra d ia ctiva

(Desviación de las radiaciones por acción del cam ­ po eléctrico)

Q

Orden de penetración

u ím ic a

■

47

E je m p lo : 14

” 18 40 _°e

p

Nk

Ecuación radiactiva: 14N ^ _ ° e + 1gO E je m p lo :

Nk 1 mm Al

Se observa:

7

5 mm Al

30 cm Fe

>P

Desintegración atómica Son fenóm enos radiactivos que se producen por la des­ integración dei núcleo de los elementos, produciéndose una gran cantidad de energía calorífica. Estas transm utaciones nucleares dan lugar a la form a­ ción de nuevos elementos con la liberación de partícu­ las: a, b, e “ , n°, etc. Desintegración natural. Se presenta cuando el núcleo de un átomo se desintegra en form a espontánea, a.

Desintegración alfa (ley de Soddy). Si el núcleo de átomo de un elem ento radiactivo emite una par­ tícula a, se origina otro nuevo elem ento cuya masa atóm ica ha dism inuido en cuatro unidades y su nú­ mero atómico dism inuye en dos unidades. E je m p lo : 1e 4C - 1$Be ¡He

Ecuación radiactiva: 14C => 4H e + 1“ Be se debe cumplir la conservación; los superíndices y subíndi­ ces sean igual en productos y reaccionantes.

c.

Desintegración gam m a (y). El elem ento form ado es estable con la emisión de energía. (« B e )*— ►«Be + y hf Con la emisión y, no cam bia ni el número másico ni el número atómico.

d.

Desintegración de un positrón (p+) (P+ = °e ). Si el núcleo de un átomo emite un positrón, el nuevo elem ento originado no experim enta variación en su masa atómica, pero su número atóm ico dism inuye en una unidad. 2?S e —* 4°Ca - ie

El nuevo elem ento se hallará situada hacia la izquierda del sistem a periódico (1 casillero menos). Desintegración por transmutación artificial o inducida Ejemplo: El experim ento realizado por Rutherford en 1919; cuando una muestra de nitrógenos es bom bar­ deada con partículas, sé llevó a cabo con la siguiente reacción:

E je m p lo : Hallar el número atóm ico y número de masa de un núclido que se obtiene cuando el; jg8U =» em itir una partícula (radiación) a lfl¡

=> ^He + * X nuevo núclido

Resolución: A = 234 Z = 90 =» El núclido form ado es S4Th.

ism m m Al emitir la partícula “a" el elemento formado se hallará dos lugares a la izquierda del sistema periódico, por haber perdido 2 protones de su núcleo.

14N + 4He — " O + jH Se produjo un isótopo (oxígeno - 17) con la emisión de un protón (]H ). La reacción anterior p puede denotarse: » N ( a ,p )1¡Q O bsérvese que la partícula que se bombardea se es­ cribe primero en el paréntesis y después la partícula que se emite. Ejemplo: Escribir la ecuación balanceada para la reac­ ción nuclear: l F e ( d , a ) f 5Mn Solución: i|F e (d , a ) ¡ 4Mn = ®8Fe + 2H - ^He + g M n

b.

Desintegración beta ( p = ^ ° e ) (ley de Fajans). Si el núcleo del átomo de un elem ento radioactivo emite una partícula p, el nuevo elem ento origina­ do no experim enta variación en su masa atómica; pero su número atóm ico aumenta en una unidad. El elem ento form ado se hallará situado hacia la de­ recha en el sistema periódico (1 casillero más).

Desintegración y vida media. Es el tiem po transcurri­ do para que la masa de una sustancia radiactiva pase a la mitad de su valor.

n : n.° vidas medias m,: masa final

48

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a p ie n s

Para hallar, tiem po de vida media (t1í2).

4.

! rrjo = 0 ,6 9 3 1 m, _ ti

En la siguiente reacción nuclear. ¿Cuál es el valor de A y Z? 29°x -

zY

+ p

+7

Resolución: Donde In : logaritmo natural: (In2 = 0,693). m0= masa Inicial m, = masa final al cabo de un tiem po t. t 1/2 = tiempo de vida media (elemento).

Se han emitido 2 desintegraciones: p~ y 7 de la ecuación nuclear: 240y

— Ay Q 0, =4 ZY + 0 _,e +0 y

92X

Balanceado: Rpta: A = 240

Z = 93

E je m p lo s : 5. 1.

El carbono 14 tiene una vida m edia de 5700 años. Un arqueólogo encontró en su cuarto una masa de 10 g 14C. Si ¡nicialmente la masa fue de 100 g. ¿Cuánto tiem po tiene la masa de 14C?

El uranio tiene varios Isótopos, uno de ellos 2g2U es bombardeado por un proyectil X y se convierte en 2gzP u , sim ultáneam ente se emite un neutrón. ¿De qué está constituido el proyectil X? Resolución:

Resolución:

Sea el proyectil 8X

m0: 100 g ny. 10 g t 1/2: 5700 años

288U + 8X — 2mPu + ¿n Balanceando la ecuación radiactiva: A — »238 + a = 241 + 1 => a = 4

Reem plazando en la ecuación: In

10

5700

t = 18 939 años. 2.

El período de sem ideslntegración de cierto Isótopo radiactivo es Igual a 3 horas. ¿Qué energía se des­ prende durante 6 horas si la masa Inicial fue 200 g? Expresar respuesta en kcal. Dato: 1 joule = 0,24 cal = 107 erg. Resolución: t i.,2 — 3 h t = 6 h m0 = 200 g De: In— = ° ’ 6 9 3 t m, t1/2 Dándole forma: |n m£ = (|n 2 ) ( t ) mf m

Z —

92 + b = 94 + 0 =» b = 2

Por lo tanto el proyectil 2X son rayos alfa: 2He

Tipos de reacciones nucleares Fisión nuclear. Se produce al bombardear los núcleos de átom os pesados con neutrones lentos. El núcleo bom bardeado se parte en dos mitades que contienen aproxim adam ente la mitad de la masa inicial y varios neutrones. En el proceso también se produce liberación de energía, los neutrones producidos son neutrones rápidos, convenientem ente retardados que dan lugar a nuevas fisiones. Se origina así, una reacción en cadena que irá alcanzando velocidad constante. kr

In2 = 0,693

© n°

t1/2

O n°

200 J l n 2 X 6 ) mf 3

=

Fisión nuclear

2 |n 2

O

In 200 = |n 2 2 ^ 200 = mf mf

mf = 5 0 g

n°

Ba

292U + gn =» '^ B a + “ Kr + 3 ¿n + 4,6 x 1012 cal/mol

De: E = me2 E = (50 x 10 _3)(3 x 105)2 = 45 x 108joule => kcal E = 45 x 10BJ ( ° ’ 24 X | ?---^ c a l) = 10,8 x 105kcal El uranio 2g8U por desintegración radiactiva emite 8 partículas alfa y 6 partículas beta. ¿Qué número ató­ mico y número de masa posee el nuevo elemento? Resolución:

Fusión nuclear. Se llaman reacciones de fusión a las que tienen lugar entre átom os de elem entos ligeros. Estos átom os pueden fundirse, es decir, unirse dos de ellos para dar núcleos más pesados. E je m p lo : La fusión de 2 isótopos d e 2FI (deuterlo) para form ar el helio (jFle) Deuterio

2381 1

206 y

qoU

8 oHe

Deuterio

206p

7 fiA

6

Respuesta: Nuevo elemento: Z = 82 A = 206

2F I + 2FI =4 2Fle + energía

Helio

Q

u ím ic a

■

49

La fuerza centrífuga que desarrolla al girar el elec­ trón, contrarresta la fuerza de atracción electrostá­ tica que ejerce el núcleo (+ ) sobre el electrón ( - ) .

M ientras que la fisión nuclear se utiliza en la actualidad como fuente de energía nuclear, se espera que la fusión nuclear será una fuente ilim itada de energía nuclear. Reacción fusión: 2H + 2FI =» jH e + ¿n + 3,27 MeV

Descubrimiento del núcleo atómico

F„ = F„

Lord Ernest Rutherford trató de com probar la veracidad de la hipótesis de Thom pson. Para ello ideó el bom bar­ deo de una lámina de oro muy fina con partículas po­ sitivas em itidas en la desintegración radiactiva, o sea partículas a.

Placa de ■ Sulfato de Cinc

d.

El diámetro del átomo es aproxim adam ente unas 10 000 veces mayor que el diám etro del núcleo. ' ’ cm ; DnM = 1 0 “ 12cm

10“

D4,

Por lo tanto, el átomo es prácticamente puro hueco. Material radiactivo

Diafragma de plomo

Lámina de oro

Pantalla fluorescente

(Desviación de los rayos a al bombardear la lámina de oro) Observó, entonces, que algunas de las partículas posi­ tivas atravesaban la lámina metálica sin experim entar apenas desviación en su trayectoria, en tanto que otras se desviaban fuertem ente. De este hecho pudo deducirse que las partículas no desviadas, o las que experim entan desviación peque­ ña, apenas sufren la acción repulsiva de la carga del átomo, en tanto que otras han debido sufrir la acción de una carga más intensa (positiva) de lo que se esperaba. El experim ento permite afirmar, por lo tanto, que la car­ ga eléctrica positiva no se halla distribuida uniform e­ mente en el átomo. En efecto si fuese así, todas las partículas sufrirían la misma repulsión y experim enta­ rían análoga desviación. Por lo tanto, se admite que la carga positiva del áto­ mo se halla acumulada en una sola zona, que recibe el nombre de núcleo atómico.

Error de Rutherford. Según la física clásica, un cuerpo cargado eléctricam ente al estar en m ovimiento emite energía; por lo tanto, el electrón perderá energía y cae­ rá hacia el núcleo con una trayectoria de espiral lo que no sucede con la experiencia.

La solución a este problem a la dio Niels Borh en 1913 basándose en la teoría cuántica de la radiación electro­ magnética, dada a conocer por Max Planck.

Modelo atómico de Niels Bohr En 1913 Niels Bohr discípulo de Rutherford propone un nuevo modelo para el átomo de hidrógeno aplicando acer­ tadamente la teoría cuántica de la radiación de Plank. Su m odelo está basado en los siguientes postulados. 1.‘r postulado. El átomo de hidrógeno consta de un núcleo (+ ) y a su alrededor gira en form a circular un electrón ( - ) , de tal manera que la fuerza centrífuga contrarresta a la fuerza de atracción electrostática.

Modelo atómico de Rutherford (1911) Basado en el descubrimiento del núcleo atómico, Ruther­ ford establece un m odelo para el átomo de hidrógeno. a.

b.

El átomo está constituido por un núcleo central que es la región donde se encuentran las cargas positi­ vas y alrededor se encuentra el electrón. El electrón se encuentra girando alrededor del núcleo; describiendo órbitas circulares de forma sim ilar a los planetas que giran alrededor del sol. Denominándose Sistem a planetario en miniatura.

Fe: Fuerza de atracción electrostática. .2

fe: —r- (ley de Coulomb)

m: masa del electrón

v: velocidad del electrón

e: carga del electrón

r

r : radio de la órbita Condición: fe = fe

mv.2 r

.2

e mr

...(a)

50

■

C

o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

2 ° postulado. El electrón solo gira en determ inadas órbitas de radios definidos, llamados también niveles cuantificados de energía. No se permiten otras órbitas que no sean aquellas donde se cumple que el momento angular del electrón sea igual a m últiplos enteros de h/2r (h = constante de Planck).

F

_

2r

r r

■■■(P)

E = -

1; 2; 3; n: n.° del nivel (capa u órbita) (cuántico principal) De la ecuación (p), la única incógnita es r (radio) que depende de n. Hallando el radio de un nivel. n 2h2 La ecuación (a) se reem plaza en (P): r = 4n‘ me

Sustituyendo sus valores:

(3)

=» E = - | 2r

n 2h2 4n me Reemplazando: Pero:

mom ento angular = (n.° entero) m vf = n

Reemplazando: EP = - % r R eem plazando (2) y (3) en (T):

(2.d0 postulado)

27ime n2h2

... (4)

E (energía total) solo depende de n. Si el electrón se encuentra a m ayores distancias que el núcleo E (mayor). Si E es m enor a m enores distancias. Reem plazando los valores en (4): c _ 313,6 kcal 2 i ( t) n mol e n : n.° nivel 1 mol = 6,023 x 1023 (constante) E je m p lo :

(x)

: 0,529 n2 A Donde: n = 1

La energía para el 1.er nivel: n = 1... en

r, = 0 ,5 2 9 Á = r0 radio teórico de Bohr

Se le asume r0 = por ser una constante ,= r„ n2

Á

ec. (4»)

E _ _31M (1)

= - 3 1 3 6 kcal mol e

La energía en

el 2.d0 nivel: n = 2en ec. (ó)

E = - 31 3’ 6 (2)

= - 78,4 kcal mol e

E je m p lo :

3.er nivel: n = 3 en ec. (4>)

1.

radio de la primera órbita (n = 1) r, = 0,529(1 )2 = 0 ,529Á

E3 = - 31_3 ’, 6 = - 3 4 ,8 kcal mol e (3)2

2.

radio de la 2.a órbita (n = 2) en ecuación (x)

3.

3.a órbita: n = 3, en ec. (x)

r2 = 0,529(2)2 => r2 = 2,11 Á r3 = 0,529(3)2 => r3 = 4,76 Á

3.er postulado. El electrón mientras gire en una misma órbita, no emite ni absorbe energía, debido a que di­ chas órbitas son estados estacionarios de energía. Hallando la energía total (E) del electrón en una órbita determ inada: E = EC + EP ...(1 ) Ec = - |m v 2 Del 1 “ postulado: v = — h mr EP = mgr la fuerza la atracción electrostática. 2

fA = mg => mg =

(coulomb:

4.° postulado. Un átomo solo em ite energía cuando un electrón salta de un nivel superior de energía a otro in­ ferior y absorbe energía en el caso contrario. La energía em itida o absorbida por el átomo recibe el nombre de fotón o cuanto de luz.

Energía del fotón: energía inicial energía final -(2 ) AE = E, - E,

Q

u ím ic a

■

51

Resolución:

E,: es la energía del nivel de donde sale el electrón. E(: es la energía del nivel a donde llega el electrón. Del gráfico: E2 > E, AE = h f (f: frecuencia) AE = E2 - E, h: cte. de Plank Al em itir o absorber energía: AE,

( a ) ... AE = E8- E2 (energía emitida)

E, = hf

^ De

La energía total en otras unidades: F

_ _ 313,6 kcal _ - 13,6 n2 mol e " n2

v

- 2 ,1 8 x 1 0 "

^

En =

_ - 313,6 _ _ 4 g

erg

( 8)

Del siguiente gráfico:

kcal m ole

313,6 = _ 78,4 kcal (2) m o le

E

E je m p lo s : 1.

- 3 1 3 , 6 kcal j — n mol e

Reem plazando en (a): AE = - 4 , 9 - (-7 8 ,4 ) 5.

Calcular el número de onda (x) en c m "1 aproxim a­ dam ente que se produce cuando el electrón cae del 2 ° nivel al 1,6r nivel en átom o Bohr. 1 eV = 1,6 x 10"12 erg

2.

electrón (I): Emite 1 fotón, cae 4.° nivel al 2.° nivel, electrón (II): Emite 2 fotones. Cada salto es 1 fotón (4.° nivel al 2 ° nivel).

Resolución:

El radio y la energía del tercer nivel del átomo de hidrógeno, según Bohr son:

©

h = 6 ,6 3 x 1 0 "27 erg.s c = 3 x 1010 cm/s

_

1 A.

x = n. onda = -7-

AE = h f = E2 - E,

Núcleo

Resolución:

u x

Tercer nivel: (n = 3) Radio: r„ = 0,529 n2Á

he

r3 = 0,529 (3)2 => r3 = 4 ,7 6 Á Energía (en eV): c - 1 3 , 6 .. En = —— eV

= E2 - E,

Dándole forma:

n

E„ =

E3 = ~ 13; 6 eV = -1 ,5 1 eV

E, =

(3)

3.

kcal mol e"

E = 73,5

Determ inar la energía que tiene un electrón si su radio de giro es 13,25 A.

-1 3 ,6

n

Resolución:

E, he

...(1)

eV

-13,6

E, = C l l M 1 12

x=-

- 3 , 4 eV = - 13,6 eV

E2 - E, = - 3 , 4 - (-1 3 ,6 ) = 10,2 eV a ergios:

r = 13,25 Á De: r = 0,529n2 Á

E2 - E, = 10,2 e V / 1' 6 x 1 ° er9 -\ 1eV

Reemplazando: 13,25 = 0,529n2 => n2 = 25

E. Energía: E = ~ E = ~ lc

¿O

4.

’6

n

E, = 1,63 x 10"11erglos

eV En ec. (1) 1 ,6 3 x 1 0 "

eV = - 0,544 eV

¿Cuánta energía se emitirá (según Bohr), cuando 1 mol de electrones desciende del octavo nivel al segundo nivel? kcal E ,= -3 1 3 ,6 mol e"

6,63 x 10 6.

.-. x = 82 051 cm

(3 x 10 )

Según Bohr, un electrón se encuentra en el cuarto nivel, si em ite una energía de 4,10 x 10"12 erg. Ha­ llar el nivel que se trasladó y, la longitud de onda de dicho fotón.

52

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ía

a p ie n s

Resolución: F

_ - 3 1 3 , 6 kcal _ - 2 ,1 8 x 1 C T 11 erg. n2 mol n2

© Núcleo


= A E = 4 ,1 6 x 1O-12 ergios

X

...(1)

emite energía

Pero: AE = E4 - En Reemplazando: 4,16 x 1(T 12 erg = 2,18 x 1(T11 e r g . | J j +

Son las transiciones de los electrones de uno a otro ni­ vel, ocasionan em isiones u absorciones, estas se pue­ den recoger en los llam ados espectros. Espectro de líneas de em isión. Son líneas brillantes de diferentes colores que se emiten cuando se produce una carga eléctrica sobre el hidrógeno gaseoso.

n = 2 Hallando X: En ecuación (1): ^

A

= 4,16 x 1CT12 erg. =>'X

he______ 4,16 x 1CT12erg.

= 6,63 x 1CT27(3 x 101°) 4,16 x 1CT12

Espectro de líneas de absorción. Son las líneas os­ curas que se originan cuando se hace incidir la luz blan­ ca sobre el hidrógeno gaseoso.

X = 4,78 x 1 0 “ 6= 4780 Á

J J

Restricciones dei m odelo de Bohr A.

No puede explicar los espectros observados para átomos m ultielectrónicos (más de un electrón).

B.

Solo es aplicable para átomos m onoelectrónicos, un solo electrón como el hidrógeno (H, He+, LE2...).

C.

No puede justificar el porqué de m uchas líneas espectrales se com ponen en realidad de varias lí­ neas separadas cuyas longitudes de onda difieren ligeram ente, es decir, no explica la presencia de los subniveles observados en el espectroscopio.

Serie

N,

Lyman Balmer Paschen Brackett Pfund

Las lim itaciones del m odelo atóm ico de Bohr, fueron posteriorm ente corregidos con el desarrollo de la me­ cánica cuántica.

1 2 3 4 5

Región

Nf 2,3,4...... 3,4,5, 4,5,6, 5,6,7, 6,7,8,

... ... ... ...

Ultravioleta Visible Infrarrojo cercano Infrarrojo verdadero Infrarrojo lejano

n¡: órbita o nivel base interior n(: órbita exterior

Efecto Zeem an. O bservados cuando los átom os colo­ cados en un campo magnético se excitan, se notan en un espectróm etro de masas. Las líneas espectrales se dividen en otras más finas.

Modelo atómico de Bohr - Sommerfeld

n=7 .

W ilhelm Sommerfeld, para explicar el desdoblam iento de las rayas espectrales, establece:

n=6 -

Los electrones no solo se encuentran girando en órbi­ tas circulares, sino que también describen trayectorias elípticas, de tal manera que Indica la presencia de sub­ niveles de energía.

n=4 -

Este m odelo tam poco es capaz de explicar la presen­ cia de las líneas espectrales en átomo con más de un electrón.

3

n=5 -

n=2 n= 1■ Lyman

E je m p lo : Para la serie de Balmer: Indicar la 1.a; 2.a, 3.a, 4.a línea.

Fundamental

Q

■

u ím ic a

53

* Nivel base: n = 2 (serie Balmer) 1.a línea: 3 -> 2 2.a línea: 4 - > 2 3.a linea: 5 -> 2 4.a linea: 6 -> 2

D eterm inar la longitud de onda de la línea espec­ tral correspondiente a la transición en el hidrógeno de su electrón, de n = 6 a n = 3.

•

Resolución:

Johannes Rydberg (1908) sintetizó las relaciones espectrales en la siguiente ecuación: 1

= R

Reconociendo

i)

X: _ ^ E m is ió n n¡ = 3 ^ n, = 6

X: longitud de onda espectral

1

-

- f = x (n. de onda)

Aplicando la ecuación de Rydberg: R = 109 678 cm 1

A.

R : constante de Rydberg R = 109 678 c r r f 1 n¡, nf: son niveles energéticos.

i =R

1

-1 = 1 0 9 6 7 8 ( 4 - - 1

X

\3

6

.-. X = 1,1 x 1 0 '4 cm

E je m p lo s : 1.

1

¿Cuál es la energía emitida por un átomo de hi­ drógeno correspondiente a la segunda línea de la serie de Paschen?

Hallar la razón existente entre las longitudes de onda máxima, correspondiente a la serie de Bal­ mer, y mínima, a la serle de Paschen.

Resolución:

Resolución:

Serie de Paschen Nivel base: n¡ = 3 2.a línea: nf = 5 => al nivel 3

^•mm.(Paschen)

(Balmer)

X„

n¡ = nivel base: n¡ = 2 De: AE = 4 - = E, = E, = ... (1)

A,

Emln: se da en la transición de n, = 3 al n, serie de Balmer.

AE: energía emitida: E5 - E3, (E n = - 1 ^ 4 e V ) \ n2 / 13,6 _

1,5

= 109 678 ( p - ^ )

, ''m ln.' V

■/

De la ecuac. (1): n¡ = nivel base: n¡ = 3

AE = 0 ,9 6 e V

Del problem a anterior hallar su longitud de onda: 1 eV = 1 , 6 x 1 0 ' 12 erg.

—‘

4 -

*™,„.

= 109 678

4

\3

P(náx

•A )

-(P )

(P )+ (a ) 32

A,máx.

^min.

Ámáx.

AE = T

22(3)2

^ = 0,96 eV

x 10~27(3 x 101°)

Determ inar la razón existente entre las energías ci­ néticas del electrón cuando gira en la 2.a órbita y en la 4 .a órbita de acuerdo al m odelo atómico de Bohr.

1 ,5 x 1 0 "

Resolución:

■-1°v 2erg) = 1,5 x 1 0 "12erg.

he 1 ,5 x 10"12erg.

6 ,6 3

X = 1,3 x 10“ 4cm

1

mv

Otro método: n¡ = 3

2.a órbita: n = 2; 4.a órbita: n ■ Del 1 ,er postulado de Bohr:

n, = 5

R = 109 678 c m "1 Aplicando la ecuación de Rydberg:

V.

=R ~ C (2)

• = 109 678

■■■(<*)

n, = 3

^•máx.

AE = 0,96 eV (problema anterior)

X=

^-mln.

13,6 = - 0 ,5 4 eV eV ; E6 = -

=» E = - 0 ,5 4 - ( - 1 ,5 ) 2.

Luego:

( i-i)

3

x 10 cm

-C (4 )

el mr

e2 2¡2_ el 2r,

... (a )

~C(2) -C (4 )

54

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

De: r„ = 0,529n2 :

S

a p ie n s

: 0,529(4)2

Principio de incertidum bre (Heisenberg). Es im posi­ ble conocer con exactitud y al m ismo tiempo, la veloci­ dad y posición del electrón. Si se conoce la velocidad es incierta su posición, si se conoce la posición es in­ cierta su velocidad.

r2 = 0,529(2)2

Él 22

^ 4 en ecuación ()

Modelo atómico actual

ApAx >

Es un m odelo netam ente m atem ático basado en los si­ guientes principios: Dualidad de la m ateria (Louis de Broglie) O n d a -p a rtíc u la . La m ateria al igual que la energía, presenta un carácter dualístico de onda-partícula. _h_ X= mv X : longitud de onda partícula, m: masa de onda partícula, v : velocidad de la onda partícula. Según esto, no solo electrón presenta longitud de onda X sino también un fotón de luz, tendrá una masa m.

2n

Ap: mom ento de la incertidum bre: Amv Ap = mv Ax: incertidum bre de la posición, h: constante de Planck .-. mvAx >

2 7t

Ax inversam ente proporcional a V.

Al incidir la fuente de luz, este al llegar hacia la posición del electrón se excita por la energía y se ubica en otra posición. Por lo tanto, si se halla su posición es im posible cono­ cer su velocidad. E = me2

... (1) (partícula)

E =

... (2) (onda)

—

X

1.

( 1) = (2 ) m c2= T

=> A, —

h me

ó=>

E je m p lo s :

h = X mv

¿Cuál es la longitud de onda de un objeto de masa 1000 g y se mueve con una velocidad de 1, 1 x 10"8 km/s (h = 6,63 x 10^27ergs)? Resolución:

Este principio es válido para partículas atómicas muy pequeñas. En el caso de cuerpos grandes como una pelota en movim iento o una persona, también llevan asociadas determ inadas longitudes de onda, pero m uy pequeñas; prácticam ente despreciables, lo que hace im posible el poder detectarlos. Niveles estacionarios de energía (Niels Bohr). Un electrón puede girar indefinidam ente alrededor del nú­ cleo, sin em itir energía, debido a que su órbita contiene un número entero de longitud de onda de De Broglie.

m = 1000 g. v = 1,1 x 10" cm/s h Aplicando: X = mv X

(de De Broglie)

6,63 X1Q-27

.-. X = 6,02 x 10

cm

1 0 0 0 x 1 ,1 x 1 0 ~ 11 Hallar la longitud de onda de De Broglie de un elec­ trón que se encuentra en su estado fundam ental en un átomo de hidrógeno. Resolución: X: Estado fundam ental (H): n = 1 (1.a órbita) Del 2 ° postulado: 2nr = nX 2nr X= n : 0,529n

n = 1

r, = 0 .5 2 9 Á

En ec (a): Longitud de la órbita: 2 itr = nX

X

... 2nr

De: X = — mv Reemplazando: 2nr = n — mv

2 ti

2n (0,529)

1

X = 3,33 A

De acuerdo al principio de incertidum bre de Heisenberg; si la indeterm inación en el mom entum de un electrón es 2 x 10~2° g e m s 1 ¿Cuál es la in­ determ inación en la posición?

Q

Resolución: Del principio de incertidum bre de Heisenberg: ApAx > ■£-

Dato: Ap = 2 x 1 0 '20 gcm s“ 1 En e c u a c ... (a): x 10 2 x 3 ,1 4 1 6

A x > 5 x 10“ 8 (indeterm inación de la posición) Si la longitud de onda de un electrón es de 1 A. Calcular su velocidad en cm/s. Resolución: me_ = 9,1 x 10“ 28 g

= JL -

mÁ mX

Positrón. Posee carga eléctrica positiva al igual que el electrón y su masa es idéntica al electrón.

En esta zona se encuentra los electrones, que gi­ ran alrededor del núcleo, form a una nube electróni­

6 ,6 3 x 10“27 9 , 1 x 1 0 “ ’ x 10“

ca que la envuelve.

v = 7,2 x 10® cm/s

<4 ESTRIICTIIRA ATÓMICA MODERNA La concepción moderna del átomo, es que es un sis­ tema energético en equilibrio. Está constituido por dos zonas importantes:

I.

Los mesones son partículas inestables que se desintegran con rapidez (tiem po de vida 2 m illoné­ simas de segundo), produciendo otras partículas subatóm icas, como el positrón y el neutrino.

II. Zona externa: nube electrónica

Por dualidad de la m ateria (Luis De Broglie) v = JL mX

Neutrón. No tiene carga y su masa es igual al pro­ tón. Son buenos agentes desintegradores.

Neutrino. No posee carga eléctrica y su masa es inferior en 0,05% al del electrón.

h = 6,63 x 10“

X = 1 Á = 10“ 8 cm

55

Mesones. Son partículas existentes en el núcleo que evitan la fuerza de repulsión causada por los protones en el núcleo, fueron descubiertos por Anderson. Tiene igual carga que el electrón, pero su masa es 207 veces mayor.

... (a)

Ap = mom entum = mv

2 X 10“ 2° Ax > Ax-

■

u ím ic a

Electrones. Tiene carga negativa igual al del pro­ tón pero de sino contrario. Cuando se le da valor en u (masa) se le atribuye el valor de cero. No significa que lo sea pero su valor es despreciable frente a la del protón.

„

Zona interna: núcleo

_

1 m 1846

Aquí se encuentra concentrado casi la totalidad de la masa del átomo. Se encuentran las partículas más estables: protones y neutrones, tam bién se les denom ina nucleones.

electrones ( -)

protón (+)

Protones. Son partículas de carga eléctrica positi­ va. Se toma su masa como unidad de masa atóm i­ ca (u) equivalente a la doceava parte de la masa del carbono doce. Átom o electrónicam ente neutro:

1u = 1,67 x 10 24g

n. p = n. e

Carga absoluta (coulom b)

C aiga relativa

M asa absoluta (gram os)

Maso relativa (u)

Científico descubridor

Electrón („°e )

- 1 , 6 x 10“ 19

-1

9,1 x 10“ 28g

0

Thom pson (1896)

Protón (¡H)

+ 1,6 x 10“ 19

+1

1,672 x 10“ 24

1

Rutherford (1920)

0

0

1,675 x 10“ 24

1

Chadwick (1932)

Partícula

Neutrón (¿n) E je m p lo :

Atom o eléctricam ente neutro: Átomo de hielo

Q Ele ctrones @

P rotones

O

N eutrones

Z: es único para cada elemento, tal es así que cono­ ciendo Z se identifica el elemento. E je m p lo : Elemento

Número atómico o carga nuclear (Z) Nos indica el número de protones contenidos en el nú­ cleo del átomo. Z = n.° p+

Z = n.° p+ = n.° e

Hidrógeno Carbono Oxígeno Sodio

Z

n ° P’

n.° e -

1 6 8 11

1 6 8 11

1 6 8 11

56

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Número de masa o masa atómica (A)

Resolución:

Nos indica la suma total de protones y neutrones conte­ nidos en el núcleo atómico.

,.X' : 15e

Sea el átomo: X

+ num. n

El átomo neutro X tiene 13e“ n.° pJ = n.“ e" = Z = 13

J-------N

n.° neutrones:

N = A -Z

Catión. Se form a cuando el átomo pierde electrones. Se carga positivamente.

A>Z

E je m p lo :

E je m p lo s : n.° p

N

1.

„N a

uNa+

Catión

6

6

2.

20Ca

2oCa2+

n . ° e ' = 18

8

8

8

3.

Del ión, hallar Z, n.° e

11

11

11

A

Z

Carbono

12

6

Oxigeno

16

Sodio

23

26F3+

* Z = 16 n.° pT = 26 n.° e = 23

Elemento químico Es el conjunto de átomos que tienen el mismo número atómico. La representación la dio Jacob Berzelius, me­ diante símbolos. Elem entos

Sím bolo

Carbono Sodio Oxígeno Plata

c Na 0 Ag

Representación del átomo de un elemento /E

4.

Se tiene un ¡ón tetrapositivo, con 28 electrones. Hallar su número atómico. Resolución: ZX4~: 28 e~ z - 4 = 2 8 = » Z = 32 Com o átomo neutro: tiene e~ = 32 n.° p+ = n.° e" => Z = 32

Tipos de átomos A =23 Z =11 n.°p+= 11 nún . n° = 1 2

x ----Na

8C

e " = 26 - 3 = 23

n = A -Z

E je m p lo s : 1-

Hallar: A, Z, n.° p+, n.° e , nún. n.

Isótopos (hílidos). Son átomos de un mismo elem ento quím ico que tienen igual número atómico, pero diferen­ te número de masa y diferente número de neutrones. E je m p lo : 12^ 6'“'

Resolución: A = 14 Z = 6 n.° p ‘ = 6 n.’ e " = 6 v núm. n° = 6

Iones

14^ 6'"'

(isótopos del carbono)

¡H

H

3H

protio

deuterio

tritio

(isótopos del hidrógeno) Solo en el protio: n = 0: en general n > p+ En general:

Es todo átomo cargado eléctricamente. Anión. Se form a cuanto al átomo gana electrones y se carga negativamente. E je m p lo s : 1■

, ,X 13e

Z = n.° p" = n.° e" = 13

9^ + <§s

o

1

n.°e = 8

c3

16®

F

o 2-

' v

n.°e~ = 10

=*

n.°p* = 16 Z =16 n.°e" = 19

Si el anión divalente de un átomo contiene 15 elec­ trones hallar, su número atómico.

:- e

A2£

z,= z2 A, # A 2

n° = A - Z

A1

Zt V A2

Z2

Características: Isótopo (¡so = igual; topos = lugar), son átomos que ocupan el mismo lugar, es decir, ocupan el m ismo lugar en la tabla periódica. Tienen propiedades quím icas iguales pues tienen igual número de electrones. Propiedades físicas diferentes, puesto que su m asa es distinta para cada isótopo. Los isótopos radiactivos o artificiales reciben el nombre de radioisótopos. Todos los elem entos presentan isótopos.

Q

Isóbaros. Son átomos de elem entos diferentes, que tienen diferente número atómico; poseen igual número de masa. Poseen propiedades físicas sem ejantes pero difieren en sus propiedades químicas. I 40Ca

Igual número de masa

I 40 Ar 18M I

I

A ,(, p ro, . ) -

1.

i

El núclldo de un elemento presenta 4 neutrones. Hallar el número de partículas positivas.

2x

Neutrones diferentes

E je m p lo :

1 ----

?,Na

?2Mg

12

12

z ^ 3|x_2xE n° = A - Z 4 = 3(x - 8 ) - 2x => x = 28 Los protones son las únicas partículas positivas que se encuentran en el núcleo. Z = 2x => Z = 56 Z = n.° p = 56

Números de masa diferentes

2.

Números átomicos diferentes

I

La masa atómica de un átomo es el triple de su número atómico, si posee 48 neutrones determ ine el número de electrones. Resolución:

Neutrones iguales

A = 3z

En general: JN

> i

n°= 48 = 48 = A - Z /

A2

A, =

1

z2

2Z

a2

Z = 24

z, A Z2 Isoelectrónicos. Son átom os o iones que tienen igual número de electrones y presentan Igual configuración electrónica.

Átom o neutro: Z = n.° p* = e = 24 3.

E je m p lo :

En el núcleo de un átomo, los neutrones y protones están en la relación de 6 a 4, si su número atómico es 48. Hallar su número de masa. Resolución:

10e

,0Ne

r^ = 6

aO2- : 10e_ aF - : 10e Son Isoelectrónicos

p1

Reemplazando: ^ g =

Ara¡ _ Ar,a, + Ár2a 2 + Ár3a3 3l 4 82 '

A = 120

La diferencia de los cuadrados de la masa atómica y número atómico es igual a la suma de la masa atómi­ ca y número atómico. Hallar el número de neutrones. Resolución: A2 - Z 2 = A + Z => (A - Z) (A + Z) = A + Z A - Z = 1 n= 1

Abundancia (a¡)

EA1 ............................... A r , ..................................a, Ea2 ............................... A r2 ................................. a2 Ea3 ............................... A r3 ..................................a3

n° = 12

A = n.° p + núm. n° =» A = 48 + 72 4.

Es el prom edio ponderado de las masas isotópicas en función de su abundancia. Este prom edio justifica el porqué la presencia de los valores no enteros en los pesos atómicos. Masas isotópicas Ar:

4

Z = 48 = n.° p

<4 PESO ATÓMICO PROMEDIO (PA) O MASA ATÓMICA PROMEDIO (Ar)

A r (exacto) ■

. ^ 5 > ; o7 < 2 5 > ,3 S , 5

Resolución:

Isótonos. Son átomos de elem entos diferentes que po­ seen igual número de neutrones.

Isótopos

57

3 (x -8 )rr

2 2

I

■

E je m p lo s :

Números atómicos

i

2 0

^

u ím ic a

5.

La diferencia de los cuadrados del número másico y número atóm ico de un átomo es 2580, el número de neutrones es 30. Determ inar la carga eléctrica negativa de un ion de carga ( - 1 ) de dicho átomo. Dato: e = - 1 , 6 x 10 19Cb.

7 , , X A ¡a, A,a 4 A o3 o4 A r (aprox.) = — = —i—------— ------— Xa, a, + a 2 + a3

Resolución:

Ar: masa isotópica (u) A¡: número de masa

*E =5 A - Z = 30 ...(a) Dato: ... A 2 - Z 2 = 2580 (A - Z)(A + Z) = 2580 =2 A + Z = 86 ...© )

I

E je m p lo : Hallar la masa atómica (Ar) o el peso atóm ico (Cl) iSCI = l7CI =

a,(% ) 75 25

100

30 De ecuaciones (a) y ((i): Z = 58 ,\ 58 e l ó n ( 1 - ) -> átomo gana 1e 5SE1 « 59 e En coulomb: 59(1,6 x 10~19 Cb) = - 9 ,4 4 x 10~9 Cb

58

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Los números de masa de dos hílidos suman 110 y la suma de sus neutrones es la mitad de la canti­ dad de protones de dichos átomos. Hallar la canti­ dad de electrones.

Aplicando proporciones: ecuac. (a)

A, + A2 _

7+ 5

Resolución: Sean los isótopos o hílidos:

A|X _1

10 .

A -» A, + A2 = 110 N -> A, - Z + A 2 - Z = t_______ i 2

Resolución:

110

110 = | z 7.

Hallar el peso atóm ico de un elem ento que tiene 2 isótopos cuyas m asas atómicas son 40 y 42 y el % del peso de uno de ellos es de 20%.

G eneralm ente el isótopo más abundante de un ele­ mento es el de m enor masa atómica (A).

>z =

Isótopo ,ox _

La diferencia de los números atóm icos de dos ¡so­ baros es 24, si sus neutrones suman 40. Hallar el número de neutrones del átomo que tenga menor valor de Z.

■ 80 ■ 20 100

,2X -

Resolución: P A (x ) =

Isóbaros:

Abundancia (%)

40(80) + 42(20) 100

PA(X) = 40,4

iguales

11.

7 Y Si Z, > Z 2 => n 2: ?

Los Isótopos de un elem ento son 20X y 21X si su peso atómico es 20,8. Hallar el % del isótopo más abundante. Resolución:

I m enor Z, - Z2 = 24

Isótopo n ° + n° = 40 ...(a)

20X

Ai = A2

X

I Z, + n? = Z 2 + n°2 t I Reemplazando: 24 :

■(P) 12.

Z, + Z2 = 18 A, —A 2 = 6 De ec. (a): A, - Z, = A2 - Z 2 Reemplazando: 6 = Z, - Z2

Resolución: a|X -

PA,V

...(y) 13.

\ Total /

3 5

37.5 62.5

Total 8

100

4 8 (3 7 ,5 )+ 56(62,5)

100

PA(x) = 53

Si un átomo es Isóbaro con el 207Pb y tam bién es isótono con el ™ A . Indicar el número atóm ico de dicho átomo. Resolución: Sea el átomo: AX 207 - Z = 108 - 47 isóbaro * 7X -

.-. Z = 146

Pb

isótono

( a )

n => (A, - Z) - (A2 - Z) = 4 A, - A2 = 4 ... (p)

%

Peso

56X

...(p)

La relación de las m asas de 2 isótopos es 7/5 y la diferencia de sus neutrones es 4. ¿Cuál es la suma de las m asas?

a = 20%

Si un elemento X tiene 2 isótopos naturales cuyos A, = 48; A 2 = 56 y si por cada 3 átom os livianos existen 5 pesados. Determ inar el peso atómico.

Isótopos 40X

...(„)

Sum ando ecuac. (x) y (p): 24 = 2Z, => Z, = 12

100

Resolución:

Resolución: n? = n°

20 (a ) + 21 (100 - a)

Por lo tanto, el más abundante: 21X = (100 - 20) = 80%

La suma de los núm eros atóm icos de 2 isótonos es 18 y la diferencia de sus m asas atóm icas es 6. Hallar sus núm eros atómicos.

Isótopos a2X

a 100- a 100

_

PA(X) = 20,8 =

Sum ando ecuac. (a) y (p): 2 n 2 = 64 .-. n° = 32

Isótonos: £ x

Abundancia (%)

i7V

7A

neutrones :iguales

io8 a ~

- 4,7^9

A = 207

Q

14. Si el ión X3+ presenta 72 electrones, ¿cuál es el número atómico de X?

u ím ic a

■

59

Ión divalente SI 29^ 2 — 3 31 e 29X2* =* 27 e~

Resolución: ,X3Y 72 e Aplicar:

17. Indicar qué tipo de especies son:

■carga

i 7CI , igK , 1sA r y 16S

Z - 72 = + 3 => Z = 75

Resolución:

O hallar siem pre Z como átomo neutro:

17CI - 19K , i8Ar, „ S

i

Z = p+ = e'

I

e -+ 18 ,X 3 -

zX° e" = 75 n.° e~ = Z = 75

e~ = 72

i

18

18

i

18

Tienen igual número de

electrones. Son especies isoelectrónlcas 18. El ¡ón divalente negativo de un átomo es isoelec-

15. Si un elem ento X da un ¡ón blnegativo y se sabe que dicho ión posee 68 neutrones y 50 electrones. ¿Cuál es su número de masa? Resolución:

trónico con el dicho átomo. Resolución: Hallar: Z

Sea: £ x => n° = 68

.M n '+ 27 e

,X2

A = z + n ° ... (a) ^

i

¡ón binegativo

n.°e~ = 2 5 - 7 = 18

ZX 2' 50 e Aplicando: Z - 50 = - 2 => Z = 48 En (a): A = 48 + 68 =* A = 116 16. Un átomo X es isótono con otro átomo Y el cual posee una carga nuclear de 33 y número de masa 70, adem ás es isóbaro con el 66Zn. ¿Cuántos elec­ trones posee el Ion divalente del átomo X?

Z*X4- zyY2" z»W3* =3 Suman 79 e~

ZX isóbaro

(Zx + 4) + (Zy - 2) + (Zw -

1

r~

Ax

i6Zn => A = 66

Carga nuclear es la carga existente en el núcleo ( + ) y la da los protones, es decir, Z. 6?X

Isótono

-------------------------

Z x + Z y + Z „ = 80

(Z> - 1 ) + (Zy + 2) + (Zw + t

33 T

,»X

PROBLEMAS

3) = 79

...(a)

2XX + zyY 2- zwW 3- Hallar la suma e _:

a >y

66 - Z = 70 - 33 =* Z = 29

1.

19. SI la suma de los electrones de los siguientes iones es 79: X4~ Y 2+ W 3+, ¿cuál será la suma de los elec­ trones de los iones: X ' Y 2~W3'? Resolución:

Resolución: Sea el átomo:

yX2 : 18 e" Aplicando: Z - 18 = - 2 Z = 16

1

Agrupando: 8 0 - 1 + 2 +

RESUELTOS

3)

i

3 => 84 e ‘ ■

■

la

De acuerdo al m odelo atóm ico de Rutherford (1911), indicar lo incorrecto: I.

El núcleo atóm ico posee una gran masa dentro de un volum en pequeño.

II. El núcleo atómico es de carga eléctrica positiva. III. Los electrones giran solam ente en órbitas elíp­ ticas alrededor del núcleo atómico. IV. El núcleo atómico tiene elevada densidad. V. El átomo es prácticam ente vacío.

sistema planetario

Se afirmó: El núcleo es de carga positiva de un volumen pequeño pero de gran masa (elevada densi­ dad).

Resolución:

•

De acuerdo con el m odelo atómico de Rutherford: átomo

Los electrones giran en órbitas circulares dis­ tantes del núcleo (átomo casi vacío).

Por lo tanto, es incorrecto la alternativa III.

60

2.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

¿Qué afirm aciones corresponden al m odelo atóm i­ co de Rutherford? I.

4.

Utilizó una sustancia radiactiva, cuya emisión alfa la hizo im pactar contra lám inas m uy delga­ das de metal.

¿Cuál es la energía (en k j) de un mol de fotones de cierta radiación electrom agnética, cuya longitud de onda es 200 nm? Resolución El contenido energético de los fotones se determ i­ na seqún. E = hv = ^ Donde: h: constante de Planck

II. El 100% o un poco menos de las partículas a atravesaban la lámina metálica. Esto justificaba la discontinuidad en el átomo, o sea, el vacío existente entre el núcleo y los electrones. III. La desviación o el rebote de una pequeñísim a fracción de partículas a perm itió a Rutherford sustentar la existencia de un centro de disper­ sión (núcleo) altam ente positivo y muy peque­ ño en relación al tam año atómico.

(6,62 X 1 0 '34 Js) C: Velocidad luz: 3 x 108m/s. Para un fotón cuya longitud de onda es: X = 200 nm = 2 x 1 0 '7m _ he

6,62 x 10 34(3 x 108)

>■

Resolución:

2 x 1 0 '7

E = 9 ,9 3 x 1 0 - 19 J

En relación al experim ento de Rutherford (1911). I. Correcto Empleo partículas alfa (a) para bombardear una lámina delgadísim a de metal oro. II. Incorrecto Se desarrolló según:

Luego para 1 mol (6,02 x 1023) fotones: Et = 6,02 x 1023(9,93 x 10 19) J => ET = 597 786 J Por lo que dicha energía total en kilojoule (kJ) es: Et = 597,78 kJ 5.

Determ inar en qué porción del espectro electro­ magnético que se m uestra, se encuentra la línea de emisión de hidrógeno que corresponde a la transición del electrón desde el estado n = 4 hasta n = 2. R„: 109 678 c m '1 |~¡JV | V io le ta l A ñil | A zul | V erde lA m a rillo |N a ra n ja j R ojo | IR | 10

( 6 x 1 0 4)

Casi la totalidad de las partículas a atravesaron el metal, esto justifica la continuidad de la ma­ teria (es divisible). III. Correcto La pequeña cantidad de partículas a (+ ) des­ viadas indica la existencia de una zona central positiva muy pequeña que es el núcleo. Por lo tanto, son correctos I y III. 3.

Respecto al modelo atómico de Rutherford, indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Com probó experim entalm ente como se distri­ buían las partículas en los átomos. II. Utilizó partículas a y (3 para bom bardear lámi­ nas delgadas de diferentes metales. III. Su m odelo no satisfacía los espectros atómicos obtenidos en este entonces. Resolución: Respecto al m odelo atómico de Rutherford: I. Falso La única partícula conocida hasta entonces era el electrón. II. Falso En su fam oso experim ento de la lámina de oro empleo solo partículas alfa (a). III. Verdadero Su m odelo no lograba explicar la estabilidad atómica ni la producción de espectros.

400

460

480

500

560

600

6 50

7 00

10s

l--------------------------------------- ¿ (n m )--------------------------------1

Resolución: Para determ inar la longitud de onda (X) de un fotón producido en una transición electrónica en el áto­ mo de hidrógeno usamos:

4-4

rh(

V n?

n.

Donde: RH = 109 678 cm -1 Para una transición: n¡ = 4 -» nf = 2 i

- , 0 9 678 ( ±

X = 4,863 x 1 0 '5cm X = 486,3 nm (1 nm = 1 0 '7 cm) Esto corresponde al color azul. Un espectrofotóm etro es un dispositivo utilizado para m edir la concentración de ciertas especies quím icas en solución. Si en una medición el m en­ cionado equipo da la m ayor absorción de luz a 420 nm, determ inar la frecuencia de esta radiación visible en Hz. Resolución: Cierta m uestra quím ica produce una luz donde: X = 420 nm (1 nm = 1 0 '9 m) X = 4,2 x 10~7m

Q

Su frecuencia (u) lo determ inam os según:

_

61

A mayor valor de n (órbita más alejada), la velo­ cidad es menor. : 7,14 x 10

Hz

9.

Respecto al m odelo atóm ico de Bohr, indicar ver­ dadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

■

^ _ 2,2 ■: 108cm/s

3 x 1 0 m/s 4,2 x 1(T7m

u = 7,14 x 1014 S 7.

u ím ic a

¿Cuánta energía (en J) se emite o absorbe cuando el electrón del átomo de hidrógeno sufre un salto desde la segunda hasta la cuarta órbita? Resolución:

Según Bohr los electrones pueden estar en ór­ bitas estables alrededor del núcleo.

Cuando el electrón en el átomo de hidrógeno pro­ duce un salto desde un nivel inferior a otro superior absorbe un fotón cuya energía (E) es:

II. Las órbitas de radios definidos se denom inan niveles cuantizados de energía.

—n (t)

III. Su m odelo explica, satisfactoriam ente, el es­ pectro del átomo de hidrógeno obtenido.

Para ia transición electrónica: n, = 2 => n, = 4 E - ~ 13’ ^-e-V ._ ~ 1 3 .6 e V

Resolución:

(4)

Respecto al m odelo atóm ico de Bohr (1913). I Verdadero Considera la existencia de niveles estaciona­ rios de energía (órbitas estables). II. Verdadero Dichos niveles estacionarios de energía son órbi­ tas de radios definidos su energía está cuantizada. E„ =

III.

8.

E = 2,55 eV

(2)

Como 1 eV = 1. 6 x 10 19 J E = 2,55(1,6 x 10 19) J .-. E = 4,08 x 10 19 J (se absorbe) 10.

- 1 3 , 6 eV

¿Cuál de las siguientes transiciones electrónicas entre niveles energéticos (n) corresponde a la em i­ sión de menor energía? Resolución:

n2

De acuerdo a las series espectrales del hidrógeno, las transiciones de electrones siguientes producen

Verdadero Mediante los saltos o transiciones electrónicas entre órbitas, explica la producción de los es­ pectros atómicos.

fotones de los tipos: n.

n,

Espectro

Indicar verdadero (V) o falso (F) en relación al mo­ delo atómico de Bohr:

4

3

Infrarrojo Serie de Paschen

I.

5

1

Ultravioleta Serie de Lyman

Solo es aplicable para átomos de un solo electrón.

II. La distancia entre la segunda y tercera órbita es 2,65Á . III. Un electrón tiene menor velocidad en las órbi­ tas más alejadas del núcleo. Resolución: En relación al m odelo atóm ico de Bohr: I

Verdadero Es aplicable al átomo de hidrógeno y a las espe­ cies hidrogenoides (iones de un solo electrón): 2H e ', 3LÍ2t, 4Be3'

II.

Verdadero El radio de las órbitas electrónicas se determ i­ nan según: R. = 0,53 A n Luego la distancia entre las órbitas n = 3 y n = 2 es: d = R3 — R2 d = 0 .5 3Á (3)2 - 0 .5 3Á (2)2

d = 2 ,6 5A

II. Verdadero La velocidad (V) de un e en una órbita se de­ term ina según:

n, = 4 => nf = 3: emite menor energía. Los saltos en A, B y E absorben energía. 11.

Dadas las siguientes proposiciones: I. J. Thom pson determ inó la masa y la carga del electrón por separado. II. E. Rutherford determ inó con exactitud la carga nuclear del átomo. III. N. Bohr propuso en su m odelo que la energía del electrón está cuantizada. Indicar cuáles son falsas (F) o verdaderas (V) se­ gún el orden en que se presentan. Resolución: Respecto a los modelos atómicos: I. Falso J. Thom pson en 1897 determ inó la relación car­ ga masa del electrón, de forma conjunta:

me

= 1,758 x 108c/g

No se conocía ni el valor de la carga ni la masa.

62

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Falso En el m odelo atómico de Rutherford se con­ sidera al núcleo positivo, pero el concepto de carga nuclear recién se em plea y determ ina en 1913 por H. Moseley.

II. El nombre de electrones fue sugerido inicial­ mente por Stoney. III. Según Thom pson los electrones podían origi­ narse independiente del tipo de cátodo. Resolución:

III. Verdadero En el m odelo de Bohr se considera la existencia de niveles estacionarios de energía (energía cuantizada).

De acuerdo con el m odelo atómico de J. Thom pson

(1897):

/Í0 + N 12. Respecto a la teoría atómica moderna, indicar ver­ dadero (V) o falso (F): I.

© © \J " 1 ©

El átomo se Considera un sistema energético en equilibrio.

Átom o

I.

II. La teoría atómica moderna se basa en los aportes de Bohr, De Broglie, Fleisenberg y Schródinger. III. Según la teoría atómica moderna, las órbitas que­ dan descartadas y se introduce el concepto de orbital que involucra el concepto de probabilidad.

se consideró la existencia de partículas eléctri­

Respecto al m odelo atómico moderno: I. Verdadero El átomo se considera un sistema de alta ener­ gía dinám ico y en equilibrio presenta dos par­ tes, el núcleo y la zona extranuclear.

cas negativas al que George Stoney llamó elec­ trones (1814). III. Verdadero Se observó que los electrones producidos en los rayos catódicos se encuentran presente en todo tipo de materia.

II. Verdadero Se sustenta en aportes de: • De Broglie: principio de dualidad de materia. • Fleinsenberg: principio de incertidumbre. • Schródinger: función de onda electrónica (núm eros cuánticos). III. Verdadero Se descarta el concepto de órbita y se emplea el de órbitas o nube de probabilidad.

Falso Este m odelo se estableció en base al descu­ brimiento del electrón, fruto del estudio de los rayos catódicos (partículas negativas).

II. Verdadero Algunos años atrás al estudiarse la electricidad,

Resolución:

• Bohr: niveles estacionarios de energía.

Esfera positiva con electrones (-) incrustados en su superficie.

15.

Indicar verdadero (V) o falso (F) en relación a los trabajos realizados por Thompson. I.

Determ inó la relación entre la carga y la masa del electrón.

II. Determinó la magnitud de la carga del electrón. III. Descubrió la naturaleza eléctrica negativa de la materia. Resolución:

13. En el espectro de emisión del átomo de hidrógeno se observa una línea a 486 nm. Calcular para dicha luz, la energía (en joule) que lleva asociado a un mol de fotones. Resolución: En el átomo de hidrógeno se produce una línea es­ pectral correspondiente a un fotón de luz, donde: X = 486 nm => X = 4,86 X 1CT7m Por lo que su energía es: E = he = 6 ,6 2 x 10 34J x s x 3 x 1 0 am x

4 , 8 6 x 1 0 ~ 7m

I.

Verdadero Modificó el tubo de descarga para atrapar al electrón, con lo cual determ inó la relación entre su carga y su masa.

= 1,758 x 108 — me"_________________ g_

II. Falso Solo determ inó la relación carga/m asa, años después R. Millikan en 1909, realiza su fam oso experim ento de la gota de aceite y determ ina la

E = 4,08 x 10~19J Luego para un mol de fotones (6,02 x 1023): Et = 6,02 x 1023(4,08

Respecto a los trabajos realizados por Thom pson:

x

10~19) J => ET = 2 ,4 6 x 1 05 J

14. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Thom pson probó que los rayos catódicos se com ponían de partículas cargadas denom ina­ das cationes.

carga del electrón. III. Falso En su m odelo indica la naturaleza eléctrica neu­ tra de la materia ya que se cumple: n.° cargas ( - ) = n.° carga (+ ) (electrones) (átomos)

Q

16. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

El átomo es la partícula más pequeña.

II. El número atómico perm ite identificar a un ele­ mento químico.

u ím ic a

Isótopos

% abundancia

,21Sb — ,23Sb —

y

■

63

x

100

III. La masa del átomo está concentrada en el nú­ cleo atómico.

Su masa atóm ica es el prom edio ponderado de sus masas isotópicas o en form a aproxim ada, números

Resolución:

de masa.

Respecto al átomo, tenemos:

Su valor medido es: PA(Sb) = 121,75

I.

Luego: PA(Sb) = 121 0 0 + 1 2 3 (y ) = 121,75

Falso El átomo es la unidad básica de construcción de las sustancias químicas, pero en el proceso de división no es la última, ni la más pequeña.

II. Verdadero El número atóm ico (Z) denom inado tam bién carga nuclear, se determ ina según: Z = n.° p Sirve para identificar a un elem ento quím ico y ubicarlo en la tabla periódica (ley periódica ac­ tual: Moseley - 1913). III. Verdadero El núcleo atóm ico es la zona central del átomo, m uy pequeña pero concentra casi la totalidad de la masa atómica (99,99% de la masa). 17. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

El átomo está constituido por tres partículas fundam entales, siendo el neutrón la partícula de mayor masa.

121x + 123y = 12 175 x + y = 100 x = 62,5; y = 37,5 19. Para calcular la masa atómica del cloro se realiza un análisis estadístico m ediante el cual se determ i­ na que por cada 10 000 átom os de cloro, 7553 co­ rresponden al isótopo 36CI y 2447 al isótopo 37CI. Si las m asas isotópicas relativas de cada isótopo s o n Á r ( 33CI) = 34,97; Á r (37CI) = 36,95. Calcular el error (diferencia) que se produce al obtener la masa atómica con los números de masa. Resolución: Isótopos del elem ento cloro: Isótopos Masas isotópicas 35CI ----------------- 34,97 37CI ----------------- 36,95

-------------------

Abundancia - 7553 - 2447

10 000

II. El neutrón es la partícula de m ayor masa y me­ nor carga.

Hallam os su masa atómica en relación a sus m a­ sas isotópicas y números de masa.

III. El protón y el neutrón son denominados nucleo­ nes.

nA

Resolución:

P A (C I) = 35,454506

De acuerdo a las proposiciones: I. Verdadero Masas de las partículas subatómicas: Neutrón

Electrón

Protón

El neutrón posee mayor masa.

Neutrón

Protón

Electrón

0

+ 1,6 X 10 19C

- 1 , 6 x 10~19C

III. Verdadero El protón y el neutrón se encuentran en el nú­ cleo atómico, se denom inan nucleones. 18. Hallar la abundancia relativa en porcentaje de cada isótopo del antim onio ( 1|í¡Sb y 1253S b) en for­ ma aproximada, si la masa atómica prom edio es 121,75 u. Resolución: Para los isótopos del antimonio (Sb):

3 5 (7 5 5 3 )+ 37(2447)

P A (C I) :

10 000

PA (Cl) = 35,4894 Luego el error de cálculo es: 35,4894 - 35,454506 = 0,034894

1 ,6 75 x1 0 27 kg 1,673x10-27 kg. 9,11 x 10 31 kg

Falso Cargas eléctricas de las partículas subatómicas.

3 4 ,9 7 (7 5 5 3 )+ 3 6 ,95(2447)

PA ( U ) ------------- Tóooo

20. Durante la prueba de la bomba de hidrógeno (EE. UU., 1952) el polvo radiactivo recogido de­ m ostró que el núcleo utilizado ( ^ U ) ganaba 15 neutrones, ocurriendo luego una serie de em isio­ nes beta que finalm ente dieron origen al elem ento 99 (einstenio). ¿Cuántas em isiones beta ocurrie­ ron en esta reacción nuclear? Resolución: Durante la prueba de la bomba de fusión (hidróge­ no) se observó que el uranio: 238u 92 238,, 92U

Por degradación beta (p ) form ó el Einstenio (Z = 99) 99Es + x J e

92 = 99 - x x = 7(P)

64

21.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

¿Cuál de las siguientes cantidades de sustancia contiene m ayor masa? Elem ento

H

C

N

O

Al

S

Ár

1

12

14

16

27

32

II. Transm utación artificial: del silicio a fósforo, por colisión con un deuterón y emisión de un neutrón: i+SI + 2H -> 22P + ¡n III. Fisión Nuclear: Del U-235 por colisión con un neutrón.

Resolución: De acuerdo a los datos de m asas atómicas, halla­ mos las m asas de las muestras. a. 0,2 moles de 0 2 (M = 32) m = 0,2(32) g = 6,4 g

292U + dn -» 152Te + %Zr + 2°n 24. ¿En qué caso se tiene el menor número de moles de sustancia?

b. 0,1 moles de NO (M = 30). m = 0,1(30) g = 3g

Elem ento

H

O

Na

S

Cl

c. 0,1 moles de CO, (M = 44) m = 0,1(44) g = 4,4 g

Ár

1

16

23

32

35,5

Resolución:

d. 0,3 moles de H2S (M = 34) m = 0,3(34) g = 10,2 g

Número de moles para las especies: a. 59 de NaCI (M = 58,5)

e. 0,5 moles de Al (PA = 2 7 ) m = 0,5(27) g = 13,5 g

n.° moles:

oo, 0

b. 59 de Na2S (M = 78)

Por lo tanto, se tiene mayor masa de Al.

n.° moles: 22. ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son ver­ daderas? I. La masa atómica sé determ ina sum ando la masa de los electrones, protones y neutrones que posee el átomo. II. La masa m olar es la suma de las m asas atómi­ cas de los elem entos que forman el compuesto. III. La unidad de la masa atómica del sistema Inter­ nacional es la u.

IO

n.° moles: ^

23. Identificar el tipo de reacciones a las que perte­ necen respectivam ente las siguientes reacciones nucleares. I.

2^ U =4 292Np + _°B

II.

i®Si + 2H =, “ P + Jn

III. 2g2U + 0'n =7 152Te + 4¿Zr + 2?n

n.° moles: =

2“ U

» 222Np +

-■ = 0 ,1 3 7 36,5

e. 59 de H20 (M = 18) = 0,278

Por lo tanto, posee más moles del H20 . 25.

Indicar si las proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F). I. El tam año del átomo se debe a los electrones y a los protones existentes ambos cargados eléc­ tricam ente y que se m ueven alrededor de los neutrones. II. El átomo es eléctricam ente neutro y cuando esto no ocurre, se trata de un ión. III. En el núcleo atómico existen los nucleones positivos o protones y los nucleones neutros o neutrones. Resolución: Sobre las proposiciones: I. Falso Estructura atómica actual. /N ú c le o

( @ ) _ 1——- Zona extranuclear ( e ) \

/

Resolución: Los procesos nucleares: I. Em isión beta ((3): del núcleo U-239 correspon­ de a radiactividad natural.

= 0,051

d. 59 de HCI (M = 36,5)

n.° moles: ^

Por lo tanto, son incorrectos I y II.

= 0,064

c. 59 de H2S 0 4 (M = 98)

Resolución: Respecto a las proposiciones: I. Incorrecto La masa atómica prom edio se determ ina en re­ lación a las m asas isotópicas (prom edio ponde­ rado) y sus abundancias. II. Incorrecto La masa m olar corresponde a la masa de una mol de átom os o moléculas. Átom os: m (PA); Moléculas: m = (M) g III. Correcto Los átom os y m oléculas expresan sus masas en urna, unidad del Sistem a Internacional.

= 0,085

Esta región representa el 99,99% del volumen atómico.

II. Verdadero En el átomo se presentan una serie de equili­ brios, siendo uno de ellos el equilibrio eléctrico: n.° p~ = n.° e

átomo neutro

Q

Cuando esta igualdad no se cumple, el átomo está ionizado. III. Verdadero Son nucleones o partículas nucleares:

■

65

II. Verdadero Los núclidos se representan indicando la com ­ posición nuclear del átomo, según: ✓— n.° de nucleones

• Protones (+ )

zE

S— carga nuclear

• Neutrones (neutro). 26.

u ím ic a

Entre los isótopos naturales del cloro “ Cl y “ Cl, los del galio ™Ga y ^G a y el átomo del arsénico “ A s, indicar el número total de neutrones.

III. Verdadero Poseen igual número de electrones (¡soelectrónicos) íoAr

n.0 e " = 1 8

Resolución: 15

Para los núclidos siguientes se tiene: Núclido

A

Z

N= A - Z

” ci

35

17

18

17CI

37

17

20

“ Ga

70

31

39

™Ga

71

31

40

33AS

75

33

42

18

29. Un átomo tiene 30 neutrones y el número de masa de su catión divalente excede en cuatro unidades al doble de su número de protones. ¿Cuál es la magnitud de la carga absoluta negativa para el ca­ tión trivalente de dicho átomo? Dato: Carga de un electrón - 1 , 6 x 1 0 " 19C Resolución: Cierto átomo de 30 neutrones form a un catión divalente, donde:

Por lo tanto, la cantidad total de neutrones es: 18 + 20 + 39 + 40 + 42 = 159

A - 2Z = 4 Z + N - 2Z = 4

27.

Uno de los isótopos del cloro es el “ Cl. Determ i­ nar el número de electrones que existirán en 1000 aniones m onoatóm icos (“ C l") del referido isótopo.

30 => Z = 26

Resolución:

Nos piden la carga eléctrica absoluta de todos los electrones de su catión trivalente (q ; = 1,6 x 10"19C)

Uno de los isótopos del elem ento cloro, posee la notación: “ Cl

.-. Q = 3,68 X 1 0 "18C

n.° e " = 26 - 3 = 23

Q = 23(1,6 X 1 0 " 19) C

El cual produce el anión de la forma: “ C l" 1

n.° e “ = 17 + 1 = 18

Nos piden hallar el número que electrones de 1000 de estos iones: n. eT

1000(18) = 1,8 x 104

Resolución:

28. Señalar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

Los átomos que tienen igual número de masa se denom inan isótopos.

II. Los núclidos de los átomos se representan usando el sím bolo del elem ento e indicando el número de neutrones y el número atómico. III. Las especies m onoatómicas: {gAr tienen igual número de electrones.

y

^ p 3"

Resolución: Respecto a las afirmaciones: I.

Falso De acuerdo a la com posición en su número de partículas, los átom os pueden ser: • Isótopos (igual Z)

30. Dos isótopos tienen por número de neutrones 18 y 20 respectivam ente. Si la suma de sus números de masa es 72. ¿Cuál será el nivel y orbital en el que se encuentra su electrón de mayor energía?

Se tienen dos isótopos con 18 y 12 neutrones res­ pectivamente, además: A, + A2 = 72 (N, + Z) + (N2 + Z) = 72 2Z + 18 + 20 = 72 Z = 17

(n.° e“ = 17)

CE: 1s22s22p63s23p5 Electrón de mayor energía (3p). 31. Señale la relación incorrecta: I. Rutherford Rayos alfa O rbitas definidas II. Bohr Energía cuantizada III. Max Planck Protón IV. Rutherford V. Dalton Radioactividad

• Isóbaros (Igual A)

Resolución:

• Isótonos (Igual núm. n°)

Respecto a los siguientes personajes:

66

■

I.

II.

III.

IV. V.

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Rutherford. Empleo a las partículas "a " en su experim ento de la lámina de oro, donde descu­ brió el núcleo atómico. Bohr. Estableció su m odelo para el átomo de hidrógeno donde el electrón se mueve en órbi­ tas de radio definido. Max Planck. Desarrolló la teoría cuántica de la materia, donde se afirma que la energía se trans­ mite de forma discreta en paquetes (cuantos). Rutherford. En 1919 llevó a cabo la primera transmutación artificial donde descubre el protón. Dalton. Propuso el prim er m odelo atóm ico con base científica.

Resolución: I.

Incorrecto Thom pson determ inó la relación carga/masa para el electrón en ese entonces la única partí­ cula conocida, aun el protón no era descubierto. II. Correcto Del estudio de los rayos catódicos Thom pson es­ tableció que el electrón es un componente básico de la materia, presente en todas las sustancias. III. Incorrecto Los rayos catódicos son flujos de partículas ne­ gativas (Electrones), en un tubo de descarga: e = 10 000 V

Por lo tanto, es incorrecto "E" 32.

Señale como verdadera (V) o falsa (F) las proposi­ ciones siguientes: La relación proporcional entre ia masa molar del agua y de la glucosa (C6H12Oe) es como 10:1 Masa atómica: C = 12; H = 1; O = 16. II. Las masas de 54 g de glucosa y 54 g de agua (H20 ) contienen el mismo número de moléculas. III. En 54 g de agua hay 3 m oles de átomos de hidrógeno y 6 m oles de átom os de oxígeno.

Cátodo

I.

Resolución: I.

Falso Los compuestos: H20 (M = 18); glucosa C6H120 6 (M = 180) n ______________________H20 Proporción de masas.

18 1 - 180 - 10

II. Falso Para las masas:

IV. Incorrecto En el m odelo de Thom pson se habla de la neu­ tralidad eléctrica del átomo, debido al equilibrio entre los electrones ( - ) en la superficie y el áto­ mo (espera positiva). Por lo tanto, es correcto solo II. 34. Hallar la longitud de onda y la energía de un fotón de luz visible, cuya frecuencia es 0,66 x 1015 s ' 1 h = 6,62 x 1 0 '27 erg.s

54 = 3 18

54 n.° mol = —

c = 3 x 101°cm /s

Resolución: = 0 ,3

Poseen cantidades de m oléculas diferentes. Falso 54 g de H20 , posee: j * 6 mol de H 3 mol H20 3 mol de O FFF 33. Indique la(s) proposición(es) correcta(s): I.

Pueden interaccionar con cam pos eléctricos y magnéticos.

Datos:

54 g H20 — . n.° mol = 54 g C6H120 6

Ánodo Rayos catódicos (e~)

Thom pson determ inó la relación ( ^ s a ) |Dara

un electrón y encontró que era diferente para el protón. II. Los electrones están presentes en todas las sustancias. III. Los rayos catódicos solo interaccionaban con campos m agnéticos, no así con Ins campos eléctricos. IV. En el modelo de Thompson se cumple que el nú­ mero de cargas negativas (electrones) era igual el número de cargas positivas, ambas situadas en el interior del átomo, como ui “Liudín de pasas"

f = 0,66 x 1015 s ' 1 c = 3 x 10'° cm/s Calculem os la longitud de onda del fotón. ¿f = c

X■

3 x 10 0,66 x 10

X = 4,54 x 1 0 '5cm

Calculem os la energía del fotón, h = 6,62 x 1 0 '27erg.s

E = hf

E = 6,62 x 1 0 '27(0,66 x 1015) erg E = 4,37 x 1 0 '12erg x = 4,54 x 1 0 '5cm;

E = 4,37 x 1 0 '12erg

35. La energía de un fotón es de 3,6 x 1 0 '12 ergios; ¿cuál es la longitud de onda en Angstrom asociada al fotón, y cuál es la región del espectro electro­ m agnético al cual pertenece? Datos: h = 6,6 x 1 0 '27 erg.s

c = 3 x 101°cm /s

1 Angstrom ( Á ) = 1 0 '8cm Resolución: La región visible es mayor a 3900 A, pero m enor a 7000 Á. La región infrarroja es m ayor a 70 0 0A La región ultravioleta es menor a 3900 A.

Q

Calculem os la longitud de onda del fotón.

Resolución:

E = 3,60 x 10 12 erg

I.

c _ he

6 ,6 x 10~27(3 x 101°)

Á

u ím ic a

■

67

Verdadero Relación de incertidum bre: AxAp <

3,6 x 10 Donde:

}. = 5,50 x 10 5 cm ( 1flA | .-. 7 = 5500 Á '1 0 cm I Entonces la longitud de onda asociada al fotón es 5500 Angstrom, perteneciendo a la región visible. 36.

Ax: Incertidum bre en posición. Ap: Incertidum bre en m om ento (mv) II. Verdadero

Respecto al principio de incertidum bre de Heisen-

Establece que en principio es imposible medir

berg señale las proposiciones verdaderas (V) o fal­ so (F) según correspondan:

trón de forma simultánea, se puede medir con

I.

exactitud una de ellas pero no los dos a la vez.

con exactitud la posición y velocidad de un elec­

La relación de incertidum bre de Heisenberg se expresa como AxAp < h / 2 k .

III. Verdadero

II. Según el principio de Incertidumbre no es posi­ ble conocer a posición exacta de una partícula así como su velocidad sim ultáneam ente.

Es un concepto m atem ático probabilístico que llevó a la concepción de orbital atómico o nube electrónica.

III. El concepto de incertidum bre llevo posterior­ mente a la concepción de orbital atómico.

<0

VVV

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PROBLEMA 1 (UNI 200 3 - 1)

II

De dos átom os de hidrógeno, el electrón del primero está en la órbita n = 4 y en el otro en n = 5 ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son verdaderas? I.

En el primero, el electrón tiene m enor energía.

II.

En el segundo, el electrón se mueve más rápido.

III.

En el primero, el electrón se halla a m enor distan­ cia del núcleo.

A) D)

IB)III I y III

E)I,

C) I y II II y III

Resolución: Enmarcando la pregunta en el m odelo atóm ico pro­ puesto por Niels Bohr (1913), tenemos: Primer átomo de hidrógeno: e~ n = 4 Segundo átomo de hidrógeno: e~ n = 5 Adem ás sabemos:

®

Falso: En el segundo átomo, como el electrón se encuen­ tra en una mayor órbita, tendrá menor rapidez, pues más débil es la atracción que ejerce el núcleoatóm ico.

III. Verdadero: A m enor órbita, menor también será la distancia entre el núcleo y el electrón (radio de la órbita) Clave: D

PROBLEMA 2 (UNI 2 00 3 - II) En la relación a las partículas subatóm icas, determ ine las proposiciones verdaderas (V) o falsas (F) y marque la alternativa que corresponda. (

) Los protones y neutrones están presentes en el núcleoatómlco. ( ) Los protones, neutrones y electrones tienen la mis­ ma masa.

( ) Un haz de neutrones es desviado por un campo eléctrico. aumenta la energía del e aumenta la velocidad del e

©

Núcleo

n= 1

A) VVV D) FVF

Verdadera El núcleo atómico está constituido por dos partícu­ las fundam entales llam adas protones y neutrones.

Donde “n” representa la órbita del electrón. Entonces: Verdadero: En el primer átomo, como el electrón se encuentra en una menor órbita, tendrá en consecuencia me­ nor energía.

C) VFF

Resolución: I.

I.

B)W F E)FFF

II.

Falsa mprot6n= 1,672 X 1CT27 kg mneutr6„ = 1,675 x 10 27 kg m e,ec,f6 „ =

9 ' 11 x

1 0 -3 1 k 9

68

III.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Falsa El haz de neutrones no es desviado por un campo eléctrico debido a que no tienen carga eléctrica. Clave: C

PROBLEMA 3 (UNI 2 0 0 4 - 1) Respecto al m odelo de Bohr, señale la proposición co­ rrecta sobre los cuatro niveles de energía del átomo de hidrogeno mostrados en la siguiente figura:

PROBLEMA 4 (UNI 2 0 0 5 - 1) El espectro de emisión del átomo de hidrógeno pre­ senta una línea visible cuya longitud de. onda es 434 nanóm etros (nm). ¿Cuál es el m áximo nivel de energía involucrado en la emisión? Datos: Constante de Rydberg: RH = 109 678 cm -1 1 nm = 1CT7 cm A) 2

B) 3

C )4

D) 5

E) 6

Resolución: Datos: X„ = 434 nm = 434 Por teoría: Dónde:

r0: radio de la primera órbita de Bohr.

1

434x10'

A)

El radio de la segunda órbita es 4,76 A .

B)

La transición electrónica directa de n = 4 a n = 1 genera una línea espectral.

C)

La transición electrónica directa de n = 4 a n = 1 produce una radiación con frecuencia mínima.

D)

La transición electrónica d e n = 4 a n = 3 produce una radiación con longitud de onda mínima.

E)

La transición electrónica posible de absorción de i íi L : - energía corresponde al salto de n = 4 a n = 1.

Ffxí'C' . 'ó Incorrecta Sabem os que Rn = r0n2 (r0 = 0,529 A ), aplicando

B)

C)

D)

E)

Í-H H )

RH = 109 678 crrT1 nf: nivel de energía final. n¡: nivel de energía inicial.

Sabem os que el nivel de energía al que llegan los elec­ trones es el segundo: n, = 2.

Dato: r0 = 0,529 Á

A)

x 1(T7 cm

= 1 0 9 6 7 8 /4 - 4 ^

.-. n, = 5 Clave: D

PROBLEMA 5 (UNI 2 0 1 3 - II) Sobre el m odelo atómico actual, ¿Cuál de los siguien­ tes enunciados son correctos? I. A toda partícula en m ovimiento se le asocia un ca­ rácter ondulatorio (De Broglie). II. Es factible ubicar al electrón, en el átomo de hidró­ geno, a una distancia fija del núcleo (Heisenberg). III. El contenido energético del electrón en el átomo de hidrógeno, depende del número cuántico principal (Shrodinger).

se tiene: R2 = 2,12 Á .

A) D)

Solo I I y II

B)Solo II E)I y III

C) Solo III

Correcta La transición del e~, de n = 4 a n = 1, emite ener­ gía. El cual posee una longitud de onda y su co­ rrespondiente línea espectral. Esta línea espectral pertenece a la serie de Lyman.

M odelos atómicos I.

Incorrecta Cuando un e~ pasa de n = 4 a n = 1, emite la m áxima energía posible. Como AE = hf, entonces se concluye que f es máximo.

Verdadero (V) El carácter ondulatorio se asocia a toda partícula en movimiento, pero tiene sentido físico significati­ vo en partículas microscópicas.

II.

Incorrecta Cuando un e~ pasa de n = 4 a n = 3, emite la mínihe ma energía posible. Com o AE = ^ - , entonces se deduce que A, es máximo.

III.

Incorrecta Como hemos visto en la alternativa (C), ocurre la máxima energía de emisión.

Falsa (F) Según Hersenberg, no es posible determ inar en for­ ma sim ultanea la posición y momento lineal para el electrón, descartando el concepto de órbita definida. Verdadero (V) La ecuación de Schrodonger permite obtener pro­ bables estados energéticos para el electrón, y en el átomo de hidrógeno se obtiene soluciones más precisas que dependen del nivel energético para dicho electrón.

Clave: B

Clave: E

Resolución:

Q

PROBLEMAS

" ■ ■ n 1.

Com pletar las siguientes reacciones nucleares, ex­ presando la suma de las cargas de las especies nucleares halladas: I.

1j N

+

^H e

->

'¡ O

+

II.

“ Be + ^He -> 12C + ...

IV. ]¡P ->

7.

8. + ...

2.

B) 4

C )5

D) 6

E) 8

“ sRa - x jH e + 2¡®Rn + Y

A) Emisión beta, transm utación, fisión nuclear. B) Emisión beta, transm utación, fusión nuclear. C) Emisión alfa, transm utación, fusión nuclear. D) Las 3 son transm utaciones. E) Hay 2 transm utaciones y una fisión nuclear. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. El fenóm eno de radioactividad fue descubierto por Thompson. II. Rutherford identificó dos tipos de radiación proce­ dente de los materiales radiactivos, alfa y beta. III. Los rayos gam m a son afectados por un campo eléctrico.

4.

B) FVF

C) FVV

D) FFV

E) VFF

Determ inar la carga nuclear, si se sabe que el nú­ mero de protones es al número de neutrones como 4 es a 5. A )5 D ) 45

B ) 20 E) 55

C) 25

Los números de electrones de 3 Isóbaros eléctrica­ mente neutros, suman 242. Adem ás, los neutrones suman 262. Calcular el número de masa. A)

6.

E) 35

Respecto a los isótopos, señale la proposición in­

9.

Un elem ento E posee 2 isótopos, donde la suma de sus núm eros de masa es 29 y además uno tiene un neutrón más que el otro. SI el isótopo de me­ nor masa tiene un número de neutrones igual a 7, determ inar el número atóm ico de dicho elemento. A) 3

B) 5

C)

7

D) 9

E) 11

10. Indicar la(s) proposición(es) falsa(s). I. En un átomo neutro se cum ple que: número de electrones es igual al número de protones. II. Un núclido es una especie nuclear en particular con número atómico y número de masa definidos. III. Los isótopos son átom os de un m ismo elem en­ to que tienen igual número de neutrones.

En un átomo neutro se cumple: A 2 + Z2 - N2 = 1800

5.

D) 18

isótopos. E) En la actualidad se han creado isótopos para todos los elementos químicos.

III. 2H + 2H -> jH e + energía

A) V W

C )1 5

A) Los isótopos de un m ismo elem ento poseen di­ ferente número de masa. B) Tienen propiedades químicas idénticas, pero propiedades físicas ligeram ente diferentes. C) El hidrógeno posee el isótopo deuterio, el cual form a el agua pesada. D) En la naturaleza, todos los elem entos poseen

II. ^Be + ^He -> '\C + JP

3.

B) 12

correcta:

C lasificar las siguientes reacciones nucleares: I.

69

En dos isótonos los números de masa son el doble y el triple de sus números de protones correspon­ dientes. Los números de electrones, en ambos áto­ mos, suman 27. ¿Cuál es el número atómico del átomo con mayor cantidad de nucleones? A) 9

V. 2oCa(a; ...) ^ S c A) 3

■

PROPUESTOS

...

III. ^Be(p; a ) ...

u ím ic a

124

B) 168

C )8 1

D ) 86

E ) 120

La dife re n cia de cuadrados del núm ero de nu­ cleones y la carga n uclear de un átom o J con 10 neutrones es 280. D eterm inar el núm ero de ele ctro n e s que tiene el anión de carga 2 de dicho átom o. A) 9

B) 11

C) 13

D) 15

E ) 17

A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) II y III

C) Solo III

11. ¿Cuáles son incorrectas? I.

Para los isótonos, los números de masa son di­ ferentes.

II. En los isótopos, los números de protones son diferentes. II. Si dos átomos son Isóbaros, entonces los nú­ meros de electrones pueden ser ¡guales. IV. Si dos átom os son isótopos, los números atóm i­ cos son iguales, pero los números de protones, distintos. A) II, III y IV D) II y I

B) Solo III E) II y IV

C ) l y III

12. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Históricamente, el neutrón fue la primera partí­ cula subatóm ica en descubrirse.

70

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Dado que un núcleo puede em itir electrones, el núcleo de un átomo está conform ado por proto­ nes, neutrones y electrones. III. El número de neutrones de un átomo puede calcularse restando el número atómico del nú­ mero de masa. A) V W 13.

B) VFF

C) FVV

D) FVF

E) FFV

Indicar verdadero (V) o falso (F): I. Las partículas elem entales son los protones, neutrones, electrones, positrones, alfa, para especies atómicas radiactivas o no. II. La masa de los neutrones es ligeram ente supe­ rior a la de los protones. III. La masa de los protones es 1836 veces la masa de los electrones. IV. Existen nucleones positivos, nucleones negati­ vos y nucleones neutros. A) W W D) VVFF

B) F V W E) V W F

C )F V V F

14. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. La radiactividad de sales de uranio producen partículas tipo alfa, beta y radiaciones electro­ m agnéticas tipo gamma. II. Las reacciones de fusión emiten mayor energía que las reacciones de fisión. III. Un ejem plo de fisión se da en la explosión de la bomba atómica. A)

VVV

B) VVF

C) FVF

D) FFV

E) FFF

15. Indicar correctam ente la relación partícula - carac­ terística. a. Neutrón I. Carga eléctrica positiva b. Protón II. Carga eléctrica negativa c. Electrón III. Sin carga eléctrica A) al, bll, c lll D) al, blll, cll

B) a lI, blll, el E )a ll, bl, clll

C) allí, bl, cll

B) U - - 92 E) Zr - 97

^C P208[: ¡Pb

17. En un átomo, el número de nucleones excede en 33 al número de electrones. Si el número de masa es 60, ¿cuál es el valor de la carga nuclear? A) 33 D) 37

B) 93 E ) 47

C) 27

18. Respecto a las características del átomo, indicar verdadero (V) o falso (F): I. En general, el número de neutrones en el nú­ cleo es m ayor o igual al número de protones. II. Los neutrones en algunos núcleos atómicos po­ seen carga positiva. III. La masa de un catión m onovalente es aproxi­ madam ente igual a la masa del átomo neutro.

B) VVV

C) VFF

D) FFV

E) VVF

19. Para la especie quím ica 1“ A g 4. indicar la proposi­ ción incorrecta: A) B) C) D) E)

El número atómico de la plata es 47. En 10 átomos de plata, existen 610 neutrones. El catión plata contiene 48 electrones. El número de nucleones de la plata es 108. En 10 átomos de plata, existen 470 protones.

20. Señalar la proposición incorrecta: A) Todos los átomos tienen protones. B) La especie química m onoatómica “ E 3* tiene 30 neutrones. C) El ión 3^p34 tiene 18 electrones. D) En toda especie química m onoatómica neutra el número de protones es Igual al número de electrones. E) Todos los átomos siem pre tienen protones y neutrones en su núcleo atómico. 21. Si en un átomo de Rutherford, la diferencia de cua­ drados del número de masa y número atómico es 432, hallar su carga nuclear es. A) 6

B) 12

C )8

D) 9

E) 10

22. En un átomo J que tiene una carga de - 4 se cum ­ ple que A 3 - 3AZN = 189, tiene 5 nucleones neu­ tros, entonces sus nucleones son: A) 7

B) 5

C )8

D) 10

E) 9

23. El número de masa de un átomo J es el menor número capicúa de tres cifras y el número atómico es el triple del menor cuadrado perfecto de dos ci­ fras. Hallar el número de nucleones de un átomo L que es ¡sótono con el primero, cuya carga nuclear relativa es 45. A) 93

¡eñalar qué notación no corresponde3 a ¡ un núclido: ,4C I Po (Z = 84)

A) VFV

B) 96

C )1 3 5

D) 98

E) 106

24. La suma de las cargas absolutas de las nubes electrónicas de los iones J3* y J 1 que son isótopos es 28,8 x 10~19 C. Determ inar la carga nuclear de uno de los isótopos. A) 8

B) 9

C) 10

D) 11

E) 12

25. El número de protones y número de neutrones de un átomo J se encuentra en la relación numérica de 4 a 5 respectivam ente. Si el número de nucleo­ nes cumple con: A 3 - 27 = (A + 1)(A - 1 ) A , deter­ m inar el valor de la carga nuclear absoluta. A) +1,92 x 10~19 C C) + 1 ,92 x 10~1S C E) + 1 ,6 x 10 19 C

B) + 1 ,6 x 10 18 C D) +7,2 x 10~28 C

26. Los números de electrones de 3 isóbaros eléctrica­ mente neutros, suman 242. Además, los neutrones suman 262. Hallar el número de masa.

Q

A) 124

B) 168

C )81

D) 86

E) 120

27. De las siguientes proposiciones, cuáles son co­ rrectas: I. Los iones N 0 3" y C O 2 tienen el m ismo núm e­ ro de electrones. II. Si el ion J3~ tiene 18 electrones, L2 posee 10 electrones, entonces el ión (JL.)3 tiene 50 elec­ trones. III. La suma de los electrones de los iones J3 y L2* es 48 entonces la suma de los electrones de los iones J 1' y L4 es 50. A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I, II y III

B) 12

C) 15

D) 18

E) 35

29. Un átomo J. eléctricam ente neutro, tiene número de masa y número atóm ico que son el doble y la mitad de los respectivos número atómico y número de masa de otro átomo L. Los neutrones en J y en L suman 53. Hallar el número de masa de L si el de J es 54. A ) 56 D ) 58

B) 51 E) 52

B) 75

C) 76

71

Los rayos p son emitidos por los núclidos ines­ tables con exceso de neutrones.

A) 0

B) 1

C )2

D) 3

E) 4

33. Mediante desintegraciones sucesivas el j | 4Ra, Ra se transform a en | ! 8Pb. Determ ine el número de partículas “a " y “p ” emitidas. A) 2a y 4p D) 4a y 4p

B) 3a y 6p E) 6a y 3p

C) 4a y 2p

34. Con respecto a los números cuánticos y teoría mecanocuántica para el átomo, indique lo incorrecto:

D) 77

A) Una densidad electrónica de 90% en orbitales tipo esférico está caracterizado con L = 0. B) El movimiento del electrón sobre su eje de rota­ ción está representado por el número cuántico "s" C) El número de electrones m áximos en un nivel está dado por: ¿ 2 ( 2 L + 1 ) . L =O

D) El electrón 3; 1; —1; + 1/2 presenta mayor ener­ gía relativa que el electrón 3; 2; 0; -1 /2 . E) En un átomo solo pueden existir 5 electrones con: n = 4 ;L = 2 y s = + 1/2 35. ¿Qué alternativa contiene una especie química cuyo átomo central tiene un octeto expandido. Dado: Z[Pb = 82, S = 32] A) NH4CI

C) 54

30. La relación entre el número de electrones de los siguientes iones J2~ y L3+ es 1/2 respectivamente, si la diferencia entre sus cargas nucleares es 30. Determ inar el prom edio de sus números de masa mínimos. A) 74

■

C) Solo III

28. En dos ¡sótonos, los números de masa son el doble y el triple de sus núm eros de protones correspon­ dientes. Los números de electrones, en ambos áto­ mos, suman 27. ¿Cuál es el número atóm ico del átomo con mayor cantidad de nucleones? A) 9

•

u ím ic a

E) 78

C) H N 0 2 D) PbCI2

E) l3

36. Determine qué molécula es no polar con enlaces no polares. A) BF3

B) NH3

C) P4

D) CF4

E) H2S

37. ¿Cuantos electrones desapareados presenta un átomo que contiene 52 nucleones, de los cuales, 28 son neutrones? A) 4

31. Una partícula que es emitida por la desinte­ gración de un átomo alcanza una velocidad de 8,27 x 108 cm/s y tiene una longitud de onda aso­ ciada de 8,8 x 10~9cm. Si esta partícula es desvia­ da por un campo eléctrico. ¿Cuál será? Datos: masa e = 9,1 x 1CT31 kg

B) H2S

B) 5

C )6

D) 3

E) N. A.

38. Se prepara una mezcla con un líquido “X " y H20 en una proporción volum étrica de 3 a 2 respecti­ vamente. Si la densidad de “X ” es 2g/mL; hallar la densidad de la mezcla en g/mL. A)

1,2

B) 1,4

C) 1,6

D) 1,8

E) 1,5

p + = n° = 1,67 x 10 27 kg h = 6,63 x 1Cr34Js A) Electrón D )A lfa

B) Neutrón E) Positrón

C) Protón

32. Señale la cantidad de proposiciones incorrectas: • Un proceso radioactivo se genera por inestabi­ lidad del núcleo. • Si se emite una partícula p la carga nuclear au­ menta en uno. • Los núcleos atóm icos es más estable cuando posee igual número de protones y neutrones. • Los núclidos inestables son aquellos donde Z > 84.

39. Dadas las proposiciones: I. La materia en el universo se puede manifestar de dos form as equivalentes: masa y energía. II. Una sustancia simple pura es aquella form ada solo por un mismo tipo de moléculas. III. El peso, la inercia y el volumen son propieda­ des extensivas de la materia. IV. La dureza es la propiedad por la que un cuerpo sólido no se puede romper. Son correctas: A) D)

I y II II y IV

B) II y III E) Solo IV

C) I, III

72

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

40. En el átomo de hidrógeno, un electrón experim en­ ta una transición de un estado cuya energía es -0 ,5 4 4 eV a otro estado cuya energía es -1 ,5 1 eV. ¿Cuál es la distancia entre estos dos niveles ener­ géticos? Dato: r0 = radio de la primera órbita, A) 25r0 D) 8r0

B) 4r0 E) 16r0

46. Determ ine la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones. I.

II. La energía involucrada en el proceso: Na(g) + 1 e~ — ► Na~(g) se denom ina afinidad electrónica.

C) 13r0

III. El orden creciente del carácter m etálico para: ,,Na, 19K y 3L í es: L¡ < Na < K.

41. ¿A qué serie espectral pertenece la radiación em i­ tida por un electrón que cae desde el 4° nivel si la longitud de onda emitida es 4848 A? Dato: RH = 1,1 x 105 cm 1 A) Lyman D) Pfund

B) Paschen E) Brachett

A) B) C) D) E)

El nitrógeno esta hibrizidado en sp3. La molécula tiene 4 electrones libre. No presenta resonancia. La molécula es lineal. La m olécula es apolar.'

B) 1 E )4

A) FVFV D) VVVF

B) V V W E) F V W

B) 240 - 280 E) N. A.

C) 270 - 300

48. De acuerdo al m odelo de Bohr analice la veracidad (V) o falsedad (F) de los siguientes enunciados. I.

Un electrón en estado excitado es m enos esta­ ble por su mayor contenido energético. II. El signo negativo de la fórm ula de Bohr, E. = - R h/ 4 A indica el carácter exotérm ico de \n una transm isión electrónica.

C) 2

III. Un elevado valor "n" indica que la energía aso­ ciada al electrón es menor.

44. Con respecto a la clasificación periódica actual se­ ñale lo incorrecto. A) Los elem entos están ordenados según sus car­ gas nucleares. B) La tabla Periódica consta de 16 grupos distri­ buidos en dos series "A" y "B". C) En el grupo IVA existen m etales, no metales y metaloides. D) Todo periodo comienza con un metal alcalino y term ina con un gas noble. E) Son calcógenos: S - S e - T e .

C) FFVV

47. El ozono 0 3, se descom pone en la estratosfera ab­ sorbiendo radiación UV de energía 7,65 x 1 0 "19 J. De esta manera, el ozono nos protege de esta radiación, principal causa del cáncer a la piel. En qué intervalo, en nanóm etros, se encuentra com ­ prendida la longitud de onda de la radiación UV. Dato: h = 6,63 x 10 MJ.s. A) 200 - 240 D) 300 - 400

43. Se tiene al siguiente ion: gE1". Indique cuántas pro­ posiciones son incorrectas, respecto al ion: • Su carga nuclear es 10. • Se trata de un ion diamagnético • Posee 5 electrones con L = 1. • La carga absoluta de sunube electrónica es - 1 , 6 x 10 18C. A) 0 D )3

IV. El carácter no metálico dism inuye de izquierda a derecha en los periodos de la Tabla.

C) Balmer

42. Con respecto a la molécula N20 (donde los nitróge­ nos están unidos); indique lo correcto:

La energía de ionización de „N a es m ejor que la del 15P.

IV. Un electrón libre, que no se halla bajo la influen­ cia del núcleo tiene un valor de E = O. A )V F F V D) FFFV 49.

B )V V V F E) VFFF

C )V V F V

¿Qué molécula no tiene asociada correctam ente su m om ento dipolar resultante?. Dato: Z[AI = 13]. l .8-

jl,8 +

C I^ C I 8+

5+

8"

45. Determine cuantas expresiones son incorrectas. •

En el H20 el enlace O - H es polar covalente.

•

En el enlace covalente ocurre un traslape de los orbitales de valencia, con electrones des­ apareados.

• • •

El com puesto HF tiene enlace iónico. El HCI es más soluble en el H20 que el 0 2. En la m olécula del H N 0 3 hay un enlace dativo y un covalente doble.

A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

D)

E) 4-

50.

Cl í A l. Cl

g=0 Cl

La diferencia de cuadrados del número de nucleo­ nes y la carga nuclear de un átomo "J" con 10 neu­ trones es 280. Determ inar el número de electrones que tiene el anión de carga dos de dicho átomo. A)

9

B) 11

C )1 3

D) 15

E) 17

Q

51. En dos ¡sótanos, los números de masa son el doble y el triple de sus números de protones correspon­ dientes. Los números de electrones, en ambos áto­ mos, suman 27. ¿Cuál es el número atóm ico del átomo con m ayor cantidad de nucleones? A) 9 D) 18

B) 12 E) 35

u ím ic a

■

73

57. Clasifique las siguientes reacciones nucleares: I.

882Ra — 2Ha + 868Rn + Y

II. jjBe + 2He III. (H + 2H -

í¡2C + ¡p

^He + Energía

C )1 5 A) Emisión beta, transm utación, fisión nuclear. B) Emisión beta, transm utación, fusión nuclear

52. En un átomo el número de nucleones excede en 33 al número de electrones. SI el número de masa es 60, ¿Cuál es el valor de la carga nuclear? A ) 33 D) 37

B ) 93 E) 47

C) Emisión alfa, transm utación, fusión nuclear. D) Las 3 son transm utaciones. E) Flay 2 transm utaciones y una fisión nuclear.

C) 27 58. En un átomo neutro se cumple: A 2 + Z 2 - N2 = 1800

53. Respecto a las características del átomo, Indique verdadero (V) o falso (F): I. En general, el número de neutrones en el nú­ cleo es mayor o igual al número de protones. II. Los neutrones en ángulos núcleos atómicos po­ seen carga positiva. III. La masa de un catión m onovalente es aproxi­ madam ente igual a la masa del átomo neutro. A) VFV D) FFV

B) VVV E) VVF

C) VFF

54. Com plete las siguientes reacciones nucleares, ex­ presando la suma de las cargas de las especies nucleares halladas. |. «M + 4He _ 17o + II. 3Be + 2He — III. .:Be(P: a) IV.

—

. (4°S + ...

B) 4

C) 5

D) 6

E) 8

A) Los isótopos de un m ismo elemento poseen di­ ferente número de masa. B) Tienen propiedades químicas idénticas, pero propiedades físicas ligeram ente diferentes. C) El hidrógeno posee el isótopo deuteño, el cual forma el agua pesada. D) Todos los elem entos en la naturaleza poseen isótopos. E) En la actualidad se han creado isótopos para todos los elem entos químicos. 56. Un elem ento "E" posee 2 isótopos, donde la suma de sus números de masa es 29 y además uno tiene un neutrón más que el otro. SI el Isótopo de me­ nor masa tiene un número de neutrones igual a 7, determ inar el número atómico de dicho elemento. 3

B) 5

B ) 20

D) 45

E) 55

C) 25

Los números de electrones de 3 isóbaros eléctrica­ mente neutros, suman 242. Adem ás, los neutrones suman 262. Calcular el número de masa. A ) 124 D ) 86

B) 168 E) 120

60. Para la especie química ™ A g 7 sición incorrecta:

C) 81

Indique la propo­

El número atómico de la plata es 47. En 10 átomos de plata, existen 610 neutrones. El catión plata contiene 48 electrones. El número de nucleones de la plata es 108. En 10 átom os de plata, existen 470 protones.

61. Señale la proposición incorrecta:

55. Respecto a los isótopos, señale la proposición in­ correcta:

A)

59.

A )5

A) B) C) D) E)

¡2C + ...

V. « C a (a ; ...) « S e A) 3

Determ inar la carga nuclear, si se sabe que el nú­ mero de protones es al número de neutrones como 4 es a 5.

C )7

D) 9

E) 11

A) Todos los átomos tiene protones. B) La especie química m onoatómica g E 3* tiene 30 neutrones. C) El Ion j” P3“ tiene 18 electrones. D) En toda especie quím ica m onoatómica neutral el número de protones es igual al número de electrones. E) Todos los átomos siem pre tienen protones y neutrones en su núcleo atómico. 62. Indique la(s) proposición(es) falsa(s): I.

En un átomo neutro se cumple: Núm ero de electrones = Número de protones.

II. Un núclido es una especie nuclear en particular con número atómico y número de masa defini­ dos. III. Los isótopos son átom os de un mismo elem en­ to que tienen igual número de neutrones. A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) II y III

C) Solo III

74

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

63. ¿Cuáles son incorrectas? I. Para los isótonos, los números de masa son di­ ferentes. II. En los isótopos, los números de protones son diferentes. III. Si dos átomos son isóbaros, entonces los nú­ meros de electrones pueden ser iguales. IV. Si dos átomos son isótopos, los números atómi­ cos son iguales, pero los números de protones, distintos. A) II, III y IV D) II y III

B) Solo III E) II y IV

B) W F

C)

FVF D) FFV

E) FFF

a.

Neutrón

I.

b.

Protón

II. Carga eléctrica negativa

Carga eléctrica positiva

c.

Electrón

C) allí, bl. cll

66. Señale que notación no corresponde a un núclido: A) 14C D) Po(Z = 84)

B) U - 92 E) Zr - 97

B) FVF E) VFF

B) F V W E) V W F

C) F W F

70. Si la masa del protón es 1,007825 urna y del neu­ trón es 1,008665 urna, halle la energía de enlace (llamada también de em paque) nuclear en el J|7I, si se sabe que la masa atómica de este nuclido es de 126,9004 urna. Dato: 1 urna = 1,66 x 10 27 kg. A) 25,7 x 10 36 J

B) 3 9 ,6 x 1 0 14 J

C ) 1 ,3 6 x 1 0 12 J

D) 41,8 x 10 10 J

E) 1,73 x 10 10 J 71. Se tiene dos isóbaros P y Q cuya suma de núm e­ ros atómicos es 64. La diferencia del número de neutrones de ambos es 24. Hallar el número de electrones de P4'. A) 24 D) 18

B ) 22 E) 16

C ) 20

72. Se tiene las siguientes especies con igual número de electrones: X6*, Y 57 W“ , E2 . Determ inar cuál de ellos tiene mayor número de neutrones, sabien­ do que sus átomos neutros son isóbaros. A) D)

X6* E2

B) W 4* E)Iguales

C) Y5-

73. Relacione ambas columnas:

C) FVV

I.

925U y 2f U

II.

i»

A.

Igual N° de electrones

B.

Isóbaros

III. ,9k 1‘ y 17c i 1-

C.

Isótopos

IV. ^3C y )4n

D.

Isótonos

Ar Y “ Ar

A) IA; IIB; IIIC; IVD

B) IC; NA; IIIB; IVD

c ) IC: 11A; IIID: IVB

D) IC; IIB; NIA; IVD

E) IA; IIC; IIID; IVB

68. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

III. La masa de los protones es 1836 veces la masa de los electrones. IV. Existen nucléolos positivos, nucléolos negati­ vos y nucleones neutros.

C) 2™Pb

67. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. El fenóm eno de radioactividad fue descubierto por Thom pson. II. Rutherford identifico dos tipos de radiación proceden de los m ateriales radioactivos, alfa y beta. III. Los rayos gam m a son afectados por un campo eléctrico. A) VVV D) FFV

II. La masa de los neutrones es ligeram ente supe­ rior a la de los protones.

III. Sin carga eléctrica B) all, blll, el E) all. bl, clll

Las partículas elem entales son los protones, alfa, para especies atómicas radiactivas o no.

A) V V W D) VVFF

65. Indique correctam ente la relación: partícula - ca­ racterística

A) al. bll, clll D) al. blll. cll

I.

C) I y III

64. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. La radiactividad de sales de uranio producen partículas tipo alfa, beta y radiaciones electro­ m agnéticas tipo gamma. II. Las reacciones de fusión emiten m ayor energía que las reacciones de fisión. III. Un ejem plo de fisión se da en la explosión de la bomba atómica. A) VVV

69. Indique verdadero (V) o falso (F):

Históricamente, el neutrón fue la primera partí­ cula subatóm ica en descubrirse.

74.

De la siguiente serie de especies químicas, no se pueden afirm ar que: 43y S-4 42\A/ 40Y 3487 1~ 41\A/1 21 20 18 ' 19 20

II. Dado que un núcleo puede em itir electrones, el núcleo de un átomo está conform ado por proto­ nes, neutrones y electrones.

A) Existen dos especies que son isótopos.

III. El número de neutrones de un átomo puede calcularse restando el número atómico del nú­ mero de masa.

C) Existen solo 2 especies que son isótonos.

A) VVV

E) Solo hay 4 iones, 2 cationes y 2 aniones.

B) VFF

C) F W

D) FVF

E) FFV

B) Existen 2 pares de especies que tienen igual número de electrones. D) Existen 2 especies que son isóbaros.

Q

IV.

75. Considere las siguientes especies: 2§Ne; « F 1-, ^ O 2';

i 3a í 3”

I. ¿En qué se diferencian? II. ¿Qué tienen de común todas ellas? I II A) Protones Electrones B) Neutrones Protones C) Neutrones Electrones D) protones y neutrones Electrones E) Protones Neutrones y electrones 76. De: I.

El ion 3X x~2’"J 34 tiene 27 leptones extranucleares fundam entales. II. En un “átomo de Rutherford” que presenta 70 nucleones, el número de quark “ up” de partícu­ las fundam entales es 105. III. Todos los elem entos tiene isótopo naturales Señale lo correcto:

A) Solo I D) I y II

B)Solo II E)I; II y III

C) Solo III

A) 60

B) 75

C )1 7 5

D) 50

E) 95

78. El siguiente enunciado "Suponem os que el átomo es una esfera de carga positiva uniforme, en el cual se encuentran incrustados partículas negati­ vas, form ando capas concéntricas". Corresponde al m odelo atómico de: A) Bohr C) Thom son E) Dalton

B) Rutherford D) Bohr-Somm erfleld

79. En un átomo donde: Z = A/2, se cumple: A 2 - p2 - N2 = 288, adem ás es isótono con 22R. ¿Cuál es la carga nuclear de R? A) 16

B) 8

C )1 0

D) 12

E) 11

80. Para cierto átomo neutro se cumple: A = Z + 2 /9 -A Z Si el número de electrones en un átomo neutro es igual al número de neutrones, hallar el número de protones del elemento. A) 6

B) 5

C) 4

D) 3

E) 2

81. Indique que proposiciones son no correctas: I. En la hipótesis de Dalton se concluye que el átomo es indivisible. II. Con la experiencia de Thom pson, no se pudo afirm ar que el átomo tiene un núcleo positivo. III. Según la experiencia de Rutherford se pudo de­ ducir que el átomo es trem endam ente vacío.

■

75

Bohr estableció que la energía de un electrón de un átomo esta cuantizada, esto significa que el electrón es libre de tener cualquier cantidad de energía.

A) I y II D) II y III

B) III y IV E) Solo III

C) Solo IV

82. La teoría de Dalton propuesta en 1803 fue un apor­ te al conocim iento de la estructura de la materia, indique cuantas proposiciones son correctas: I. El átom o es indivisible es decir no está form ado por partículas. II. La materia está form ada por partículas a las que llamó átomos. III. Los com puestos se form an por combinación de átomos. IV. Todos los átomos de un mismo elem ento tiene la misma masa. V. Los átom os de elem entos diferentes difieren en su masa y en sus propiedades. A) 1

77. Los números de masa de dos isótonos tienen una diferencia de 20 unidades, si sus núm eros atóm i­ cos se encuentran en la relación de 3/4. Señale como respuesta el número de electrones del catión pentavalente de mayor número de masa.

u ím ic a

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

83. De: I. Los leptones participan en la interacción débil. II. Los hadrones participan en la interacción fuerte. III. De las partículas elem entales con más, solo protones y electrones son estables. Son correctas: A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I, II y III

C) Solo III

84. El ion X 2" presenta 16 electrones, además se sabe que el ion Y2~ tiene igual número de electrones con el ion X 3', determ inar el número de electrones del ion y 1” . A) 16

B) 17

C )1 8

D) 19

E) 20

85. Para la especie química 3l:35J lO indicar cuantas proposiciones son no incorrectas: I. Su carga nuclear es 18 II. Tiene 40 nucleones III. La carga absoluta de la nube electrónica es - 3 ,2 x 1CT19C IV. Los neutrones exceden en dos a los electrones. V. Es un anión de carga dos. A)

1B) 2

C )3

D) 4

E) 5

86. Indicar cuantas proposiciones son no correctas: I. Los hadrones son partículas elem entales que no se constituyen de otras partículas. II. Los leptones son el neutrino, electrón, muón y tauón. III. Un átomo de cualquier elem ento se form a por una combinación fija de leptones y quarks. IV. Elprotón se constituye de 2p y 1d. V. Elneutro se constituye de 2d y 1p A)

1B) 2

C )3

D) 4

E) 5

76

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

87. ¿Cuántos de los siguientes postulados del átomo de Bohr son falsos? I.

En un átomo, el electrón tiene únicamente ciertos estados definidos estacionarios de mo­ vim iento que le son permitidos, cada uno de es­ tos estados estacionarios tiene una energía fija y definida.

II. En cualquiera de estos estados, electrón se mueve siguiendo una órbita circular alrededor del núcleo. III. Cuando un átomo está en uno de estos esta­ dos, no irradia; pero al cam biar de un estado de alta energía a un estado de energía inferior, el átomo emite un cuanto de radiación. IV. Los estados de movimiento electrónico perm iti­ dos, son aquellos en los cuales el m om ento an­ gular del electrón es un múltiplo entero de h/2n A) 0

B) 1

1. A 2. C 3. B 4. B 5. B 6. B 7. D 8. D

C) 2

13. B ■ 14. A 15. C 16. D 17. C 18. A 19. C 20. E 21. B 22. E

9. C 10. C 11. E

23. D

12. E

24. C

D) 3

25. 26. 27. 28. 29.

C B E

D E 30. C 31. A 32. B 33. C 34. D 35. E 36. C

88. ¿Cuántas de las siguientes proposiciones son co­ rrectas? I. Rutherford concluyó que los electrones no son partículas de gran masa. II. Rutherford conceptuó al átomo como un núcleo denso de carga positiva, con electrones perifé­ ricos. III. Thom pson, determ inó la relación e/m del elec­ trón. IV. Planck estableció que, la energía de la radia­ ción luminosa es inversam ente proporcional a la frecuencia. A) 0

37. C 38. C

49. D 50. B

39. C 40. E

51. D 52. C 53. A

41. 42. 43. 44.

C D

C )2

D) 3

E) 4

89. Si los iones A 4 y B2~ tienen en total 48 electrones, ¿Cuál es la suma de la cantidad de protones de los iones: A2 y B3'? A) 48

E) 4

B) 1

54. A

C D 45. A 46. D 47. B

55. D 56. C 57. C 58. B 59. B

48. A

60. C

B) 49

61. 62. 63. 64.

E C E A 65. C 66. D 67. B 68. 69. 70. 71. 72.

C )5 0

73. D 74. C 75. A 76. B 77. B 78. C

E B

79. C 80. E 81. C

E E C

82. E 83. D 84. C

D) 51

85. D 86. A 87. A 88. C 89. C

E) 52

Números cuánticos Configuración electrónica

o D

a o u

Erw in Rudolf Josef Alexandcr Schródinger (Erdberg, 12 de agos­ to de 1887-Erdberg, 4 de enero de 1961) fue un físico austríaco, naturalizado irlandés, que realizó importantes contribuciones en los campos de la mecánica cuántica y la termodinámica. Recibió el Pre­ mio Nobel de Física en 1933 por haber desarrollado la ecuación de Schródinger. Tras mantener una larga correspondencia con Albert Einstein propuso el experimento mental del gato de Schródinger. que mostraba las paradojas e in­ terrogantes a los que abocaba la física cuántica.

E n 1926 p u b lic ó u n a se rie d e a r­ tíc u lo s q u e se n ta ro n las b ases de la m o d e rn a m e c á n ic a c u á n tic a o n d u la to ria , y e n lo s c u a le s tra n s­ c rib ió e n d e riv a d a s p a rc ia le s su c é le b re e c u a c ió n d ife re n c ia l, q u e r e la c io n a la e n e rg ía a s o c ia d a a u n a p a rtíc u la m ic ro s c ó p ic a c o n la fu n c ió n d e o n d a d e sc rita p o r d ic h a p a rtíc u la . D e d u jo este re su lta d o tra s a d o p ta r la h ip ó te s is de D e B ro g lie . e n u n c ia d a e n 1924, se g ú n la c u a l la m a te ria y las p a rtíc u la s m ic ro s c ó p ic a s , e stas e n e s p e c ia l, so n d e n a tu ra le z a d u a l y se c o m p o rta n a la ve z c o m o o n d a y c o m o c u e rp o . A te n d ie n d o a estas c irc u n s ta n c ia s , la e c u a c ió n d e S c h ró d in g e r a rro ja c o m o re su lta d o fu n c io n e s d e o n d a , re la c io n a d a s c o n la p ro b a b ilid a d de q u e se d é u n d e te rm in a d o su c e so fís ic o , tal c o m o p u e d e se r u n a p o s ic ió n e s p e c ífic a d e u n e le c tró n en su ó rb ita a lre d e d o r d e l n ú c le o . F u e n te : W ifeip ed ia

78

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Ecuación de Schródinger Erwin Schródinger (1926), propuso una ecuación de onda para describir el com portam iento de un electrón, dotándola de la naturaleza ondulatoria y corpuscular sim ultáneam ente. Su ecuación es de 2.° orden. a ^ + 3v + a ^ + 8 ^

ax2

ay

az2

Q

h2

Donde:

Gráfico para el átomo de hidrógeno.

vy2: Probabilidad de encontrar al electrón cerca del núcleo.

v¡i (psi): se llama función de onda m: masa del electrón h: constante de Planck E: energía total V: energía potencial La solución m atem ática de la ecuación de onda requie­ re introducir núm eros enteros que tienen que ver con la energía, probable ubicación y forma de la nube elec­ trónica. Estos números reciben el nombre de “números cuánticos”.

El electrón en su concepto más moderno tiene un mo­ vim iento ondulatorio, donde la distancia más cercana al núcleo es de 0.53 A. .-. La probabilidad de encontrar al electrón más cerca del núcleo es 0,53 A; a otras distancias la probabili­ dad es muy pequeña.

<♦ NÚMEROS CUÁNTICOS Son: n; £; m; s. Principal

Los 3 números cuánticos de la solución de Schródinger no son suficientes para explicar todas las propiedades del electrón: por ello es necesario introducir un cuarto número cuántico. Llamado spín o número cuántico de rotación, el cual concibe que un electrón rota alrededor de un eje im agi­ nario; a m edida que gira alrededor del núcleo atómico.

Secundario o azimutal

Spín

Magnético

I i~ ñ ~ i

cu

r n i

Significado 1 jamado

Forma

Orientación

Rotación giro del electrón

Orbital Es la región espacial que rodea al núcleo, donde existe la más alta probabilidad de encontrar 2 electrones en sentidos contrarios. También llamado:

orbital Valores Principal (n) 1 n =

R E E M P E capas -

1; 2

3; 4:

5; 6;

7:

.

1

í

.

I

K

L

M N O P Q

!

.

Electrónica Probabilística

11 < n < 7c~|

Manifestación Energética

Secundario (0) t = 0; 1; 2; 3; 4; ... ; n - 1

Espacial Región Ya que es im posible encontrar al electrón según Schróndinger, entonces aparece el orbital. .-. Ya no existe un m ovim iento fijo a distancia del núcleo predicho por Bohr. Tipos de orbital orbital vacío

| 0 < C< n - 1 [ E je m p lo : n = 3 a t: 0; 1; 2 Magnético (m) m = -C; ... - 1 ; 0; + 1 ; . I desde m = -2

I

electrón desapareado

m = -1

II

electrón apareado

m =

0

m = +1

La flecha indica la forma convencional como rota el electrón.

m = +2

+C

i hasta

-C < m < C

Q

•i

Spín (s): es el sentido del giro es convencional.

c 6

0

* Florado - 1/2

Antihorario + 1 /2

Tipo

t

2t + 1 n.° orbitales

2(211 + 1 ) n.° máx. e7

s

0

1

2

P

1

3

6

d

2

5

10

f

3

7

14

Los 2 spines deben ser opuestos para buscar su estabilidad del orbital. Si no fuese así, existiría la fuerza de repulsión.

A) B) C) D) E)

n = 4; C= n = 3: C= n = 2; t = n = 4; t = Ninguno

4; 2; 1; 1;

m= m= m= m=

-2 ; +3; 0; s -1 ;

s s = s

79

Constituye las energías que corresponden a grupos diferentes de orbitales (s; p; d; f) dentro de un mismo nivel de energía.

En un orbital lleno: (electrón apareado)

E je m p lo : ¿Qué alternativa es posible?

■

Subnivel de energía

s = - 1 /2

s = +1/2

u ím ic a

Designación cuántica Designación espectroscópica Forma Orbital: [ T ] : Sharp (nítido)

= +1/2 = - 1 /2 1/2 = - 1 /2

Forma: esférica

m = 0

->- X

Resolución: A) (F) C: no puede ser igual a n: 0 < t < n - 1 0= 4 =* £ = 0; 1; 2; 3 B) (F) C= 2; m = + 3 “m” depende de f: - t < m < +C ...(F) si C = 2 => m = - 2 ; - 1 ; 0:+1; + 2

Orbitales: [ p ] 1 Principal Y

C) (V) n,C, m: son valores correctos que pueden tomar. El spin (s) es convencional y puede tomar: +1/2. D) (V) n = 4;

(= 1 ;

m = -1 ;

Orbitales p

s = -1 /2

1

1

i

correcto

correcto

correcto

.-. Alternativas posibles son C y D. Forma: lobular

Nivel de energía

Y

Es el estado energético que corresponde a un grupo de electrones (2; 8; 18;... etc.) (cantidad de electrones que corresponden en cada nivel) y que depende de la distancia prom edio del núcleo.

,z

A más cerca del núcleo, menor energía.

K

A más lejos del núcleo, más energía. Capas

K

L

M

N

O

P

Y

*

Q

,z -►X

n= 1 n= 2

n= 3 n=4

n= 5n =

6

n= 7

Designación cuántica

*

m = 0

m = -1

Designación espectroscópica

Y P»

*■

| m = +1

|

h

pz

Representación espacial de la ecuación Schródinger.

80

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Orbital: [d ]: Difuse (difuso) - n.° de e lectron es

Forma: dilobular N ive le s de energía (rep re sen tación cu án tica)

S ub n ivel de ene rg ía (repre sen tación e sp e ctro scóp ica )

E je m p lo : <■ e ; = 3 *• subnivel (£ = 1)

6p

1------------------- ► nivel (n = 6) Se interpreta de la siguiente manera: • En el nivel 6, existe 3 e en el subnivel

“P” (C = 1): 5s2 • En el nivel 5, existe 2 e en el subnivel “s"(C = 0): 4 f14

1 Yf

................... • En el nivel 4, existe 14 e en el subnivel T (0 = 3): m = -1

g ^ j7 *

7 es en el su bn ive l d, ubica d o en el nivel 5.

dz2 m= O

m = +1

o

y

• O n.° m agnético in clin ación m =

Forma: compleja

<♦ CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

(D(DGDd) (D
+0

+1

+2

+3

Ubicar el _________ Negativo

centro

Positivo

R e p re s e n ta c ió n : 1.

l i l i s2 p6 d 10 f 14

1

Un electrón queda identificado por cuatro nú­ meros cuánticos.

Orbital: [ 7 ] : fundam ental: 7 orbitales

-3

1

n.° secun da rio tipo de orbital C =

n.° de spín g iro + 1 / 2

Principio de Aufbau Construcción de la distribución de electrones de un áto­ mo en sus niveles de energía, subniveles y orbitales. La distribución se realiza de menor a m ayor energía relativa: E„ = n + i Er : depende de “n” y í; es independiente de “m” y “s”. Un orbital es más estable cuando la (ER = n + C) es

máxima cantidad e .

2. Representación de los electrones en “niveles y subniveles de energía".

la más baja posible. Cuando 2 orbitales tienen el mismo valor de ER es más estable o de menos energía, aquel que tiene el menor valor de “n” .

Q

■

u ím ic a

81

E je m p lo :

Regla del serrucho

¿Quién tiene más energía?

Es una form a práctica de recordar la distribución elec­ trónica de un átomo.

4s

o

3d

Resolución:

N IV E L

nivel

3

4

M

N

s — — S

S

I *7 P

I

Er = 4

d

V E L E S

C= 0 tipo de subnivel

n.° o rb itale s

n = 3 3d

Y /y // 7 y

\7

d

5

6

7

0

P

Q

S

S

Q. \

4s

2

L

\

S U B

n= 4

1

K

^ P/

>

,P

e2 6 10

'd f

f

s

Máx.

14 18

1

4

9

16

25

Nivel

18

32

50

N ivel

m áx.

í = 2

\r

3d tiene más energía y se llenará con los electro­ nes luego de 4s.

2n2 R yd be rg^/

2

8

M a yo r e nergía

M enor e nergía

Llenado: 4s, 3d ¿Quién tiene más energia?

Por cada nivel existe la m isma cantidad de subniveles.

6p o 4f

Las flechas indican el sentido que debem os seguir de­ positando los electrones en los orbitales, siguiendo el orden creciente de sus energías.

Resolución: n = 6

E je m p lo s :

=> Ep = 7

6p

1.

. t = 1 n = 4

Azufre (S): (Z = 16) Haciendo la distribución electrónica del átomo de azufre.

=> E= = 7

4f C= 3

4f

6p í

2

3

«s2

s2

l / l P6

í

Orbitales degenerados

P4

CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

(son orbitales que tienen igual energia relativa)

K

C om o tie n e n ig u a l e n e rg ía , para la d is trib u ­ ció n e le c tró n ic a , se h ace p rim e ro en 4 f p o r su m e n o r “ n” . Distribución: 4f, 6p

L

M

N ú c le o

1

¿Cuál tiene más energía y distribuya en su orden?

2

3px; 4s; 5dxy; 3df; 5py

Cantidad de electrones:

Resolución:

1. Para la últim a capa o nivel: 3 6e~ (3s2 p4)

Orbital

n

t

E r= n + e

3px

3

1

4

4s

4

0

4

5

2

7

3d¡

3

2

5

5py

5

1

6

M ayor ER es 5d,y Ordenando Distribución: 3px; 4s; 3d2; 5p ; 5d

2. Último subnivel: 4 e" (p4) 2.

Hallar la configuración electrónica del átomo de co­ balto. Co (Z = 27). Resolución: Por la regla del serrucho

82

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Sustancia diamagnética Es aquella sustancia que no es atraída por un campo m agnético, debido a que sus electrones se encuentran apareados.

Núcleo

K

L

M

Los iones de los 3 primeros grupos son todos diam ag­ néticos.

N

E je m p lo : CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d7 • •

Electrones en la últim a c a p a : 2(4s2) Electrones en elúltimo s u b n ive l: 7 (d7)

4Be:

1s2 2s;

JL

JL 2s

1s

Principio de exclusión de Pauii No es posible que exista en un átomo, 2 electrones con 4 números cuánticos iguales. Lleno Orbital:

< >

2s

y

e T e: 2s

Sustancia paramagnética Es aquella sustancia atraída por un campo magnético, es decir, que posee electrones desapareados. E je m p lo :

(1 = 2 1 C=0 | m= 0 U = +1/2

e?

3L¡:

1s22s

_L 2s

JL 1s

Muchos com puestos de los elem entos de transición son param agnéticos. Ferrom agnetism o. Lo presentan el hierro y el ferrom agnetism o, es m ucho más fuerte que el param agnetism o y existe espontáneamente. Am bos electrones en el mismo orbital, tienen las mis­ mas características: tam año y forma, difieren solam en­ te en el spín (sentido de la rotación).

Regla de Hund Cuando se distribuye electrones en un mismo subnivel, se busca ocupar la m ayor cantidad de orbitales vacíos, es decir, colocar un electrón en cada uno de ellos y si sobra electrones se pasará al apareamiento.

Notación de Gilbert Newton Lewis Es una form a sim ple y abreviada de la representación de las configuraciones electrónicas de los átom os y lo realiza en base a los “gases nobles" como el helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn). 2He: 1s2 10Ne: 1s22s22p6

_L 1s

2s

_L

_L

2p„ 2py 2pz

l8A r:1 s22s22p63s23p6 36Kr: 1s22s22p63s23p64s23d104p6

electrones apareados: 2 electrones desapareados: 3

54Xe: 1s22s22p6 3s23p64s23d104p65s24d 105p6

Hierro (Z = 26)

a6Rn: 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d 105p66s24f145d106p6 1 S2

2 ».s2

3

4

s2

s2

\ / \ / /

p6

E je m p lo s : 1.

py

D esarrollar la configuración de un átomo de azufre (Z = 16). Por la regla del serrucho:

d6

1s22s22p63s23p4

Se observa que en los subniveles anteriores antes del subnivel final están llenos.

16S: [N e ]3 s23p4

[Ne]

Solo es necesario analizar el último subnivel. d6

m

ÜL J_ _L JL -2

-1

0

+1

± +2

Electrones apareados: 11 Electrones desapareados: A

2. en orbitales

Representar la configuración de un átomo de cal­ cio (Z = 20). CE:

1s22s22p63s23p64s2 [Ar]

20Ca: [A r]4 s2

Q

Configuración electrónica de iones

Aplicación:

2.

Un elem ento term ina en la configuración 5p3. Hallar su número atómico.

Aplicarem os una regla práctica:

A) 19K+

B ) 16S2-

C ) 24C r+

E) 25Mn

F) 26Fe

G) 29CU

D) 24Cr2+

19K+: 19K: 1s[A r]4 s1

pierde 1 e

so pa

so pa

s

sp

sp

sdp

sdp

sfdp

sfdp

1

2

T

~4~

IT

~6~~

~

Si term ina en

se da pensión

►nivel (n = 5) gana: 2 e~

16S2U ,0[N e]3s2p6

deben estar llenos

= 1s[Ar] sp

^

2

24Cr: 18[A r]4 s23d4

= 16[A r]4 s 13d5

pierde 1 e~

24C r : 18[A r]3 d 5

sdp 4

sp 3

s fd p .

s2d10p6 4

s2p6 3

s2 s2p6 1 2

condición s2d '°p 3 Z = 51

n.° e “ = 51: átomo neutro: e ” = p

24C r2+ 24Cr: 18[A r]4 s 13d5

E)

- e _ = 3 en subnivel p

5p

16S216S: 10[N e]3s2p4

D)

se fu e de paseo

Sí

« K : istAr]

24C r

2 veces

2 veces

Resolución:

C)

83

Resolución:

Hallar la CE:

B)

■

Número de orbitales: 4(1) + 3(3) + 5 = 18 orbitales.

Para realizar la configuración electrónica de iones se recomienda primero, hacer la CE del átomo neutro.

A)

u ím ic a

« C r2*: la[Ar]3d4

Un átomo no excitado de cierto elem ento químico, tiene en total 7 electrones en la capa N y su núm e­ ro de m asa es 8 . ¿Cuál es su número de neutro­ nes?

Mn2+ 25Mn: 18[A r]4 s 23d5 pierde 2 e “ 25Mn2+: 18[A r]3 d 5

Resolución: F)

Fe2+

Capa N o nivel: n = 4, presenta 7 e“ A = 80 Según la regla práctica:

28Fe: 18[A r]4 s23d6 pierde 2 e~ f,. 26[F e ]2+: 18[Ar] 3d6

CE:

f2. F3+ =* 26Fe3+: 18[A r]3 d 5 G)

pertenece al 3.er nivel

29Cu 29Cu: 18[A r]4 s23d9 = 18[A r]4 s 13d10

n— ►

s 1

sp 2

sp 3

capa -

K

L

M

29C u+: [A r]3 d 10

23dp5 4 N

De las configuraciones realizadas se puede observar: (A) y (B) son isoelectrónicos.

cumple la

(D), (E) y (F) son isoelectrónicos.

condición 7 e“ (n = 4)

E je m p lo s : 1.

D eterm inar el número de subniveles y el número de orbitales que posee un átomo cuyo número ató­ mico es 36. Resolución: Z = 36 CE: 1s2

Com o se observa, al llegar al 4p5 ha debido de lle­ nar antes 3d10. s2 s2p6 s2p6 s2d10p6 1 2 2 3 4 Z = 35 n° = A - Z

2s2

2 p6

3s2

3p6

4s2

3d10

®

®

®

®

®

®

®

® ®

® ®

® ®

® ©


n.° subniveles: 8 s —►1 orbital d —►5 orbitales

p —«-3 orbitales

n

: 80 - 35 =7 n° = 45

4pf Un átomo tiene como número atóm ico 40. Hallar los 4 valores de los números cuánticos para el últi­ mo electrón. Resolución: (Z = 40) -2

sV

s2di y

s- 24d

84

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

El último electrón se encuentra en 4d2 penúltimo e‘ i

último e~ / ----------

4 |

d2 í | m= -2

n

I

í ________ ________ m = -1 m = - 0 m = +1

5.

=

s2d 10p6 5

s14f5dp 6

n.° orbitales p = 12

Determ inar el valor m áximo de la masa atómica principal (p) llenos y los neutrones exceden a los electrones en 5.

subnlvel (d)

m = -1

Resolución:

s = + 1 /2

e~ = n - 5 Condición: 2 subniveles “p” llenos: (p6).

¿Cuántos electrones posee como m áximo y m íni­ mo un átomo que posee solamente 4 niveles ener­ géticos?

r sV 2

Resolución: s P 2

’ ml" ' 1

s 13dp 4

s P 3

s4dp 5

= 35

Como mínim o para que exista el nivel 4 al menos debe tener un electrón. , = 19 sp 2

1

s2d’ °p 6

s P 3

=9 n = e~

n = 40

+ n = 35 + 40

••• A m 9.

máximo 1 s2d10p6 4

1 s2p6

Si n = 2, hallar el juego de valores de 0 y “m” . Resolución: n = 2

s4dp

0 < C< n - 1 => 0 < C < 1

No puede llenar 4 d 10 porque antes tendría que lle­ nar 5s2 y estaríam os en el nivel 5 que no concuerda con la condición del problem a que debe contener solo n = 4. n - e máx. = 96 6.

s2d10p6 4

del átomo de un elemento, si tiene 2 subniveles

orbitales (d)

2

s2p6 3

Z máx = 55

______ m = +2

n = 4 <1

s2p6 2

1

1 = {0 ; 1} m :

- t < m < +C

t = 0

m = {0 }

{ = 1

-1 < m < + 1 = *m

= {-1 ;0 ;1 }

10. Si un alumno por equivocación considera que el

Calcular los cuatro números cuánticos del último electrón de la configuración de un átomo cargado (+ 2 ) cuyo número de protones es 29.

número cuántico magnético “m” admite valores positivos: 0; 1; 2;...+<>, sin embargo aplica correc­ tam ente el principio de exclusión de Pauli y el de m áxima multiplicidad de Hund. Hallar la configura­

Resolución

ción electrónica del ^jC a .

Átomo: 29X:

Resolución:

CE: [A r]4 s 13d 10

Alumno:

lón: 29X 2+: [A r]3 d 9

0 < m < +{

último electrón----------------------------- j

3 d» I | | -2

I

-1

0

JL +1

e máx.

_L +2

e= o

s

t = 1

P

Hallar el m áxim o y el mínim o número atóm ico para un átomo que tiene 5 subniveles “s” llenos com ple­ tam ente y cuántos orbitales "p” llenos posee.

C= 2

d

Resolución:

C= 3

f

n

C n = 3

7.

JL

t = 2

m = +1

s= -1 /2

m —*

0

m —► 0 © m—

0 ©

m—

0

1 ® ® 1 2 ® © 1 2

® 3

“s” lleno: s2 g

2

1

¿ y 2 2

Z mln = 3 8

s P 3

s2d 10p6 4

p: 3 orb.

*s 2dp “ 5“

p: lleno (p6)

n.° orbitales p = 9

La configuración 20Ca 1

s2p4 2

s 2p4 3

s 2d4p 4

sdp

CE: 1s2 2s2 2p4 3s2 3p4 4s2 3d4

2

s2

4

P4

6

d6

8

f

Q

d10: 5 e apareados s2

s2p6

s2p6

s2d10p6

t2

13

L i

Resolución: J2X

í5

*3X s V

A, + A 2 + A 3 — a 2 n.° = b « (A, - Z) + (A2 - Z) + (A3 - Z) = b Reagrupando: a - 3Z = b

1 t

S23 d 10p 6

3

4

s2d10p6

s 2d10p6

S

4t

5t

6

3 Í

condición Los electrones “d" apareados pueden ser 5 o 10.

Hallando Z: configuración electrónica c s 2p 6

s V

2 t

...(a )

Condición: Ce: 4.a capa (n = 4) 2 < c < 8

S2p 6

s2dp

condición

Sean los isótopos: *’X

2

85

Condición: 5 e s s apareados

U

1

■

Resolución:

11. Se poseen 3 isótopos de un elem ento químico, cu­ yos números de masa suman “a" y la cantidad total de neutrones es “b” . Si uno de los isótopos posee “c” electrones en la cuarta capa y 2 < c < 8. ¿Qué relación existe entre a, b y c?

S2

u ím ic a

16.

¿Cuál es el número m áxim o y m ínim o de electro­ nes que puede tener un átomo conociendo los nú­ meros cuánticos: n = 3; C = 1; m = 0? Resolución: N.° cuánticos: n = 3;

C = 1;

m = 0

En la 4 .a etapa “c” puede form ar (3 o 7), es decir, subnivel (s y p). O O O m = -1 m = 0 m = 1 3p

Antes de llegar a “p" debe com pletar d 10(3.er nivel). e = 28 + c = Z En (a): a - 3(28 + c) = b Dándole forma: a - b - 3c = 8 4

s2 mínimo: —

12. Un elemento químico presenta tres electrones desapa­ reados en la capa N. ¿Cuál es su número atómico?

e " m,„ = 14

Resolución:

m áximo.

Capa N (n = 4): 3 electrones desapareados. s2 1

® ® 0 ® s2p6 s 3d10 p 3 V _ 4 -^

s2p6 2

Condición e" = 33

.-. Z = 33

0® O s2 p m = 0 3

s2p6 2

17.

s2 . 1

s2p6

s2 p m - 0

Hallar el valor de Am¡„ de un átomo que posee so­ lam ente 2 subniveles “d” y A máx; sabiendo que se cumple: z + n = 2 /z ñ (dar la suma). Resolución:

13. Si un electrón tiene un número cuántico magnético (m = 2). ¿Cuál es el menor nivel de energía que puede ocupar? Resolución: m = -2

- í < m < +C: - £ < - 2

A = z + n ...(a ) De: z + n = 2 / z ñ ; elevando al cuadrado: z2 + 2zn + n2 = 4zn => z2 - 2zn + n2 = 0 (z - n)2 = 0 .-. z = n En (a): A = 2 z ...(p) Am[n —’ Z m¡n condición 2d

C= 2 0 < C < n - 1 => n = 3 14. El átomo de un elem ento X presenta 3 electrones “p” desapareados en el 5.° nivel. Calcular su núme­ ro atómico.

S2p6 2

s2p6 2

i s2d 10p6 4

s 2p6 3

1 s 2d 1p 5

Zm¡n. " 39 En (P): A mln = 78 Amáx —’

Resolución: s2 1

s2 1

S2p6 3

s2d10p6 4

s2d10p © ( M ) 5

Z = 51 15. ¿Cuántos electrones “d” apareados presenta un átomo con 5 electrones “s” apareados?

condición 2d s^

s y

s y

i s2d ,0p6

= 70 en (P)

A ^ = 140

Suma = 78 + 140 = 218

J s2d 1°p6 S2f ,4dp

86

■

C

o l e c c ió n

U

S

n íc ie n c ia

a p ie n s

18. Hallar los 4 números para el último electrón de un átomo que posee 2 electrones desapareados en el subnlvel 5d.

Rpta. s, p y d Si n = 1 Si n = 2

=» n = 3 => 1 subnlvel « 2 subnlvel

Resolución: n subnivel 21

I)

5d: n = 5; C = 2; m = 0; ±1, 2

s = ±1/2

a

En el ión E2+ los números cuánticos del penúltimo electrón son: n = 4; f = 1; m = 0; s = - 1 /2 . Deter­ m inar el número de masa del elem ento si contiene 42 neutrones. Resolución: Penúltim o e~

2 electrones desapareados

re ® ® ® (D © -2

-1

0

+1

7E2+ n = 4

m = 0

n.° 42 n + Z

+2

P ...(a )

- Probable último electrón

II) 5d: n = 5; G= 2; m = - 1

©

A s = - 1 /2

19. El último electrón de la configuración de un áto­ mo tiene los siguientes números cuánticos: n = 4; e = 2 ; m = 0 y s = - 1 /2 . Hallar cuántas partículas positivas tiene dicho átomo.

n = 4;

C= 2

m = 0

s :

1

-

último e~

O O© O O m = -1

m= 0

m = +1

m = +2

Eso indica que los otros orbitales han debido de estar llenos.

©

©

©

©

©

4d La distribución electrónica: s2 1

s2p6 2

s 2p6 3

s2p6 2 36 e "

—

ZE° =» 38: Z = p* = 38

En (a): A = 42 + 3 8 => A = 80 22. Si un átomo presenta 13 electrones en la capa O, ¿cuántos electrones presentará en su tercera y sexta capa respectivam ente? Resolución: Capa O =5 nivel: 5 o n = 3 n = 6

13e"

condición problema

s23d10p6 4

s 24d 8 5

sp 2

sp 3

„2

s 2P6

s2p6

20. ¿Qué valor del cuántico “n” es el que perm ite sola­ mente orbitales tipos “s", “p” y “d ”? Resolución: Subnivel permitido

1

s

2

s

P

3

s

P

d

4

s

P

d

sdp

s24 dp6 V_5 J

sf5d p

Completando:

Z = 46 Partículas positivas: protones p+ = 46

Nivel

s d p 4J

s2p6 3

Z - 3 6 = + 2 =» Z = 38

I

m = -2 Termina: 4d

m = +1

E2+: 4p6

zE2f —

1/2

m = 0

ZE2+: 4p

CE: T

Resolución:

penúltimo e último e ~

© *

m = -1

s = - 1/2

f

2 e~

s24 d 10p6 s 24 f145p5

Q

RESUELTOS

PROBLEMAS 1.

■

87

Q>

II. Correcto

Indicar cuál de los siguientes enunciados es falso. I.

La configuración electrónica del níquel (Z = 28) es: [Ar]4s23d8.

La notación siguiente: H

II.

En la configuración electrónica del cobre (Z = 39) el orbital 3d está ocupado por 9 e L

Viola el principio de exclusión de Pauli, ya que ambos electrones poseen sus 4 números cuán­ ticos iguales.

ns

III. El sodio (Z = 11) posee en su última capa 1 eL

III. Incorrecto La configuración indicada: 1s2 2s2 2 p 1 3s1 No cum ple con el principio de energía relativa de Aufbau.

Resolución: En relación a las afirm aciones: I.

Correcto Configuración electrónica del níquel (Z = 28)

IV. Correcto Configuración electrónica de la plata (z = 47)

n.° e~ = 28 CE : 1s22s22p63s23p64s23d8

CE: 1s22s22p63s23p64s23d10

Ar

CE: [Ar]4s23d8 V.

n.° e~ = 29 CE: 1s22s22p63s23p64 s13d10 excepción ns' (n - 1) d 10

El subnivel “d” tiene 10 eT III. Correcto Configuración electrónica del sodio (Z = 11): n.° e" = 11 CE: 1s22s22p63s1 último nivel (1 e )

Solo II es el Incorrecto.

3.

I.

1 1 ] aquí se viola el principio de la máxima np

multiplicidad. II. 11 aquí se viola el principio de exclusión de Pauli.

5s14 d 10

Kr

excepción

CE: [Kr] 5s14 d 10

Correcto Dos átomos pueden tener igual cantidad de electrones.

Indicar cuántas proposiciones correctas. I.

Un orbital 2px es de menor volum en que un or­ bital 2pz.

II. Todos los orbitales “s” tienen form a esférica. III. En un orbital los electrones no pueden tener sus cuatro números cuánticos iguales. Resolución: Respecto a las proposiciones: I.

¿Cuál de las siguientes proposiciones es incorrecta?

4p 6

ns'(n - 1)d10

II. Incorrecto Configuración electrónica del cobre (Z = 29):

2.

u ím ic a

Incorrecto Los orbitales: 2px y 2pz presentan el mismo va­ lor de “n” (n = 2), por lo que su tamaño y volu­ men es el mismo.

II. Correcto Forma geom étrica los orbitales:

ns

III. La siguiente configuración 1s22s22p 13s1, viola el principio de exclusión de Pauli. IV. La configuración electrónica de la plata (Z = 47) es [Kr]5s1 + 4 d 10 V. Dos especies quím icas con igual número de electrones no necesariam ente tienen la misma configuración. Resolución: Respecto a las proposiciones: I.

Correcto La distribución correcta para 3 electrones en un subnivel “p” es: 1 1 1 np

£ = 0 (S)

Esférico

t = 1 (P)

Dilobular

C = 2 (d)

Tetralobular

£ = 3 (f)

Com plejo

Todos los orbitales “s” son esféricos, aunque varíe su volumen. . Correcto En un orbital los 2 electrones poseen los 3 pri­ meros números cuánticos iguales, pero difieren en el spín: ms = + 1 /2 11 ms = - 1 /2 Son correctos II y III.

88

4.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Identificar los orbitales degenerados.

II. El magnético (m£) nos indica el número de orbi­ tales en un subnivel y el número de orientacio­ nes espaciales de orbitales.

I. 3s y 3p II- 3dxy y 4dxy III. 3pxy 5py IV. 4dxy y 4d x2 _ y2 V. 4fxyz y 7s

III. El secundarlo (C) nos indica el subnivel de ener­ gía del electrón y la form a de orbital.

Resolución: Se denominan orbitales degenerados a aquellos que se encuentran en un mismo subnivel energético, es decir, deben poseer iguales “n” y £; por esta razón todos presentan la misma energía relativa (n + £).

IV. El spín (ms) nos indica el sentido de giro de e~, alrededor del núcleo. V. El número m áximo de electrones en un subni­ vel Cviene dado por 4£ + 2.

Son degenerados: 4dxy y 4dx2_y2

Resolución:

n = 4, £ = 2 Er : n + £ = 6

5.

Características de los núm eros cuánticos:

IV

Identificar la especie que tiene 3 electrones des­ apareados. I.

„N a

II. 26Fe2*

III. 29Cu1’

IV. 23V2"

V. 22Ti

Principal (n)

Nivel (2n2 electrones), tam año del orbital.

Secundario (£)

Subnivel (4£ + 2 electrones), form a del orbital.

M agnético (m¡)

Orbital (2e~) y orientación espacial

Resolución: Desarrollam os las configuraciones y tenemos: I.

„N a CE: 1s2 2s2 2p6 3s1

El número cuántico del spín (m s), nos indica el sen­ tido de giro del electrón sobre su eje:

1 II. 26F e -2 CE: 1s2 2s2 2p6 3s23p64s°3d6 liIíF T CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s° 3d10

.-. IV es incorrecto. 8.

Resolución:

IV. 23V +2 CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s° 3d3 111

Identificar los cuatro núm eros que caracterizan al electrón desapareado del Cl (Z = 17)

Para el átomo del cloro (Z = 17), su configuración electrónica es:

___

n.° e~ = 17 .

V. 22T¡ CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s23d2

CE: 1s22s2 2p6 3s2 3p5

ii TI i

11— 7 "

-1

Presenta 3 electrones desapareados: V +2 .-. IV 6.

0 +1

Su electrón desapareado (t) presenta los núme­ ros cuánticos:

Indicar el tipo de orbital que describen los números cuánticos n = 5 y C = 2.

n = 3: nivel

Resolución:

£ = 1: subnivel

De acuerdo con los valores perm itidos de los nú­ meros cuánticos:

m£ = +1: orbital ms = + 1 /2: sentido de giro. 9.

¿Cuál es el concepto de orbital? I.

Es la región espacial de más baja probabilidad de encontrar al electrón.

II. Es la trayectoria circular de 2 o más electrones. III. Es el nivel energético, que puede ser K, L, M ,... Q. IV. Es cualquier región en el átomo. El subnivel designado con: n = 5 y = 2 5d.

V. Es la región espacial de más alta probabilidad de encontrar un m áxim o de 2 e ó Resolución:

7.

Respecto a los núm eros cuánticos, m arcar lo inco­ rrecto. I. El principal (n) nos indica el nivel principal de energía y el tam año del orbital.

Concepto de orbital: Denominado tam bién como reempe, es la región energética espacial de m áxim a probabilidad de en­ contrar al electrón.

Q

Es una nube electrónica con 3 propiedades: •

Tamaño (n).

•

Forma geométrica (C)

•

Orientación espacial (mC)

Presenta como m áximo dos electrones.

u ím ic a

■

89

12. Identificar la especie que presenta mayor param agnetismo. I) 37Rb

II) 22Ti

V) 22t ¡2-

V) 23V

III)37Rb1+

Resolución: Configuraciones electrónicas:

10. ¿Qué afirm aciones, respecto a la función de onda que desempeñan los números cuánticos “n” y £, en un orbital, son correctas? I.

n: determ ina la form a de un orbital.

I)

37Rb CE: [Kr] 5s1

T II) 22Ti

CE: [Ar] 4s2 3d2

11 —

II. t: define el tamaño de un orbital. III. n: determ ina el tam año de un orbital.

III) 37Rb+ CE: [Kr]

IV. £: define la form a de un orbital.

IV) 22T¡2t CE: [Ar] 4s° 3d2 íí_ _ _

R e s o lu c ió n : Los números cuánticos “m" y £ determinan: n: nivel energético, nos da una idea del tam año y volum en del orbital atómico. £:

V) 23V

CE: [Ar] 4s2 3d3

111_

subnivel energético, nos da una ¡dea de la for­

Se observa que el átomo de vanadio (23V) presenta m ayor cantidad de electrones desapareados, es

ma geométrica del orbital, de acuerdo:

m ás paramagnético.

C = 0 (s): esférico.

13. ¿Cuáles de las siguientes configuraciones son co­ rrectas?

( =1 (p): dilobular. 0 = 2 (d): tetralobular.

I.

C = 3 (f): complejo.

II. 29Cu24: [Ar] 3d9 III. 29Ca2*: [Ar]

.-. Son correctos III y IV. 11. ¿Cuáles de las siguientes especies son ¡soelectrónicas entre sí? I. 23V 2'

II. 24Cr3’

23V2*: [Ar] 4s2 3dv

III.21Sc

Resolución: Para las configuraciones: I.

R e s o lu c ió n :

CE: 1 s22s22p63s23p64s°3d2

Para que un grupo de átomos y/o iones sean isoelectrónicos, deben poseer:

Ar CE: [Ar]4s°3d2

Igual configuración electrónica. Igual n.° e~.

Incorrecto 23V2* (perdió 2 e )

II. Correcto 29Cu2' (perdió 2 e ‘ )

Para las especies:

CE: 1 s22s22p63s23p64s°3d9 I.

23V2*(perdió 2 e - ) Ar

CE: 1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s° 3d3 Ar CE: [Ar] 4s° 3d3

CE: [Ar] 4s°3d9 III. Correcto 20Ca2'

II. 24C 34 (perdió 3 e )

Ar CE: [Ar] 4s° « [Ar]

CE: 1s22s2 2p6 3s23p6 4 s°3 d 3 Ar CE: [Ar] 4s°3d3

(perdió 2 e )

CE: 1s22s22p63s23p64s°

.-. Son correctos II y III. 14. Indicar la configuración electrónica incorrecta:

III. 21Sc CE: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1 Ar CE: [Ar] 4s2 3d ’ .-. Son isoelectrónicos I y II.

I)

47Ag: [Kr] 5s14 d 10

II) 79A u : [Xe] 6s14 f145d ,° III) 24Cr: [Ar] 4 s13d5 IV) 42M o : [Xe] 5s’4d 5 V) 46Pd: [Kr] 5s°4d10

90

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución: De acuerdo al desarrollo de la regla de sarrus:

18. Un átomo neutro presenta 13 e en su tercera capa. ¿En qué subnivel term ina su configuración electrónica?

CE: 1s^2s^2pj 3s^3pj 4s23d 1°4p'j Resolución: „Ne

,»Ar

,K r

La configuración electrónica será:

5s?4 d 1°5p| 6s24 f145d106 p j 54^®

1s22s22p63s23p54s23d5 ^2+6

86^^*

7s25f146dl07p6. Para los átomos del problema: I.

+ 5 = 13 e

.-. Termina en 3d5 19. ¿Cuál es la suma de los 4 números cuánticos del antepenúltim o e del subnivel 5 f11?

47Ag CE: [Kr] 5s14 d 10

II. 79A u CE: [Xe] 6 s '4 f145d10

Resolución:

III. 24Cr CE: [Ar] 4 s '3 d 5

El subnivel T tiene 7 orbitales y ahí distribuim os los 11 e~ por la regla de Hund.

IV. 42M o CE: [Kr] 5s14d5 V. 46Pd CE: [Kr] 5s°4d10

r

Diamagnético

n

Se observa en el problema que es incorrecto la configuración IV, 15.

3; 2: 0: +1/2

III.3; 2: - 2 ; +1/2

_

5

| a _

3 - 2-1 0+1 +2 +3 ©@ ®©©© 1 1 . ...

3

n = 5; i = 3: m, = - 2 ; m. Suma = 5 + 3 - 2 - i

II. 3; 2: 0; - 1 /2 IV. 3; 2; - 1 ; - 1 /2

ultim o '------► penúltim o '----------- ► ante pe nú ltim o

Observando el antepenúltim o e :

Identificar los cuatro números cuánticos que carac­ terizan al electrón desapareado de A g (Z = 47). I.

«11 r oí = 5 f

Resolución:

Si los números cuánticos del último electrón de un átomo es (2; 1; - 1 ; -1 /2 ). Hallar su número de masa si los neutrones son 2 más que los protones.

Configuración electrónica de la plata: 47 Ag

Resolución:

V.

20.

2

= 5 ,5

5; 0; 0; +1/2

- 1 o +1

CE: (Kr) 5s14 d 10

©O O (2; 1; - 1 ; - 1 /2 ) — 2p"

Excepción ns’ (n -1 )d,D

Ahora hacemos la configuración electrónica

Su electrón desapareado se encuentra en: 5s1 1 m, = 0 .-. Sus números cuánticos son: 5; 0; 0; +1/2 16. En un átomo neutro hay 8 protones y 10 neutrones. ¿Cuántas partículas fundam entales posee? Resolución: partículas fundam entales = 8 + 10 + 8 .-. El total de partículas fundamentales es igual a 26. 17. Se tiene un elemento que posee 2 isótopos: 15E y 18E: si su masa atómica promedio es 15,3 UMA. Ha­ llar el porcentaje de abundancia del más pesado. PA (E = 15,3) Resolución: Sabemos que:

A,% , + A 2% 2 100

Reemplazam os: 15,3 =

15(100 - x) + 18x

Luego: Z = 8p* n = 8 + 2 = 10n A = n + Z = 10 + 8

.. A = 18

21. Un átomo posee un número másico que es el doble de su número atómico. Determine los 4 probables números cuánticos del último electrón de la confi­ guración electrónica, si es que posee neutrones. Resolución: Datos: A = 2Z n.° = 11 Se sabe: A = Z + N 2Z = Z + 11 « Z = 11 = n.° p+ Como no indican la carga se sobreentiende que es neutro: n.° p ' = n.° e => 1s22s22p63s1 último electrón

100

1530 = 1500 - 15x + 18x =» 30 = 3x .-. x = 10%

. 2© o o 1 s 2s 2p n.° e = 8

(3; 0; 0; +1/2)

Q

1sz2s22p63s23p64s'

A) B) C) D) E)

n.° e~ = 19

Resolución:

22. Un átomo presenta 7 electrones en subniveles “s” . Hallar el número atómico. Resolución:

Z = 19

23. Hallar el m ínimo valor del número atóm ico de un átomo, cuya configuración electrónica presenta una energía relativa de 5.

u ím ic a

■

91

El átomo tiene 26 protones. El número de protones es igual al de neutrones. Presenta 1 e ' en el último nivel. Presenta 3 e de valencia. B y D son correctas.

1s22s22p63s23p1 —* 3 e ' en el útimo nivel Z = 13 n = A - Z => 2 6 - 1 3 = 13 La alternativa correcta es: E

Resolución: 29. Un átomo tiene 10 protones y está neutro, su con­ figuración electrónica term ina en el subnlvel:

ER = n + C = 5 1s22s22p63s23p64s2 3d 4g 5s (3 + 21(4 + 1)15 , 0)

Resolución:

C = 0 -» s

1s22s22p6

í = 1 -> p C= 2 - > d n.° e~ = 21 Z = 21

30. Un átomo posee en su tercera capa 15 electrones. ¿Cuántos orbitales están llenos y semillenos? Resolución:

24. ¿Cuál es el m áximo valor de Z de un átomo, si con­ tiene 3 niveles com pletam ente llenos? Resolución: 1 K 2

2 L 8

3 M 18

4 N 32

5 0 32

6 P 18

7 Q 8

1s® 2s22p63s® 3p64s23d® 4p65s24 d 105p66s24 f13 n.° e~ = 69 (neutro)

.-. Z = 69

25. Un átomo tiene 12 protones, 14 electrones y 16 neutrones. Determine su configuración electrónica.

1s22s22p63s2 3p64s23d7 3d7 1

1

1

i

1

N.° llenos: — + 2 = 1 2 2 .-. 12 y 3

a

N.° semillenos: 3

31. Un átomo de c a rg a - 2 tiene 6 e en la cuarta capa. Hallar su número atómico. Resolución: *E -2 n.° e~ = 6; en la cuarta capa Sabem os: n.° e = Z + carga

...(1)

CE: 1s22s22p63s23p^4s23 d ^4 p 4

Resolución: 1s22s22p63s23p2

6 e~ en la cuarta

n.° e~ = 14 ^

26. ¿Cuántos electrones tiene en la última capa el clo­ ro (Z = 17) y el aluminio (Z = 13)? Resolución: 17CI 1s22s22p63s23p5 =» en el último nivel 7e 13AI 1s22s22p63s2"3p1 => en el últim0 nivel 3e ~ 27. ¿Cuál es el número de protones de un átomo que posee 5 electrones en su cuarto nivel? Resolución: 1s22s22p63s23p64 s 23d 104p3 n.° e" = 33

.-. 2p

.-. Z = 33

28. Un átom o presenta la siguiente configuración electrónica: 1s22s22p63s23p1 y con número de masa 26. Indicar lo correcto:

®

( amónl

Reem plazam os en (1): 34 = Z + 2 =» Z = 32 .-. Z = 32 32. ¿Cuál de las siguientes proposiciones es la correcta? Los núm eros cuánticos “n” y £ determ inan respecti­ vamente: A) Los niveles de energía del electrón. B) La energía del electrón que ocupa el orbital y la form a del orbital. C) La form a de la carga electrónica en un subnivel de energía. D) Los m ovim ientos y energía del electrón en un instante dado. E) El volumen de la región en la cual se mueven los electrones. Resolución: El número cuántico principal “n" nos indica el nivel de energía donde se mueve el electrón; dándonos una idea de que tan alejado del núcleo se encuentra. El átomo cuántico secundario C, nos da una idea de la form a del orbital donde se encuentra el electrón.

92

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

33. ¿Cuál de las siguientes com binaciones no presen­ ta un orbital permitido? n

e

m,

m.

I.

3

0

1

- 1 /2

II.

2

2

0

+ 1/2

III.

4

3

-4

-1 /2

IV.

5

2

2

+3/2

V.

2

2

-2

- 1 /2

II. 24Cr: [A r]4 s23d4 III. 29Cu: [A r]4 s 13d10 Resolución: I. Correcto 26Fe: 1s22s22p63s23p64s23d6 [Ar]4s23d6

Resolución: n = 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; ...

II. Incorrecto

C = 0; 1; 2; 3; ...; (n - 1) m, = - 1 ;

36. ¿Cuáles de las configuraciones electrónicas son correctas? I. 26Fe: [A r]4 s23d6

0;

Configuración correcta: excepción

+1

24Cr: 1s22s22p63s23p64 s13d5

m s = + 1 /2 ; - 1 / 2

[Ar]4s13d5

Analizando: n

C

m

m5

I.

3

0

©

- 1 /2

II.

2

©

0

+ 1/2

III.

4

3

IV.

5

2 '

V.

2

©

- 1 /2

0 2

£ 3 /2 )

-2

-1 /2

.-. I; li; III; IV; V

Excepción: 29Cu: 1s22s22p63s23p64 s13d10 [Ar]4s13di0 37. ¿Cuáles de las siguientes configuraciones son incorrectas? I. 29C u+1: [A r]3 d 10 II. 26Fe+3: [A r]4 s 13d7

34. La cantidad de orbitales en un subnivel es determ i­ nado por el número de valores que puede tener: A) n D) ms

III. Correcto

B) C E) Ninguna

C)m,

III. 21Sc+1: [A r]4 s2 Resolución: I. Correcto Neutro: 29Cu: [A r]4 s13d10 C u+: [A r]3 d 10: perdió 1 e~ de n = 4

Resolución: El número de orbitales en un subnivel es: 2 í + 1 Esto se determ ina por la cantidad de valores que puede tom ar el número cuántico m agnético (m,).

II. Incorrecto Neutro: 26Fe [A r]4 s23d6 Fe+3 [Ar] 4s°3d5: perdió 2 e~ de n = 4; 1e“ de n = 3

35. Un átomo isóbaro con el 54Fe posee m asa atómica y número de protones que son el doble y la mitad de los correspondientes número atóm ico y núme­ ro de masa de un ion tripositivo. Los neutrones de ambos átomos suman 53. ¿Cuál es el número de masa del Ion y cuántos orbitales apareados po­ see?

III. Incorrecto Neutro: 21Sc [A r]4 s23d1 Sc+1 [A r]4 s 13d1: perdió 1 e~ de n = 4 38. ¿Cuál de las configuraciones es la correcta? I. 46Pd+4: [K r]4 d 6 II. 22Ti+3: [A r]4 s1

Resolución:

III.48C d+2: [K r]5s°4d10

De los datos: 54x„

54Fe

Isóbaros

Como: n.° nx + n.° ny = 53 (54 - Z) + (2Z - 27) = 53 => Z + 27 = 53 => Z = 26 Entonces: A , = 2Z = 2(26) => A y = 52 Adem ás, para el ion: Y+3. 1 1 1 1 1 1111 1 LLLL _ 2-— ' 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 24e 1-------------------------- v-------------------------- '

Resolución: I. Correcto Neutro: 46Pd: [K r]5s°4d10 Pd+4: [K r]4 d 6 II. Incorrecto Neutro: 22T¡: [A r]4 s23d2 Ti43: [A r]4s°3d1 III. Correcto Neutro: 48Cd: [K r]5 s24 d 10 C d+2: [K r]5s°4d10

Q

III.

39. ¿Cuáles de las siguientes especies quím icas no cumplen la regla de la configuración electrónica? I. „A g

II.

42M

■

93

7N: 1s22s22p3

m

III. 28N¡

o

u ím ic a

Posee 3 e~ desapareados (paramagnético)

Resolución:

.-. I y III.

De los átomos dados; son excepciones Aufbau. 42.

I. 47Ag: [K r]5 s 14 d 10

Indique si es verdadero (V) o falso (F) las proposi­ ciones siguientes:

Excepción: ns'(n - 1)d10

I. II.

42M

o:

[K r]5 s 14d 5

La notación de Lewis del „N a es: Na

II. La notación de Lewis es un tipo de notación quí­ mica en la que se destacan los electrones de valencia de un determinado elemento químico.

Excepción: ns'(n - 1)d5 III.28Ni: [A r]4 s23d8 No es excepción.

III. Son ejem plos de notación de Lewis:

.-. I y II.

xLI; B e í; íN e í

40. Indique con verdadero (V) o falso (F) las relaciones siguientes:

Resolución: I.

I-

y ueO: isótopos

II. 13AI

y 10Ne: isoelectrónicos

„N a : 1s22s22p63s' 1 e de valencia Notación Lewis: Na

III.23V +2 y 21Sc: isoelectrónicos Resolución: I.

Verdadero Para el átomo de sodio (Z = 11)

II. Verdadero La notación Lewis destaca los electrones de valencia, para los elem entos representativos (grupos A), coincide con el número de grupo.

Verdadero Las especies: 1| 0 y 1¿0 son Isótopos, debido a que poseen Igual Z y son del mismo elemento.

II. Verdadero Son isoelectrónicos

IA

NA

NIA

IVA

X

X

X

•X-

VA

V IA

VIIA

VIIIA

I3A r 3: 1s22s22p6 10Ne : 1s22s22p6 Ya que poseen igual n.° e~ y la misma configu­ ración.

III.

III. Falso

L¡ (IA) —

No son isoelectrónicos:

Ne (VIIIA)

21Sc : [A r]4 s23d’ Poseen Igual n.° e “ , pero no la misma configu­ ración. .-. W F

II. ,aA r

III. 7N

43.

Usando la configuración electrónica abreviada, ¿cuál de las siguientes es incorrecta? 20Ca: [Ne]4s2

II. 30Zn: [Ar]4s23d 10 III. 35Br: [Ar]4s23d104p 5 Resolución:

Resolución: Una especie quím ica es param agnética, si en suconfiguraclón posee por lo m enos 1 e~ desapa­ reado. I. 26Fe+3:

:Ñe:

.-. VVV

I. 41 . ¿Cuáles de las especies quím icas dadas son p a ra magnéticas? 26Fe+3

Ú

Be (NA) —* Be

23V +2: [Ar] 4s°3d3

I.

Verdadero Notaciones Lewis:

1 s22s22p63s23p64s°3d5 i l l l i (paramagnético)

II. 18Ar: 1s22s22p63s23p6 Todos sus orbitales llenos (diamagnético).

I.

Incorrecto Para el átomo de calcio (Z = 20) 20Ca: 1s22s22p63s23p64s2 [ArMs2

II. Correcto Para el átomo del zinc (Z = 30) 30Zn: 1s22s22p63s23p64s23d10 lAr]4s23d10

94

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

III Correcto Para el átomo del bromo (Z = 35)

I.

35Br: 1s22s22p63s23p64s23d104 p 5 lAr)4s23d104p5 44.

II. Verdadero En un subnivel energético £ n.° e max = 2(2C + 1) = 4£ + 2, n.° orbitales = 2 C+ 1

Responda verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda: I. En un nivel de energía existen n2 orbitales. II. En un subnivel de energía existen como m áxi­ mo (4£ + 2) electrones. III. A to d o s los orbitales que poseen el m ismo valor de energía relativa (Er) se les llama orbitales degenerados.

®

Verdadero En un nivel energético “n": n.° e rnax = 2 n2: n.° orbitales = n2

III. Falso Se denom inan orbitales degenerados a aque­ llos que se encuentran en un mismo subnivel, poseen Igual energía relativa (ER). .-. VVF

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PR O BLEM A 1 (U N I 2 0 1 1 - I I)

®

interna, la distribución de sus electrones no varía de manera regular,

¿Cuáles de las siguientes especies quím icas son param agnéticas?

Átom o neutro 58Ce: [54Xe]5s24 f15d'

I.

Catión 58Ce3*

40Zr4+

A) I y III D) Solo II

II. ,,R b

III. 32Ge4

B)II y III E)Solo III

C) Solo I

1.e,e f

Resolución:

3 * 'e

[54X e ]5 s© 4 f15 d ® —►[54X e ]4 f1

Las sustancias param agnéticas son aquellas que son atraídas débilm ente por un campo magnético. Las sus­ tancias diam agnéticas son repelidas débilm ente por el campo magnético.

Clave D PRO BLEM A 3 (U N I 2 0 1 2 - 1)

Las sustancias param agnéticas poseen al m enos un electrón desapareado.

Respecto a los numero cuánticos (n, C, m., ms) que iden­ tifican a un electrón en un átomo, indique cuales de las siguientes proposiciones son verdaderas.

Las sustancias diam agnéticas poseen todos sus orbita­ les atómicos saturados.

I.

El conjunto (2: 1 :1 ; + 1 /2) es inaceptable.

II.

El conjunto (3; 0; 0; —1/2) describe un electrón con orbitales “p” ..

I.

40Z r : [ 36K r]5 s24d 2- ^ 40Zr4L [ 36Kr] (diam agnética)

III.

II.

37Rb: [36Kr]5s- (paramagnética)

III.

32Ge: [,8A r]4 s 23d 104p2 — 32Ge4“ : [18A r]3 d 10 (diam agnética)

A) I y II D) Solo II

Clave: D

I.

Hallar la configuración electrónica del 58C e3~

D) IX e ]4 f

E)[X e l5 p !

C) I y III

Para el juego de números cuánticos (2: 1: 1; + 1 /2) —►2p ■ — ¿~l 44 I - * s¡ es posible (F)

PRO BLEM A 2 (U N I 2 0 1 1 - II)

B)[X e l6s1

B) II y III E) Solo III

Resolución:

Son param agnéticas: solo II

A) lX e ]5 s 2

El número total de orbitales posibles para n = 3 y C= 2 es 5.

C) [X e ]5 d 1

II.

Para el juego de números cuánticos (3; 0; 0; - 1 /2 ) — 3 s ^

—► orbital tipo “s” (F)

III. Para: n = 3; ( = 2

Resolución: El 58Ce es un elem ento quím ico que presenta anom a­ lía en su configuración electrónica y por ser transición

3 d

3

2 T Í - Ó

T Í 7 2

(5

o r b it a le s >

Clave: E

Q

u ím ic a

■

95

PROBLEMA 4 (UNI 201 2 - II)

PROBLEMA 5 (UNI 2 01 3 - I)

Realice la configuración electrónica de los siguientes iones y átomos 7N; 26Fe3"; )8Ar e indique la secuencia correcta después de determ inar si la proposición es verdadera (V) o falsa (F).

Si el electrón de un átomo de hidrogeno posee el si­ guiente conjunto de números cuánticos: 2; 1: - 1 ; + 1/2, señale la alternativa que presenta la secuencia correc­ ta, después de determ inar si las proposiciones son ver­ daderas (V) o falsas (F): I. El electrón se encuentra en un orbital “s". II. El electrón se halla en un orbital esférico.

I.

El nitrógeno y el argón presentan 5 y 8 electrones de valencia, respectivam ente.

II.

El Fe3* presenta 5 electrones desapareados y el Ar presenta 6 electrones de valencia.

III.

El nitrógeno presenta 3 electrones de valencia y el Fe3" presenta 5 electrones desapareados.

A) V W D) VVF

B) VFV E) FFF

—► 7N: 1s22s22p3 ...5 e " de valencia 26F e '3: [Ar]3d5

I.

El nitrógeno: 5 e de valencia(V) l El argón; 8 e" de valencia (V) [ ^

II.

Fe*3; 5 e~ desapareados Ar; 6 e de valencia

III.

El nitrógeno; 3 e de valencia(F) I El F e*3; 5 e~ desapareados (V) |

A) FFF D) F W

B) FFV E) VVV

C) FVF

El estado de más baja energía para el electrón en el átomo de hidrógeno es el estado basal o fundamental, y corresponde al nivel (n = 1). Cualquier nivel diferente (n = 2; 3; 4 ;...) corresponde a un estado excitado para el electrón en el átomo de hidrógeno. Se presentan los números cuánticos:

R e s o lu c ió n :

,8Ar: [Ar]

El electrón está excitado.

R e so lu c ió n :

C) VFF

—

III.

(2 ; 1 ; - 1 ; + 1/2 )

n = 2, l Segundo nivel Estado Excitado para el electrón del átomo de hidrógeno

(V) l (F) | F

I

„ ( = 0 T 1 2 3 4 ... s ,p , d f g T orbital "p": dilobular

Es (son) correctas: solo III C lave: C

C lave: B

96

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMAS 1.

De las siguientes com binaciones de números cuánticos, Indicar la que no es solución permitida de la ecuación de Schródinger, A) C) E)

2.

3; 2; 0 ;+ 1 /2 4; 3; 3; + 1 /2 5; 4; 3; - 1 /2

B) 7; 0; 0; - 1 /2 D) 2; 2; 2 ; - 1 / 2

Identificar los cuatro números cuánticos del elec­ trón desapareado del rubidio (Z = 37). A) 4; 2 - 2 ; + 1/2 C) 3; 0 0 ; - 1/2 E) 3; 2 - 1 ; - 1/2

3.

¿Cuántas de las siguientes com binaciones de nú­ meros cuánticos no son soluciones perm itidas de la ecuación de Scrhódringer?

A) 3 4.

C

m¡

3

0

0

2

1

1

0

6

5

-3

-1 /2

3

2

-1

+ 1/4

-2

1

0

+ 1/2

2

2

-2

-1 /2

7

4

-3

+ 1/2

3

1

-1

-1 /2

4

0

-1

-1 /2

B) 22T¡

C) 5

D) 6

C) 23V

D) 26Fe

2n + 1 B) n2

C) 2n2

D) 2n

np

B) La configuración electrónica de todos los ele­ m entos están regidos por la regla del serrucho. C) 1s22s12p1, aquí se viola el principio de aufbau. D) El elem ento cuya com binación de números cuánticos de sus dos electrones externos es: 3; 0; 0; +1/2; tiene la configuración electrónica 1s2 2s22p63s2. 10. ¿Qué orbital no presenta significa físico? A) 3s

B) 4py

C) 3 f3

D) 5dxy

E) 7p

11. ¿Cuántos orbitales existen como m áximo en un subnivel g (£ = 4)? A) 1

B) 3

C) 5

A) 4; 1; 0; - 1 /2 C )4 ; 0; 0; + 1/2 E) 4; 3; - 2 ; - 1 /2

D) 7

E) 9

B) 4; 2; 2; +1/2 D) 4; 2; - 3 ; - 1 /2

13. En un átomo de cobalto (Z = 27), en su estado basal, hallar el número total de niveles ocupados por uno o más electrones. E) 7

E) 86Ra

E )rf + 1

Indicar qué representación cuántica es correcta: B) 2; 1; - 2 ; + 1 /2 D) 4; 2; 2; +1/2

A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

14. Considere el átomo de cobalto del problem a ante­ rior. Hallar el número total de orbitales ocupados por uno o más electrones. A)

15

B) 12

C )9

D) 6

E) 7

15. En el estado basal de un átomo de 27Co h a y ______ electrones no apareados y el átomo e s _________ . A) 3 - param agnétlco. B) 5 - param agnético C) 2 - diam agnético D) 0 - diamagnético E) 3 - ferrom agnético 16. De acuerdo a la mecánica cuántica, ¿cuántos de los siguientes subniveles son imposibles de existir?

¿Cuál de las representaciones correspondería un electrón ubicado en el subnivel 5p? A) 5; 0; 0; + 1 /2 B) 5; 1; 2; —1/2 C) 5; 2; 2; +1/2 D) 4; 2; 2; + 1 /2 E) 5; 11; - 1 ; + 1/2

8.

A) t i 11H aquí se viola el principio exclusión de Pauli.

12. ¿Cuáles serían los posibles números cuánticos que corresponden a un electrón perteneciente al subnivel 4d?

¿Cuántos electrones están asociados como máxi­ mo al número cuántico principal “n”?

A) 2; 2 0 ; - 1/2 C) 3; 0 - 3 ; +1/2 E) 5; 2 - 1 ; - 1 / 4 7.

ms + 1/2

¿Qué átomo presenta tres electrones desapareados?

A) 6.

n

B) 4

A) „N a 5.

B) 5; 1; 0; +1/2 D) 5; 0; 0; + 1 /2

PROPUESTOS

*6 f A) 1

*2d B) 2

*5h C) 3

*3f D) 4

E) 5

17. La configuración electrónica del V2* (Z = 23) A) [Ar] 4s23d3 D) [Ar] 4s°d3

Dada la configuración electrónica I t i Estam os en contra de: np

*8s

B) [A r] 4s23d1 E) [Ar] 4s°3d3

C) [Ar] s23d5

18. El principio de exclusión de Pauli: A )A u fb a u B) Flund D) Heisenberg E) De Broglie 9.

C) Paull

¿Cuál de las proposiciones que a continuación se indican es incorrecta?

A) Establece que los electrones tienen un com por­ tam iento ondulatorio. B) Limita el número de electrones que pueden ocupar un orbital a dos.

Q

C) Dice que to d os los ele ctro n e s en un orbital tienen el m ism o ju e g o de cuatro núm eros cuánticos. D) Establece que el número cuántico del spín debe tener valores de - 1 / 2 o +1/2. E) Señala que los electrones más cercanos al nú­ cleo son más estables. 19. Hallar el número de electrones que presentan el estado cuántico (6; x; - 2 ; y) donde “x" e “y” co­ rresponden al número cuántico secundario y spin respectivam ente. A) 4

B) 6

C )8

D) 10

E) 12

20. Hallar la configuración electrónico de un átomo que presenta 12 orbitales llenos. Dar como respuesta el número de electrones desapareados. A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

21. Para un átomo con 4 niveles de energía, calcular la suma del m áximo y m ínim o valor de la expresión: P = (n + í + m()2ms A) 17,5 D) 14

B) 10,1 E) 1,1/10

O 0,91 VÍO

Dism inuye con el increm ento de 1 Aum enta con el increm ento de 1. Dism inuye sin el aum ento de 1. Aum enta sin el increm ento de 1. La energía queda invariable.

23. Determ inar cuántas proposiciones son correctas. • En el tercer nivel hay como máximo 18 electrones. • En un orbital “d” hay como máximo 2 electrones. • En subnivel “p” puede alojar un m áximo de 6 electrones. • Un subnivel “f presenta 7 orbitales. A) 0

B) 1

C) 2

D) 3

E) 4

24. Determ inar qué especie es diamagnética. A) D)

20Fe 30Zn

97

26. ¿Cuántos electrones presentan el estado cuántico (4; 1; x; y) donde “x” e “y” representan los valores perm itidos de los números cuánticos, magnético y spin respectivam ente? A) 32

B) 16

C )1 0

D) 6

E) 2

27. Hallar el m áximo valor de: R = I n + ^ m s \ m, / Para todo m( A 0 y además donde el mayor valor de “n" puede ser 3. A) 2

B) 1

C )/5

D)

17

E ) /1 5

28. Señalar el posible juego de números cuánticos para un electrón ubicado en un subnivel de mayor energía del tercer nivel. A) 3; 2 ; - 3 ; - 1 / 2 C) 4; 3 ; - 2 ; - 1 / 2 E)

B) 3; 1 ; + 1 ;+ 1 /2 D) 3; 2 ; - 1 ; + 1 / 2

4; 3; 0; +1/2

29. Acorde con la mecánica cuántica, ¿cuántos subni­ veles son im posibles de existir? • 6g

*5p

A) 1

B) 2

*4f

* 7h

C )3

* 6i D)

4 E) 5

30. Indicar lo incorrecto respecto a los números cuánticos:

22. ¿Cómo varía la energía de un electrón en un áto­ mo m ultielectrónico cuando el número cuántico principal es constante? A) B) C) D) E)

■

u ím ic a

B) 26Fe2+ E) „N a

C) 26Fe3T

25. ¿Qué combinación de números cuánticos no está asociado con los siguientes números atómicos? n

í

m,

ms

a) Z = 88

7

0

0

+ 1/2

b )Z = 24

3

0

0

- 1 /2

c ) Z = 38

5

1

0

+ 1/2

d ) Z = 35

3

2

2

- 1 /2

e) Z = 13

3

1

0

+ 1/2

A) El NC principal da la idea del tam año que tiene un orbital atómico. B) El NC secundario da la idea de la form a geom é­ trica de un reempe. C) El NC magnético determ ina la orientación del orbital. D) Los NC se obtienen todos al resolver la educa­ ción de Schróndinger. E) El NC spín indica el sentido de giro del electrón sobre su propio eje. 31. R esponder V o F a las siguientes proposiciones: • Los valores n, t, m,, corresponden a un subni­ vel energético. • Para algunos casos, el número cuántico princi­ pal puede tener el mismo valor numérico que el número cuántico azimutal. • El subnivel 4p está caracterizado por: n = 4 y C= 0. • Un orbital “p” puede contener 6 electrones como máximo. A) W F F D) FVFV

C) FFVF E) FFFF

C) VFVF

32. De los siguientes enunciados, señale lo correcto: I. El concepto de orbital atómico fue propuesto como una consecuencia del principio de incertidumbre. II. Un orbital es la región espacial donde existe la mayor probabilidad en encontrar un máximo de 2 electrones. III. Según la ecuación de Schródinger (1926), las características de un orbital están definidas por los números cuánticos n, C, m, y ms. A)

I y II

B) II y III

C) I y III

D) I

E) II

98

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

33. Los cuatro núm eros cuánticos de octavo electrón del oxígeno Z = 8 son: A) B) C) D) E)

n n n n n

= 2, = 2, = 2, = 2, = 2,

C= í= £= t= £=

1, 1; 1, 2, 0,

m, = m¡ = m, = m «= mf =

1, 2, 0, 1, 0,

ms = ms = ms = ms = ms =

- 1 /2 1/2 1/2 1/2 1/2

B) 7 electrones D) 4 electrones

Pauli estableció que, en un m ismo átomo, dos o más electrones no pueden tener los 4 números cuánticos iguales.

II. El cuarto nivel de energía tiene como m áximo 16 orbitales. III. El número cuántico m, determ ina la form a del orbital. Indicar verdadero (V) o falso (F). A ) VFV

B) FFF

C) FVV

D) VVF

E) V W

36. ¿Cuántos electrones no apareados habrá en un ión X2+ con Z = 14? A) 3

B)

1

C )0

D) 2

E) 4

37. La m olécula del flúor está form ada por dos áto­ mos, los que están unidos por un enlace covalente. ¿Cuántos electrones tendrán cada átom o de la molécula del flúor en su órbita de valencia? A) 8 y 8

B) 8 y 6

C )7 y 6

D )6 y 6

E )7 y 7

38. Dar el número de electrones que se encuentran en el tercer nivel (n = 3), para un elem ento que tiene 25 electrones. A) 13

B)

11

C )9

D) 15

E) 17

39. El elem ento crom o (Z = 24) tiene electrones no apareados en núm eros de: A) 2

B )4

C )6

D) 5

E) 1

40. ¿Cuál de las siguientes estructuras electrónicas es inexistente? A) 1s22s22p4

B) 1s22s22p 1

B) VFF

C) W F

D) V W

E) VFV

42. ¿Cyál es el número de protones de un átomo que posee 5 electrones en su cuarto nivel?

35. Dadas las siguientes proposiciones: I.

Schródinger desarrolla una ecuación m atem á­ tica que describe la energía relacionada a la posición y m ovim iento electrónico.

A) FFF

34. El átomo del cloro, en su últim a órbita giran: (n.° atóm ico 17). A ) 5 electrones C) 6 electrones E) 8 electrones

III.

C) 1s22s22d 1

D) 1s22s22p63s1 E) 1s22s22p63s1 41. Con respecto a la teoría atómica moderna, indique si las siguientes proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F): De Broglie planteó la naturaleza dual para la partícula. II. Heisenberg introduce el concepto de probabilidades para el movimiento de partículas muy pequeñas.

A) 31

B) 33

C) 35

D) 37

E) 40

43. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. La ecuación de Schródinger es una ecuación netam ente m atem ática usada para identificar al electrón en un orbital. II. De la resolución de la ecuación de función de onda aparecen 4 números cuánticos: (n; C; m,; ms). III. Los números cuánticos n ; t y m , son hallados de la ecuación de función de onda. A) V W D) VFV

B) W F E) FFV

C) VFF •

44. Indique verdadero (V) o falso (F) en cada una de las proposiciones siguientes: I. El spín del electrón genera en él un campo magnético. II. El número cuántico secundario indica la form a del orbital com ponente de un subnivel. III. Los subniveles con igual suma (n + £) tiene el m ismo contenido energético. A) FFF D) VFV

B) FFV E) V W

C) W F

45. Indique la verdad (V) o falsedad (F) de cada una de las siguientes proposiciones: I. La form a de un orbital está determ inada por su número cuántico principal. II. El orbital 3s tiene mayor volumen que el orbital 2s. III. Los orbitales ubicados en un m ismo nivel ener­ gético poseen la misma forma. A) FVF

B) VVF

C) FVV

D) FFF

E) V W

46. ¿Cuál de las siguientes distribuciones electrónicas de elem entos al estado fundamental, es incorrecta? A) 20Ca: [A r]4 s2

B) Z4Cr: [A r]4 s 13d5

C)

D) 47Ag: [K r]4 d 95s2

17CI: [N e ]3 s23p5

E) 80 : 1s22s22p22p 72pí. 47. El ion titanio (III), Ti+3, es la especie activa en el catalizador de Ziegler-Natta utilizado en la polim erización del etileno para obtener polietileno. ¿Cuántos electrones desapareados tiene el ión Ti+3? Ti (Z = 22) A)

0

B) 1

C )2

D) 3

E) 4

I.

48. Si en un átomo, dos electrones tienen el m ismo nú­ mero cuántico de spín, entonces necesariam ente se cum ple que:

Q

A) B) C) D) E)

Están en distintos niveles de energía. Pertenecen a distintos subniveles de energía. Se ubican en el m ismo nivel de energía. Deben estar en distintos orbitales. Están en subniveles con la misma energía rela­ tiva.

49. Indique la(s) proposición(es) incorrecta(s): I. Una sustancia param agnética es m uy débil­ mente atraída por un campo magnético. II. Una sustancia diam agnética es muy débilm en­ te rechazada por un campo magnético. III. Las sustancias con todos sus electrones aparea­ dos no son afectados por campos magnéticos. A) Solo I B) Solo II C) Solo III D) i; III

E) II; III

50. En el siguiente grupo de elementos existen algu­ nos que no cumplen las reglas de configuración electrónica, identlfíquelos. Señale adem ás el que presenta mayor param agnetism o: 21SC, 26^®’ 29^U> 42MO, 47Ag, 53l A) Fe, Cu, I Cu

B) Se, Mo, Ag Ag

D)

E) Cu, Mo, Ag Mo

Cu, Mo, I Mo

C) Cu, Mo, Ag Cu

51. El electrón que pierde el 29C u+, es el que se encontraba en el subnivel: A) 2p

B )3 s

C )3 p

D )4 s

E) 3d

52. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las si­ guientes proposiciones: I. Son especies isoelectrónicas: 2oCa

, 15P ; 19K

II. Las especies isoelectrónicas tienen Igual nú­ mero de electrones. III. Son Isoelectrónicas: 22Ti+2 y 20Ca A) VFV

B) VVV

C) W F

D) VFF

E) FFF

53. Indique la alternativa en la que se menciona los números atómicos de elem entos para los que no se cum ple la regla de Moeller. A ) 23 y 32 D ) 12 y 28

B ) 26 y 17 E ) 24 y 29

C ) 30 y 21

u ím ic a

■

99

56. Si el penúltimo electrón de un átomo presenta los probables números cuánticos: 5; 2; 0; +1/2, determ ine el número de masa de dicho átomo si este es isótono con 1£jJ+2 A) 110

B) 185

C )1 8 6

D) 182

E) 184

57. Sabiendo que el último electrón de un átomo tiene los probables números cuánticos (4; 1; - 1 ; +1/2), indicar la cantidad de neutrones que presenta su catión trivalente si este presenta 63 nucleones fundam entales. A) 31

B) 32

C) 33

D) 34

E) 35

58. El átomo de un elem ento tiene un solo electrón de m áxima energía relativa en el tercer nivel. Determ i­ nar los probables números cuánticos para su ante­ penúltimo electrón. A) B) C) D) E)

(3; (3; (4; (4; (4;

2; 2; 1; 0; 0;

- 1 ; + 1 /2) + 2 ; - 1 /2 ) 0; + 1 /2) 0; - 1 /2 ) 0; + 1 /2)

59. En la configuración electrónica del ¡ón Q +2, el último electrón tiene como probables números cuánticos al siguiente conjunto: (4; 1; 0; + 1/2). Determ inar la cantidad de nucleones de los 2 Isótopos de Q con 36 y 38 partículas neutras, respectivam ente. A) 69 y 71 D ) 72 y 74

B) 70 y 72 E ) 73 y 75

C) 71 y 73

60. Indicar el m áximo valor que puede tom ar el núm e­ ro atóm ico de un átomo así como la suma de sus probables núm eros cuánticos para su penúltimo electrón, si este átomo solo posee 3 subniveles “s” llenos además, el número de neutrones excede en 1 al número de electrones. A) 39 y 6,5 D) 19 y 4,5

B) 24 y 6 E) 29 y 5,5

C) 19 y 5,5

61. Un elem ento tiene en su cuarto nivel de energía 6 electrones, si en su núcleo existen 50 neutrones, entonces su número de masa es: A) 106

B) 76

C )9 8

D) 108

E) 84

62. La configuración del Cromo (Z = 24) es: 54. ¿Cuál es el número atóm ico y cuál el número de electrones que tiene en la capa M, un átomo que tiene 5 electrones en su cuarto nivel de energía? A) D)

33; 8 35; 10

B) 35; 18 E) 32; 18

C )3 3 ;1 8

A) 1s22s22p63s23p64s23d4 B) [A r]4 s 23d4 C )1 s 22s22p63s23p64 s '3 d 5 D) [K r]4 s 13d5 E) [N e l4 s 1

55. ¿Cuál(es) de los siguientes casos corresponde(n) en su estado basal? _ l.=Be II. -CIII. :ÑA) D)

I; II Solo III

B) I; III E) Solo II

C) II; III

63. Hallar la configuración electrónica de un átomo que presenta 12 orbitales llenos. Dar como respuesta el número de electrones desapareados. A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

100

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

64. Determ inar el m ínim o y máximo número de electro­ nes de un elem ento que presenta 4 niveles. A) 19; 40 D) 19; 36

B) 19; 30 E) 10; 36

C) 18; 36

65. Si un elem ento tiene en su cuarto nivel energéti­ co 10 electrones y su número de neutrones es el número de protones más el 10% de este número. Hallar su número de masa. A) 12

B) 84

C )4 0

D) 68

E) 92

66. ¿Cuántos electrones posee un átomo neutro en la última capa, si en esa capa solo presenta 3 orbita­ les llenos? A) 6

B) 7

C) 8

D) 9

E) 10

67. Determ inar el mínimo y m áximo número atómico de un elem ento que posee cuatro capas. A) 19; 30 D) 18; 36

B) 19; 36 E) 10; 36

C) 19; 40

B) 55

C) 58

D) 49

E) 47

69. Un átomo presenta 10 electrones en la capa M. Determ inar la carga nuclear. A) 22

B) 12

C) 18

D) 20

E) 14

70. La suma de los números de masa de 3 Isótopos es 39 y el prom edio aritm ético de su número de neutrones es 7. Luego podem os afirm ar que los isótopos tienen la siguiente CE. A) 1s22s2 D )1 s 22s22p5

B )1 s 22s22p2 E) 1s22s22 p 1

C )1 s 22s22p3

71. La distribución electrónica de un elem ento tiene como última notación espectroscópíca 4 d 10; si el número de masa es 104. ¿Cuántos neutrones posee el átomo? A) 60

B) 58

1. D 2. D 3. C 4. 5. 6. 7.

C) 56

11. 12. 13. 14.

C C D E

15. 16. 17.

8. B 9. B

18. 19.

10. C

D) 62

E

21. B

B E B E C D B C

22 23. 24. 25. 26. 27.

20. C

A) 50

B E D C D C

28. D 29. A 30. D

E) 64

31. E 32. A 33. A 34. B 35. D 36. C 37. E 38. A 39. C 40. C

B) 45

C )4 7

D) 37

E) 55

73. Un ión tripositivo X *3 presenta 16 orbitales llenos. ¿Qué número atómico posee? A) 43

B) 41

C )3 9

D) 37

E) 35

74. Dos isótopos tienen por número de neutrones 18 y 20 respectivam ente, si la suma de sus números de masa es 72. ¿Cuál será el nivel y subnivel en que se encuentra su electrón de mayor energía? A) 4s

B )2 p

C )4 p

D )3 d

E) 3p

75. El ión X +4 es isoelectrónico con 20Y +6. Indicar el número de niveles energéticos que posee el átomo normal X. A) 1

68. El átomo de un elemento E es isoelectrónico con x 3. Si el átomo de E posee solo 6 orbitales llenos con energía relativa igual a 6. Determinar Z del anión. A) 52

72. Un átomo no excitado de cierto elem ento quím i­ co tiene un total de 7 electrones en la capa N y su número de masa es 80. ¿Cuál es el número de neutrones?

B)

3

C) 5

D) 2

E) 4

76. Cuál de los siguientes orbitales no tiene significado físico. A) 1s

B )5 f

C )2 d

D )3 p

E) 6p

77. Un elemento X posee 14 electrones en la capa N. Si su número de masa es 98, ¿cuántos neutrones posee su núcleo? A) 52

B)

53

C) 54

D) 55

E) 56

78. Señale cuál tiene mayor número de electrones en su último nivel. A) N (Z = 7) D) Al (Z = 13)

B) Ne (Z = 10) C ) N a ( Z = 11) E) P (Z = 15)

79. El número de electrones que presenta en el último nivel el 26Fe56 es igual a: A) 6

B)

8

C )2

D) 10

E) 14

80. Determ inar los electrones en subniveles “p” para el Germ ánio de número atómico 32. A) 6

41. C 42. B 43. E 44. C 45. A 46. D 47. C 48. D 49. C 50. E

B)

12

C )11

D) 13

E) 14

51. D 52. C

61. E 62. C

71. C 72. B

53. E 54. C 55. B 56. E 57. B

63. C 64. D

73. D 74. E

65. B 66. B 67. B 68. D

75. 76. 77. 78.

69. A 70. B

79. c 80. E

58. E 59. B 60. D

!

B E C B

;

Tabla periódica

o d

Q .

O O

Dmitri Ivánovich Mendeléyev (Tobolsb, 8 de febrero de 1834-San Petersburgo, 2 de febrero de 1907) fue un químico ruso, célebre por haber descubierto el patrón subyacente en lo que ahora se conoce como la tabla periódica de los elementos. Su investigación principal fue la que dio origen a la enunciación de la ley periódica de los elementos, base del sistema periódico que lle­ va su nombre. En 1869 publicó su libro en el que desarrollaba la teoría de la tabla periódica.

Principios de ¡a química,

El sistema periódico es la clasi­ ficación de todos los elementos químicos, naturales o creados artificialmente. A medida que se perfeccionaron los métodos de búsqueda, el número de elemen­ tos químicos conocidos fue cre­ ciendo sin cesar y surgió la necesidad de ordenarlos de alguna manera. Se realizaron varios in­ tentos, pero el intento decisivo lo realizó Mendeléyev, que creó lo que hoy se denomina sistema periódico. Mendeléyev ordenó los elementos según su masa atómica, situando en una misma columna los que tuvieran algo en común. AI ordenarlos, se dejó llevar por dos grandes intuicio­ nes: alteró el orden de masas cuando era necesario para ordenarlos según sus propiedades y se atrevió a dejar huecos, postulando la existencia de elementos desconocidos hasta ese momento. En 1955 se nombró mendelevio (Md) al elemento químico de número atómico 101, en su honor. Fuente: Wihipedia

102

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Conform e se iba elaborando la estructura de la materia, se comenzó a buscar una clasificación natural de los elem entos quím icos que se conocían, fueron muchos los intentos que se hicieron para obtener la tabla pe­ riódica actual.

<♦ CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍ­ MICOS Hipótesis de Prout (1 8 1 5 ) Clasifica a los elem entos quím icos como m últiplos del átom o de hidrógeno, al cual considera como generador de todos los dem ás elementos. E je m p lo s : ¡H -> generador • •

He = H + H Li = H + H + H

•

Be — H + H + H + H

Fe (debajo del S) y el de no haber dejado espacios va­ cíos, para los elem entos que todavía no se descubrían.

Ley periódica de Mendeléyev (18 69 ) “Las propiedades de los elem entos químicos están en función periódica de sus pesos atóm icos”. Clasifica a los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos, de tal manera que los elem entos de propiedades sim ilares estén alineados en la m isma co­ lumna vertical. M endeléyev presentó los resultados de su estudio en forma de tabla. Esta tabla recibe el nom­ bre de "tabla periódica" o "sistema periódico". De modo que se form aron filas y columnas. Las filas son los "periodos", es decir, el intervalo existente entre dos elementos de propiedades físicas y químicas semejan­ tes. Las propiedades varían a lo largo del período. Las columnas, reciben el nombre "grupos" o familias. Los elem entos de un grupo poseen todas propiedades físicas y quim icas m uy parecidas.

Triadas de Dobereiner (1 8 2 9 ) GRUPOS

C lasificó a los elem entos en triadas o grupos de 3 que presentaban propiedades quím icas semejantes. En cada triada el peso atóm ico del elem ento central es el prom edio aritm ético de los elem entos extremos.

R O D 0 S I ,

40Ca PA(Ca) + PA(e PA (so - ■ . 2

®Sr

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

Li

Be

B

c

N

0

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

s

Cl

K

Ca

H

H

Br

136Ba Tabla periódica corta E je m p lo :

Ventajas: Estas ventajas permiten el descubrim iento de nuevos elem entos quím icos y son:

PA(Sr) = 40+ 2 136 = 88 40Ca

7L¡

32g

35,5q |

88Sr

23Na

79Se

89Br

,36Ba

36k

127Te

12?l

Fue sustituido porque com enzaron a aparecer otros grupos que no cum plían dichas condiciones.

Octavas de Newlands (1 8 6 5 ) Q uím ico inglés que clasificó a los elem entos en grupos de 7 en 7, donde el octavo del elem ento repetía las pro­ piedades quím icas análogas al primero. Esto le permite form ar columnas y dar lugar a la ley de octavas. 1.° Li

►Na K

2.° Be

Mg Ca

4.° C

Al Cr

Si Ti

5.° N

P Mn

6.° O

S Fe

7.° F —

Cl Br

Esta clasificación fue sustituida por tener m alas ubica­ ciones de elementos como: el Cr (debajo del aluminio);

a.

Dejó ciertos espacios indicando que iban a ser ocupados por elem entos que más adelante se van a descubrir.

b.

Dio a conocer, en form a aproximada, las propieda­ des de estos posibles elementos. Les dio nombre a cada uno de ellos de acuerdo a su posición: ekasiliclo (significa el primero después del silicio).

c.

Mendeléyev

Actual

Ekaaluminio

Galio

Ekasilicio

Germ anio

Ekam anganeso

Tecnecio

Duomanganeso

Renio

Erateluro

Polonio

Eraboro

Escandio

Desventajas: En comparación con la tabla actual, tenem os las si­ guientes desventajas:

Q

u ím ic a

■

103

a

El hidrógeno no tiene una posición fija,

Grupos o familias

ó.

No se pueden diferenciar claram ente a los m etales de los no metales, Existen ciertos tipos de pares de elem entos colo­ cados en orden inverso.

Son agrupaciones verticales que nos indican que po­ seen propiedades químicas semejantes, debido a que poseen los m ismos electrones de valencia.

c.

M endeléyev

Actual

NI Co I - Te

Co - Ni Te - I

En la tabla periódica está ordenada en grupos A y B. Grupo A: elem entos representativos Situados en los extrem os de la tabla periódica.

d.

El de ordenar a los elementos en forma creciente de sus pesos atómicos (propiedades físicas). En la ta­ bla periódica actual los elementos están agrupados en orden creciente de sus propiedades químicas.

Nos indica el número de electrones de la última capa y se representa en núm eros romanos. Terminan en subnivel s y p. Familias

Grupo

<« TABLA PERIÓDICA ACTUAL

e s valencia

IA

Alcalinos

s1

1

IIA

Alcalinotérreos

s2

2

MIA

Térreos o boroides

p1

3

En 1927, Henry Moseley descubre un modo práctico de hallar los números atómicos, utiliza un criterio para ordenar a los elem entos químicos.

IVA

Carbonoides

p2

4

VA

Nitrógenoides

p3

5

Se enunció: “Las propiedades físicas y quím icas de los elementos son funciones periódicas de los números

VIA

Anfígenos o calcógenos

p4

6

VIIA

Halógenos

p5

7

VIIIA

Gases nobles

p6

8

atómicos". Es decir, los elem entos están ordenados en función creciente de sus números atómicos. La tabla periódica actual (forma larga) fue diseñada por W erner y es una modificación de la tabla de Mendeléyev. Descripción Los elem entos se hallan distribuidos: En 7 filas denom inados (períodos). En 18 columnas o familias, las cuales se ordenan en grupos; 8 grupos A y 8 grupos B.

Períodos Son las filas horizontales, nos indican el último nivel de energía del elemento. Existen 7 períodos o niveles.

IA:

Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

HA:

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

MIA:

B, Al, Ga

IVA:

C, Si, Ga

VA:

N, P, As, Sb, Bi

VIA:

0 , S, Se, Te, Po

VI IA:

F, Cl, Br, I, At

VIIIA: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn Periodo 1.er, 2.° y 3.er, form ados por 2, 8 y 8 ele­ m entos respectivam ente, son denom inados ''perío­

Grupo B: elem entos de transición

dos cortos".

Situados en la zona central de la tabla periódica.

Períodos 4 °, 5.° y 6.° son los "períodos largos" el 7.° período se halla Incompleto. Los elementos cuyos números atómicos se hallan com prendidos entre el La (Z = 57) y el Lu (Z = 71) se llaman "lantánidos". Los elem entos con número atóm ico superior al Ac (Z = 89) se denom inan "actínidos". Ellos se encuentran separados en 2 filas de la tabla periódica, con el objeto de no extender dem asiado la figura. Los elem entos después del 92U (-* 93...) se han obtenido en form a artificial del uranio denom inán­ dose a estos, "transuránidos".

No nos indica el grupo el número de electrones de la última capa, debido a que su valencia es varia­ ble. La configuración electrónica term ina en subnivel d.

Observación: Tiene 8 subgrupos. El grupo VIII B tiene 3 ca­ silleros. Los elem entos de transición interna, llamados tierras raras: su configuración electrónica term i­ na en el subnivel f

104

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

VIIIB IIIB

IVB

Se

Ti

VB

VIB

VIIB ,

IB

Son m alos conductores del calor y la electricidad.

IIB

Se "reducen" (ganan electrones). Fe

Co

t

NI

Cu

í

Au

Ferromagnéticos

Se les denom inan: "oxidantes". E je m p lo :

Ag Metales de acuñación.

gana 1e~

«O

gana 2e_

nF e

*0

Por lo tanto, son "electronegativos".

Clasificación actual de los elementos químicos

A tem peratura ambiente, la m ayoria se encuentra en estado sólido.

Los elem entos quím icos se pueden clasificar:

Com o gases: N, O, F, Cl, H, líquido el Br.

Representativos Transición Transición interna

Metales

M etaloides. Son los elem entos que tienen propiedades m etálicas y no metálicas; además, ocupan una reglón diagonal que se observa en la tabla (transición entre

Son buenos conductores del calor y la electricidad. Se oxidan (pérdida de electrones). Se le denom ina tam bién "reductor".

metal y no metal). Estos son B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po. G ases nobles: (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Son elem entos quím icam ente estables por tener su última capa 8 e a excepción de He.

E je m p lo :

No se combinan con ningún otro elemento, solo a tem ­ peraturas exigentes el Xe puede reaccionar. Sus m olé­ pierde 1e“

3Li

+

culas son m onoatómicas.

Ubicación de un elemento en la tabla periódica Elem entos representativos: 2+ jB e

+

G rupo A Período: última capa o nivel. Grupo: e~ de la última capa (se representa en n.° ro­ manos).

1 2 Por lo tanto, son "electropositivos". Son sólidos a excepción Hg (líquido a tem peratura am­ biente)

1

-NO METALES

2

3 4 5

6

E je m p lo s : 1.

No metales n = n =

Terminan en subnivel s y p.

Indicar a que grupo (fam ilia) y período pertenece un elem ento cuyo (Z = 11). Resolución: (Z = 11) Configuración electrónica:

ELEMENTOS DE TRANSICION (METALES)

y 'e METALOIDES •

TIERRAS RARAS

(L a ntá nid o s) (A ctínid o s)

£

1

s2p6

de la última capa

subnivel indica grupo A

2 ^ X J jltim o nivel o capa

Q

u ím ic a

■

105

En general:

_ Grupo: r

i 3s IA | 1

Representación de la ultima _ . . . . . . configuración electrónica

1 e~ valencia

mento es el sodio (Na).

Resolución:

Z = 15 CE

A = 105

A = n + p*

n = 53

p ' = Z = 105 - 53 Z = 52

e de la última capa s2

IB IIB

SI el número másico de un átomo es 105 y el nú­ mero de neutrones es 53, ¿en qué grupo de la ta­ bla periódica se podría encontrar este elemento?

Si lo ubicamos en la tabla periódica (TP), el ele­

2.

IIIB IVB VB VIB VIIB

...s2d1 ...s2d2 ...s2d3 ...s2d4 => s ’d5 ...s2d5 ...s2d6 | ...s2d7 VIIIB ...s2dB I ...s2d9 - s1d1' ...s2d ’°

s2p6 s2?

Configuración electrónica:

subnivel indica grupo A

s2 1 He

* \ ú l t i m o nivel o capa

sV 2 Ne

s2d’ °p 6 4 Kr

s V

3 Ar

Período: 3 1 Grupo: VA | Ni«>genoide

s 2d’ ° 5

e último nivel grupo A

Z = 52; CE:

En la tabla periódica, el elem ento es el (P)

último nivel Período: 5 Grupo: VIA

Elem entos de transición: Grupo B 3. Período: última capa o nivel. Grupo: se halla como la suma de

Si un elem ento se encuentra en cuarto periodo y grupo VIA. ¿Cuál es el número de protones que tiene en su núcleo? Resolución:

es última capa + e subnivel incompleto

Período: 4 => (última capa o nivel) n = 4 Grupo: VIA * - — CE term ina en subnivel s y p

CE term ina en subnivel d

_ 6e de la última capa E je m p lo s : 1.

s2p4 Com pletando:

Hallar el período y grupo de un elem ento cuyo

(2

=

21 ).

s2p6 s 2p6 s2d10p4 1 2 3 4

Resolución:

(2 = 21)

.-. Z = 34 => 34 protones

CE:

s2 s2p6 s2p6 ¿a 3 (P ; 3

4.

►suma de e 5 -gru p o B -últim o nivel

4.

El átomo de un elem ento E que se encuentra en el quinto período, presenta 9 electrones en su pe­ núltimo nivel. Indicar a qué fam ilia pertenece dicho elemento. Resolución:

Período: 4 Grupo: IIIB <— term ina en subnivel d SI ubicamos en la tabla Periódica (T.P.) Elem ento escandio (Se)

Período = 5 =» n = 5 Penúltim o nivel: n = 4 s2p6 s V

último nivel contiene 9e s2d10p6 s24 d 'p 5

106

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Como se observa en la configuración, term ina en d 1 Por lo tanto, pertenece a la fam ilia de elem entos de transición. 5.

Resolución: 1.

3 orbitales desapareados fT T ® ©®© ________________ s p _

Dada la siguiente triada: 16^

34Y

Capa M o nivel 3

52Z

1

Se sabe que el PA de X es 32 y el PA de Z es 126. Indicar la proposición Incorrecta. 2. I. II. III. IV. V.

El peso atómico de Y es 79. El elem ento Y es un elem ento representativo. El elemento X se encuentra en el tercer período. Los 3 elem entos son metales alcalinos. El elemento Z se encuentra en el quinto período.

3

Nivel 3 o capa M m

3 orbitales desapareados -------------------------------

® ®©©oo s3d 1 2

3

4

Período 4; grupo VB

Resolución: Analizando las alternativas: I. Según la triada: (Dóbereiner)

3.

3 orbitales desapareados

34 1

PA,7

Se cumple: PA,y) =

s3d PA,v Período 4; grupo VIIIB

126 + 32

= 79 (correcto) 8.

stAr]Com o la CE term ina en subnivel p elem ento representativo (correcto) X ■ s2

sV

1

2

Nivel 3:

PAy

2x

PA,Y) =

2

Período: 3; grupo: V A

grupo A:

sV

Indicar a qué grupo y período de la tabla periódica corresponde un elem ento con 7 electrones p apa­ reados. Resolución: Condición: 7 electrones p apareados p : 3 orbitales

Período

(verdadero) IV.

Y: e VIA: anfígenos X: e VIA : anfígenos 9 .10 4 : VIA (anfígenos) 36t^r] ■ ■Período ~W Los 3 elem entos son anfígenos, son metales alcalinos (Incorrecto)

V.

Z: Se encuentra en el 5.° período (correcto)

Período 4; grupo VIA Z = 34 ¿A qué grupo y período pertenece un átomo X sa­ biendo que X + y Y2+ son isoelectrónlcos? Adem ás Y pertenece al cuarto período y grupo MIA. Resolución:

Hallar el número de protones que tiene un átomo en el cuarto período y grupo IVB.

Y e

Periodo 4 Grupo IIIA

s2d 10p1 período

Resolución: Sea el átomo X Periodo: 4 => n = 4 e último nivel Grupo: IVB

s V

1

2

n.° e“ = 22 O 7.

S2P6

3

Termina CE: s b °

pero: X + isoelectrónico

►s2d2 CE:

Y2+

s2d2 4

n,° p+ = 22

Un elem ento quím ico presenta 3 electrones desapareados en la capa M. Indicar cuál es su po­ sible ubicación en la TP.

.-. X 4

-»

í Perdió 1e s1d 1° 4

Y2

...(a)

de (a)

s1d 10 4

Período 4; grupo IIB

Q

u ím ic a

■

107

Propiedades periódicas

Resolución:

Radio atóm ico. Es la distancia prom edio entre el últi­ mo electrón del nivel más externo y el núcleo.

Los elementos se encuentran en un mismo período. Ordenado: Si P S aumenta el radio atómico

.-. Orden creciente: S, P, Si, N ú c le o / 3L¡

4Be

O

5B

O

1,23

o

0,89

Na Q

0,80 _

/

6C

7N

80

o

o

o

0,77 0,70 0,66 aumenta

9F

o 0,64 Á

Radio iónico Catión (+). El radio catión dism inuye en comparación con su átomo neutro debido a que existe m ayor fuerza de atracción nuclear hacia los electrones. E je m p lo :

3l ¡ +

AUMENTA

|

neutro

1

R bO

^catión " - ClOínr; neutro

La flecha (—) indica aumento. En la tabla periódica varía: Período: Aum enta de derecha a izquierda inverso al número atómico. Grupo: Aum enta de arriba hacia abajo (directa­ mente como aumenta el número atómico). El "radio atómico" nos representa el tam año de un átomo así como el "volumen atómico". La variación del volum en atóm ico es sim ilar al ra­ dio atómico.

rLl-

rLi

Anión ( - ) . El radio anión aum enta en comparación con su átomo neutro, como la carga nuclear no varía y el anión se origina al ganar electrones; esos electrones periféricos ejercerán fuerza de repulsión la cual produ­ ciría un efecto pantalla de aum ento de volumen. E je m p lo : \

Los átom os poseen diferentes volúm enes atóm i­ cos, por tener diferente número de niveles electró­ nicos y en la cuantía de esta m agnitud, también influirá la mayor o menor atracción ejercida por el núcleo sobre los niveles electrónicos.

I

gana 2e~

80núcleo + / ri —

En general, en todos aquellos elem entos que po­ seen volúm enes atóm icos elevados, los electrones del último nivel se hallarán escasam ente atraídos y podrán cederse con gran facilidad. Por el con­ trario, aquellos elem entos que poseen volúm enes atóm icos pequeños tenderán a captar electrones o ceder con dificultad lo que poseen.

80 2 + núcleo ro2~ > ro ^anión ^

Q o m o neutro

En general:

E je m p lo s : 1.

<

O rdenar de acuerdo al radio atóm ico en form a cre­

^"catión ' " Q o m o neutro

^

^amón

ciente: Cl, Br, F Resolución: Son la familia (grupo) halógenos y el radio aum en­ ta de arriba hacia abajo: F Cl

=>

Orden: F, Cl, Br

,.Br 2.

O rdenar en orden creciente de acuerdo al radio o volumen atómico. P, Si, S

E je m p lo : De las siguientes especies: 12Mg2-; e0 2-; .F ’ ; ^ N a 4; 7N37 10Ne O rdenar de m enor a m ayor tamaño: Resolución: Ordenam os: Orden creciente de tamaño Mg2* < N a+ < Ne < F~ < O2' < N3~

I

I

m enor tam año

m ayor tamaño

108

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Energía de ionización (El)

Resolución:

Potencial de Ionización (Pl). En la energía necesaria para arrancar un electrón periférico en un átomo.

Ordenando: (período) C N Menor

La El se puede expresar en electrón voltio

O mayor

Rpta.: F tiene mayor El.

Afinidad electrónica (AE) o electroafinidad IIP* + , 2l

Es la energía liberada cuando un átomo gana un elec­ trón, para convertirse en ión negativo (anión).

núcleo / uN a Metal

Ecuación:

Na"

+

El

Na"

+

flF + 2

1e

Experimentalm ente: El = 118 kcal/mol. Com o se puede observar en el ¡ón N a ', los electrones periféricos se encuentran más fuertem ente atraídos hacia el núcleo y para poder arrancar un electrón se requiere una El m ucho mayor. Experimentalm ente: E l2 = 1091 kcal/mol

No metal:

F

+

1e~

AE Grupo

Elemento

F

Cl

Br

I

AE (eV)

4,27

4,01

3,78

3,43

Na" + EL -> N a44 + 1e“

aumenta

PER ÍO D O Elemento

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

El (eV)

5,13

7,64

5,98

8,14

11

10,35

13

15,75

Variación en la tabla periódica: Período: aumenta de izquierda a derecha. Grupo: aum enta de abajo hacia arriba.

aumenta

GRUPO Be

9,32

Mg

7,64

Ca

6,11

Es la capacidad que tiene un átomo para ganar electro­

Sr

5,96

Ba

5,21

nes de otro átomo. Linus Pauling determ inó escalas de EN que varían del 0,7 al 4,0.

Ra

5,27

Para los gases nobles. EN = 0 por ser estables.

Electronegatividad (EM)

Su variación en la tabla periódica: Período: aumenta de izquierda a derecha. Grupo: aumenta de abajo hacia arriba.

ESCALA H

2,1 E je m p lo s : 1.

Quién tiene m enor potencial de ionización: Na, Li, K Resolución:

Be 1,5

B 2,0

C 2,5

Na 0,9

N 3,0 aumenta

K

Ordenando: (grupo IA) Li

Li 1,0

0,8

mayor

Rb

0,8

Na K

Cs 0,7

menor

Rpta.: K tiene m enor El. Según la escala: 2.

¿Quién tiene m ayor energía de ionización? F

C

O

N

El más electronegativo = F El m enos electronegativo = Cs

O 3,5

F 4,0

Q

2.

En la tabla periódica varia: Periodo: aum enta de izquierda a derecha Grupo: aum enta de abajo hacia arriba.

■

u ím ic a

109

Quién es más no m etálico: Cl, S. P, Resolución: O rdenando (período)

Variación del carácter metálico y no metálico

P

S

Cl (+ electronegativo)

Metales. Se caracterizan quím icam ente por su tenden­

más no metálico

cia a perder electrones con facilidad, es decir, que ac­ túan como elementos electropositivos.

Cl: Es el más no metálico y es el más electronega­ Su variación:

tivo.

Período: aumenta de derecha a izquierda. Grupo: aum enta de arriba hacia abajo.

H,PQ 4

Su ácido será fuerte: H C I0 3 > H2S 0 4

E je m p lo :

Crece el carácter metálico

Quién es más metálico: Na. K. Ordenando en un grupo:

Crece el carácter no metálico

Na Li

aumenta

Be

B

C

N

O

F

Na

Cl

K

Br

Rb

I

No m etálico Ligado con la tendencia a ganar electro­ nes. Los no metales son "electronegativos'' y su varia­

Cs

At

ción es inversa al carácter metálico. Se puede predecir: el carácter metálico se halla relacio­ nado con el carácter básico de los óxidos. Cuanto más metálica, más básico será el óxido metálico.

(—►) indica aumento

K K: carácter más metálico (mayor tendencia a perder electrones).

Fr

VARIACIÓN DE LA TABLA PERIÓDICA E je m p lo s : 1.

Quién es más metálico Na o Mg. Resolución: Ordenando (período) Na

NM El

CM

CM

AE

RA

RA

EN

Mg

aumenta CM

(------►) aumento

NM AE

El

EN

Entonces Na es más metálico que el Mg. Su base: NaOH es más fuerte M g(OH)2 Análogamente, la relación entre el carácter no me­ tálico de los elem entos con el carácter ácido de sus anhídridos y ácidos oxácldos.

DESVENTAJA DE LA TABLA PERIODICA ACTUAL No existe una ubicación fija del hidrógeno. Mala ubicación de los elem entos de transición In­ terna.

C o l e c c ió n

U n ic ie n c ia

S

t r a n s u r á n id o s

DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

■

TABLA PERIÓDICA

110 a p ie n s

Q

E je m p lo s :

I)

1.

III)

Rp < R f

V)

RF > R 0

Dados tres elem entos A, E y R cuyas configuracio­ nes electrónicas del estado fundam ental se expo­ nen a continuación:

II)

Reí

■

111

R k»

IV) RFe2- > RFe3-

Resolución:

A: 1s22s' E: 1s22s22p3 R: 1s22s22p5

Reglas para determ inar y com parar radios

De acuerdo a las configuraciones dadas: A: 1s22s1 (IA) E: 1s22s22p3 (VA) R :1 s 22s22p5 (VI IA)

¿Cuál es el orden correcto de m enor a mayor de los radios (R) de los siguientes Iones isolectrónicos? 20Ca2+, 16S2-, 15P3 I. R S2 ; R pj ; RCa2II. RP3 ; RCa2., R s2

•

Átom os de un mismo período.

•

Isoelectrónicos Radio (IP) Z =» C l' > K+

•

Átom os, Iones de un m ismo elemento. Anión > Neútro > Catión F~' > F => Fe+2 > Fe3+

Todos se encuentran en el m ismo período 2:

Radio atóm ico (RA). Distancia del núcleo a la zona más externa. Variación: <— Para los elem entos dados: A, E, R — ► El -— RA Los elem entos pedidos son R y A.

Átom os (iones) de un m ismo grupo.

Radio (IP) Z => F < 0

Resolución:

Energía de ionización (El). Mínima energía ab­ sorbida por un átomo en estado gaseoso y provo­ car su ionización. Variación: — ►

•

Radio (DP) Niveles (Z) =* K+ > Na+

Indicar qué elem ento es previsible que presente el m ayor valor de la energía de ionización y el radio atómico, respectivam ente.

2.

RNa+ ^ R k*

u ím ic a

Por lo tanto, es correcto la alternativa IV. 4.

Un elem ento representativo del cuarto período tie­ ne 3 electrones desapareados. Indicar el m áximo y mínim o grado de oxidación, en ese orden, para dicho elem ento representativo. Resolución: Cierto elem ento representativo del cuarto período posee 3e~ desapareados. CE:

1s22s22p63s23p6 4 s23d104p3 111

Posee 5e “ de valencia; sus estados de oxidación (EO) son: EO mínimo: Gana 3e~ para cum plir el objeto. .-. EO = - 3 E.O. Máximo: Pierde los 5e~ de valencia. .-. EO = + 5

III- Rea2* ; R S2 I R P3IV. R S2 ; RCa2.; RPs V. RPj ; RS2 ; RCa2-

<4 ESTABILIDAD QUÍMICA

Resolución: En los Iones ¡soelectrónlcos, el radio es inverso al número atóm ico (Z): Radio (IP) Z

Es el estado de m enor energía. Todo átomo tiende a ser quím icam ente estable, es decir, tiene en su última capa 8e~, Igual al de los gases nobles (regla del octeto), a excepción del He que tiene solo 2e- . y lo hace ya sea ganando o perdiendo electrones.

Luego, para los iones indicados: 20^3

,

n .° e " = 18 Se cumple: Ca2+ < S2 — ► Radio *— Z 3.

n s2 p6

, 15P

He: 1s

E je m p lo :

< P3~

Respecto a los radios (R) de las especies quím i­ cas, indicar cuál de las siguientes alternativas es verdadera: Z: O = 8; F = 9; Na = 11; Cl = 17; K = 19; Fe = 26

. u N a = [Ne] m ás esta b le

112

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

I H lB lW iM íi 9F + 2 7 • ' a

» i

F" + 2 8

aana gana 1e

Los electrones de valencia coinciden con el grupo A (electrones último nivel). Asi que basta recordar el grupo A (8) para poder representar los electrones de valencia de los elementos representativos.

9

J¡

/ ' 2

2

[F ] = [Ne] más estable

GR U PO

<4 NOTACIÓN DE LEWIS

IA

NOTACIÓN

Representa por m edio de puntos o aspas los electro­ nes que tiene un átomo en su última capa o nivel ener­ gético (electrones de valencia).

LEW IS

v,

IIA

MIA

IVA

VA

VIA

V IIA

V IIIA

L¡ Be- •ES-

-C-

-N-

•0!

•F>

«Ne¡

................. ....... .......... ...

E je m p lo s : 1. Pz b ©

Px

n

Electrones valencia

•§ • t

B)-B-

D)-ÁI-

E) -B-

C)-Sc-

Resolución:

E je m p lo s : 1.

Dada la notación de Lewis . ¿Cuál es Incorrecta? A)-Ó -

La incorrecta es la E debido que lo que se debe

Al (Z = 13)

tom ar en cuenta es la regla de Hund (ocupar la ma­ e

valencia

yor cantidad de orbitales). 2.

T

2' , 3<

último nivel

Resolución:

Según Lewls: -Al2.

Según Lewis, el átomo de un elem ento se repre­ senta ‘ E ’, sí pertenece al tercer período. Hallar su número atómico.

5es última capa

7N: •

N(Z = 7) o

7N: + 2 5

jS

J2 )

¿ C\ sV 2 ’s

Período 3: último nivel

1.

S2n 3

—

Com pletando: 10[Ne]3s23p3 n.° e~ = p* = 15

Según Lewis: ' N '

“■ ■ O

— subnivel s y p

e8 valencia

.-. Z = 15

PROBLEMAS

Respecto a las propiedades de los elem entos A y B, cuyas configuraciones electrónicas se indican, señalar verdadero (V) o falso (F).

RESUELTOS

Q B --

B CE: (Ar) 4s23d104p4 I.

A: [Ne] 3s23p5

Verdadero Se observa que el átomo B posee m ayor núme­ ro de niveles que es átomo A.

B: [Ar] 4s23 d 104p4

FÍA (B) > RA (A)

II. La electronegativídad del elem ento A es mayor que la del elem ento B.

II. Verdadero El átomo A es más pequeño por lo que es más electronegativo.

III. Se cum ple que los elem entos A y B son m eta­ les.

III. Falso De acuerdo a sus configuraciones:

I.

El elem ento de mayor radio atóm ico es B.

Resolución: En base a las configuraciones: A C E : [Ne] 3s23p5

A

e

grupo VIIA (halógeno)

B e grupo VIIA (anfígeno) Por lo tanto, ambos son no metales.

Q

2.

Responder verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda: I.

III.

En algunos casos es posible com parar las pro­ piedades periódicas de dos elementos que se ubican en diferentes periodo y grupo.

II. En un grupo, la facilidad de perder un electrón aum enta con el número atómico. III. En un período, la afinidad electrónica se hace m ás negativa conform e aumenta el número atómico.

Respecto a las proposiciones: I. Verdadero Las propiedades periódicas se evalúan para elem entos de un mismo período o un mismo grupo, pero tam bién es posible si los grupos son próxim os y los períodos distantes.

Resolución: Grupos representativos, nombres y configuraciones. IA

Alcalinos

ns1

I IA

Alcalino tórreos

ns2

IIIA

Tórreos o boroides

ns2np1

IVA

Carbonoides

ns2 np2

VA

Nitrogenoides

ns2 np3

VIA

Anfígenos o calcógenos

ns2 np4

VIIA

Halógenos

ns2np5

v i ha

Gases nobles

ns2np6

IA: 3L¡ < ^N a < 19K Su e externo es re­ tenido débilmente.

III. Falso La afinidad electrónica (AE) es la energía des­ prendida (AE > 0) cuando un átomo en estado gaseoso acepta un e~ form ándose un anión, su valor es máximo en los no metales: A E — »; Z

Se observa la configuración incorrecta para la fa­ milia del carbono (carbonoides).

Determ inar el valor de verdad de las siguientes proposiciones: I.

El estado de oxidación m áxima del azufre (Z = 16) es igual a + 6.

CE: [Ar] 4 s1 J

Alcalinos: ns1 Alcallnotérreos: ns2 Carbonoides: ns2np3 Anfígenos: ns2 np4 Halógenos: ns2 np5

II. Verdadero La electropositividad de los átom os (facilidad para perder e~s) aumenta en un grupo con el número atóm ico (Z).

3.

113

Acerca de la distribución electrónica term inal de los grupos que corresponden a elem entos representa­ tivos, indicar la relación incorrecta: I. II. III. IV. V.

Resolución:

■

Verdadero Los átomos: „N a CE: [Ne] 3s1 j E 0 = + 1 19K

4.

u ím ic a

- n s 2np3 l= 5.

Nitrogenoides

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

II. El estado de oxidación m ínimo del cloro (Z = 17) es igual al estado de oxidación m ínimo del bromo (Z = 35).

I.

III. El estado de oxidación mínim o del sodio y pota­ sio es +1.

II. Un elem ento con Z = 13, posee mayor energía de ionización que otro elem ento con Z = 31.

Resolución:

III. Un elem ento quím ico con Z = 19 posee m enor electronegatlvidad que otro elem ento quím ico con Z = 35.

De acuerdo a los enunciados. I. Verdadero Para el átomo de azufre (S) Z = 16. CE: 1s22s22p6 3s23p4 I

_____

Al perder 6e~ EO = +6

El radio atóm ico aum enta conform e aumenta el número atómico de los elem entos en la tabla periódica moderna.

Resolución: Propiedades periódicas.

17CI CE: [Ne] 3s23p5

Falso El radio atómico mide la distancia del núcleo al electrón más externo, en un período es inverso al número atómico (Z):

35Be CE: [Ar] 4s23 d '°4 p 5

<—

II. Verdadero Los átomos:

Poseen l e de valencia por lo que al ganar 1e~ (cum plen el octeto). EO = - 1 .

I.

Radio;

Z— ►

I!. Verdadero En un m ismo grupo la energía para ionizar un átom o (El) es inverso al número atómico:

114

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Z = 13

CE: [Ne]3s23p1

Z = 31

CE: [A r]4 s 23 d ,04p ' | ' lliA

II. Verdadero Los elem entos halógenos pertenecen al grupo VIIA (grupo 17) III. Verdadero Los metales de transición pertenecen a los gru­ pos B y abarcan todo el bloque d de la tabla periódica.

|

El(Z = 13) > EI(Z = 31) III.

Verdadero En un periodo la electronegatividad (EN) es proporcional al número atóm ico (Z). EN (Z = 19) [Ar]4s1

6.

8. (Z = 35) [Ar]4s23d104p5

I.

Respecto a la ley periódica m oderna de los ele­ m entos químicos, señalar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Se basa en la carga nuclear de los elementos químicos. II. Es la segunda ley periódica. III. Los elementos con propiedades químicas seme­ jantes, basándose en la ley periódica, tienen se­ mejantes configuraciones electrónicas externas.

3L i , 7N, 34Se, 36Kr

III.

19K, 20Ca, 23V, 30Zn

V.

4H , SB, 26^®’ 82^*^

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I. Los elem entos alcalinos comprenden a aque­ llos con Z = 1, 3, 11, 19, 37, 55, 87. II. Los llam ados elem entos halógenos se acom o­ dan en el grupo 17. III. Los metales de transición son los correspon­ dientes al bloque d de la tabla periódica moder­ na (TPM). Resolución: En relación a los enunciados: I. Falso Los elem entos alcalinos son m etales que perte­ necen al grupo IA abarcan los elementos: 3l¡ uNa i.K

IV. 55Cs, 31Ga, 42Mo, 93Np

Los elementos quím icos se distribuyen en la tabla periódica, según: n

s

Respecto a la ley periódica moderna: I. Verdadero Establece que las propiedades de los elem en­ tos son función periódica de sus números ató­ micos (carga nuclear). II. Verdadero Es la segunda ley periódica ya que la primera fue enunciada por Mendeléiev. III. Verdadero Predice la regularidad en las propiedades ba­ sándose en las configuraciones electrónicas de los átomos.

II. 4Be, 21SC, 16S, 33Br

Resolución:

Resolución:

7.

Identificar el grupo de elementos que tienen en su capa de valencia orbitales s, p, d, f, respectivamente.

p

d f

Entre ellos, los elementos: 55Cs CE: [Xe]6s1 3,G a CE: [Ar]4s23d104 p 1 42M o CE: [Kr]5s14d5 93Np CE: [Rn]7s26d15 f Los cuales abarcan los bloques s, p, d, f. 9.

¿En qué grupo de la TPM, puede ubicarse respec­ tivamente? I. Un elem ento con número atóm ico Z = 19. II. Un elem ento cuyo nivel de valencia contiene electrones s y un electrón p. Resolución: Ubicación de elem entos en la tabla periódica: I. Elemento: Z = 19 CE: 1s22s22p63s2 3p64s1 Período 4 (m ayor nivel) Grupo IA (bloques 1e~ de valencia) II. Elemento con electrones s y 1e~ p C E :----- ns2np1 Grupo: MIA (bloque p, 3e~ de valencia)

10. Un elem ento radiactivo del grupo VIIA, de la tabla periódica sufre una desintegración radiactiva a. Determ inar a qué grupo pertenece el nuevo ele­ mento formado. Resolución:

55CS

Cierto elem ento que pertenece al grupo VIIA, emite una partícula a.

LL

37Rb

IA (No incluye al hidrógeno)

Reacción de emisión: AX -> Av + 2^ e z 4 1 —■ — CL Se cumple: Z, = Z - 2

Q

Com o los elem entos se ubican de acuerdo al nú­ mero atóm ico (Z), este dism inuye en dos unidades por lo que X está ubicado en el grupo VIIA, el nú­ mero elemento y se ubicará dos posiciones menos.

u ím ic a

■

115

EN

Por lo tanto, Y está en el grupo VA, 11. Indicar cuál es un elem ento representativo m etá­ lico: I.

14R

IV.

47Y

II. 26Q

III.29X

Por lo tanto, el cloro es el más electronegativo.

V. 56E 14. En relación a la ecuación:

Resolución: Los elem entos representativos m etálicos se en­ cuentran en el bloque S. IA: A lc a lin o s :____ ns1 HA: A lca lino té rre o s:____ ns2 Los elementos: 14R

CE: [Ne] 3s23p2

C a ; + 1145 kJ — Cafgl + 1e Indique verdadero (V) o falso t,F) en las proposicio­ nes siguientes: I. Es la segunda afinidad electrónica del calcio. II. Es la segunda energía de ionización del calcio. III. La primera energía de ionización es m enor de 1145 kJ

26Q

CE: [Ar] 4s23d6

Resolución:

29X

CE: [Ar] 4 s 13d10

De acuerdo al proceso.

47Y

CE: [Kr] 5s14d10

C a ; + 1145 kJ — Ca2; + 1e*

56E

CE: |X e] 6s2

I.

Por lo tanto, el metal buscado es V. 12. Un electrón de m ayor energía relativa de un ele­ mento está desapareado y tiene la siguiente combinación de números cuánticos: n = 4; £ = 0; m( = 0; ms = +1/2 ¿En qué grupo y período se ubicaría el elemento? Resolución: Cierto átomo posee su último electrón con los nú­ meros cuánticos: 4^0;

0; +1/2

Falso Se observa la ionización positiva del calcio ga­ seoso, luego se mide: La energía de ionización: 1145 kJ II. Verdadero Al final del proceso se obtiene al C a*2 (perdió 2e), se trata de la segunda energía de ioniza­ ción. III. Verdadero A m edida que se van quitando más electrones, el proceso se hace más difícil y se requiere ma­ yor energía. =7 El, < E l2 < E l3 ...

4s 0 Su CE es: 1s22s22p63s23pe4 s1 .-. Período 4; Grupo IA. 13. Identifique al elem ento más electronegativo. I. 4Be II. „N a III.15P IV .16S V. „C I Resolución: La electronegatlvidad (EN) como propiedad es ca­ racterístico de los numerales, por lo que aumenta hacia la derecha en la tabla periódica. Para los elementos: 4Be

CE: 1s22s2

„N a CE: [Ne]3s1

(HA) (IA)

«P

CE: [Ne]3s23p3

(VA)

ie®

CE: [Ne]3s23p4

(VIA)

uC

CE: [Ne]3s23p5

(VIIA)

(1145 kJ) .-. F W 15. Indique con verdadero (V) o falso (F) las proposi­ ciones siguientes: i. Las propiedades: Electronegatividad, el potencial de ionización y afinidad electrónica presentan la misma ten­ dencia en la tabla periódica. II. En un grupo a mayor radio atómico, menor es la facilidad de un átomo para perder un electrón. III. G eneralm ente en un periodo un elemento re­ presentativo con afinidad electrónica más alta, tiene un estado de oxidación máximo mayor. Resolución: Respecto a las proposiciones: I. Verdadero Variación de las propiedades periódicas en la T.P.

116

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

17. Si un elem ento posee la siguiente estructura de Lewis :E¿A qué grupo de la Tabla Periódica pertenece, si presenta 3 niveles en su configuración electrónica? Indique además el número atómico. Resolución: Falso en un grupo el radio atómico (RA) y la facilidad para perder electrones (carácter metálico) son proporcionales:

Radio

Carácter metálico

Verdadero El grupo representativo de mayor afinidad elec­ trónica (AE) es el VIIA (alógenos) casi todos sus átomos poseen. EOmax = + 7 VFV 16. Indique que proposición es verdadera (V) o falsa

(F): I.

Un elem ento con configuración electrónica de valencia: 5s2 4 s10 5p5 es un gas noble del período 5. II. Un elem ento del periodo 5 debe tener una con­ figuración de valencia s2 - p3. III. Fue Dimitri M endeleiev quien estableció la ley periódica de los elementos al distribuir estos según un aumento creciente del peso atómico y teniendo en cuenta sus propiedades químicas y físicas, además de dejar espacios libres para los elem entos aun no descubiertos; entre otras cosas. Resolución:

Cierto elem ento posee la notación Lewis: :E-

Ubicación en la T.P. Periodo: 3 Grupo: VIA Z = 16 18. En qué grupo y periodo de la tabla periódica mo­ derna se halla el elemento: 22X? Resolución: Ubicación en la T.P del elemento: 22x CE: [Ar] 4s2 3d2 Periodo 4 Grupo: IVB (4e de valencia) 19. Se tienen 3 elementos A(Z = 11) B(Z = 33) y C(Z = 35). Indique las proposiciones verdaderas: I.

Los estados de oxidación máximo y mínim os de A y C son: + 1 - 1 respectivamente. II. Las especies A~ y B~ son isoelectrónicas entre si. III. El estado de oxidación máximo de C es + 7 Resolución: Para 3 elementos: A (Z = 11) B(Z = 33) y C(Z = 35): I.

De las afirmaciones: I.

Falso De acuerdo a la configuración

III Verdadero La ley periódica de M endeleiev establece que: "Las propiedades químicas y físicas de los ele­ mentos son función periódica de sus pesos ató­ micos" .-. FFV

Correcto De acuerdo al as configuraciones: „A CE:[Ne] 3 ¿ EO: +1

... 5s24 d 105p5 T T Es halógeno (VIIA) del periodo s. II. Falso Independientem ente del número de electrones de valencia, para que un elem ento se encuen­ tre en el periodo s debe poseer 5 niveles de energía.

(6e de valencia)

Adem ás presenta 3 niveles, luego su configuración es: CE: 1s22s22p63s23p4

35C

CE: [Ar]4s23d104p5 T T EOmi„: - 1 (gano)

II

Incorrecto los iones: A N ° e = 12 1 ” ) No son isoelectrónicos. 33B N. e~=32 j

III.

Correcto para: 35C CE: [Ar]4s23d104p 5

x

y

EOmax = +7(plerde) Por lo tanto son correctos I y III

Q

20. Indique verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda. I. La afinidad electrónica (AE) del H es m ayor que el K. II. La electronegatividad (EN) es la energía involu­ crada cuando un átomo neutro gana un electrón. III. Dos elementos con Z = 7 y Z = 16 se diferen­ cian m encionando que el segundo es más elec­ tronegativo que el primero.

III.

u ím ic a

■

117

Falso Para los átomos en un com puesto covalen­ te (com partición de electrones) es "E.O" es la carga aparente (no real) que adquieren en el supuesto que los enlaces se rompieran. .-. FFF

22.

¿Cuál sería el número atóm ico del primer elem ento representativo del octavo periodo?

Resolución:

Resolución:

Respecto a las afirmaciones: I. Verdadero La afinidad electrónica (AE) es la energía li­ berada cuando un átomo en estado gaseoso acepta un electrón, es mayor en los nometales: AE(H) > AE(K) II. Falso La electronegatividad (EN) mide la fuerza relati­ va (no energía) con la cual los átom os atraen a los electrones en un enlace. III. Falso De acuerdo a los números atómicos: Z = 7 CE:1s22s22p 3

De acuerdo al ordenam iento en ia T.P. el primer elem ento del octavo periodo tendría la configura­ ción: CE: ...8s1 (1A: alcalino) Regla AUFBAU: / SV / S2/ V

/

S2 P6 d10,

/

S2/ R6''d1Q f1V S2 P6 d Q f 14

Z = 119

S2 P6 d10 / /

S ^P 6 s1

nitrogenoide (VA) del periodo 2. Z = 16 CE: [Ne] 3s23p4 Anfígeno (VIA) del periodo 3. Luego Z = 7 es más electronegativo. .-. VFF

23. Determ ine la ubicación del elem ento cuyo número de masa, excede en 4 unidades al doble del núm e­ ro atómico, si además el número de sus partículas neutras es 30. Resolución:

21. Indique el valor de verdad de las proposiciones si­ guientes: I. Un elem ento cuya configuración electrónica ter­ mina en ... 3s23p4 tiene un estado de oxidación m áximo igual a +4. II. Generalm ente ¡X tiene estado de oxidación mí­ nimo igual a - 3 III. El estado de oxidación solo indica electrones ganados o perdidos por un átomo. Resolución: Sobre las proposiciones podem os afirmar: I. Falso De acuerdo con la configuración siguiente: CE: ... 3s23p4 Teóricamente puede perder estos 6e~ de su capa de valencia.

II. Falso Los elem entos cuya notación Lewis es: :X Pertenecen al grupo IIIA, todos son m etales (E.O positivos) a excepción del boro que es nometal. EO (B): +3 Solo para él (no generalm ente) es:

En cierto elemento se cumple: • N = 30 • A - 2Z = 4 Desarrollam os el segundo dato: Z + J ^ - 2Z = 4 30 .-. Z = 26 CE: ÍA rl4s2 3d8 Periodo 4 Grupo: VIIIB (10e~ de valencia) 24. Dados tres elementos A, E y R cuyas configuracio­ nes electrónicas del estado fundam ental se expo­ nen a continuación: A: 1s22s1 E: 1s22s22p3 R: 1s22s22p5 Indique que elemento es previsible que presente el m ayor valor de: la energía de ionización y el radio atómico, respectivam ente. Resolución: De acuerdo a las configuraciones dadas: A: 1s22s1 (IA) E: 1s2 2s2 2p 3 (VA) R: 1s2 2s2 2p5 (VI IA)

118

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III.

Todos se encuentran en el m ismo periodo 2: • Energía de ionización (El) Mínima energía absorbida por un átomo en es­ tado gaseoso y provocar su ionización. V a ria ció n :-------► • Radio atómico (RA): Distancia del núcleo a la zona más externa. Variación: ------Para los elem entos dados, A, E, R ►E.l. * R.A. Por lo tanto, los elementos pedidos son: RyA

Resolución: Respecto a los enlaces químicos: I. Verdadero: Ai com binarse los no metales: C EN = 2,55 S EN = 2,58 Se form ará un enlace convalente polar: AEN = 0,03 II. Falso El elem ento de m enor electronegatividad co­ rresponde al más metálico: Francio (Fr) EN = 0,7

25. Un elem ento representativo del cuarto periodo tie­ ne 3 electrones desapareados. Prediga el máximo y m ínimo grado de oxidación, en ese orden, para dicho elem ento representativo.

III. Falso La afinidad electrónica (AE) es energía libera­ da (AE < O) por un átomo en estado gaseoso al aceptar un electrón, cuando es positivo (En algunos metales) es porque hay dificultad para que se form e un anión. .-. VFF

Resolución: Cierto elem ento representativo del cuarto periodo posee 3e desapareados. Su configuración electrónica es: CE:

1s22s22p6 3s23p5 4s23d104e3

t t t Posee 5e~ de valencia; sus estados de oxidación (E.O) son: E.O. mínimo Gana 3e para cum plir el octeto. .-. EO = - 3 E.O. m áxim o Pierde los 5e~ de valencia .-. EO = + 5 26. ¿Cuál es el orden correcto de menor a mayor de los radios (R) de los siguientes iones isoelectrónicos? 220 o d

q -2 p 3’ 16° ’ 15

Resolución:

Los elem entos con afinidad electrónica positiva ganan electrones con gran facilidad cuando for­ man iones negativos.

28.

Experim entalm ente resulta que la primera energía de ionización del oxígeno es m enor que la primera energía de ionización del nitrógeno. Esto se debe a: I. La alta electronegatividad del oxígeno. II. La baja afinidad electrónica del nitrógeno. III. El menor radio del oxígeno. IV La mayor estabilidad del nitrógeno. V. La alta electroafinidad del nitrógeno. Resolución: Los valores de energía de Ionización del oxígeno (O) y nitrógeno (N) son: O: El: 1314 KJ/mol N: El: 1402 KJ/mol De acuerdo a su ubicación en la T.P. 15 16 17 grupo Periodo 2:

En los iones isoelectrónicos el radio es inverso al número atóm ico (Z) Radio (ip) Z Luego, para los iones indicados: C a * 2,

2 0 v~ 'd

8 -2 ’

16°

15

P -3

Se cumple: Ca •

< s 2< p 3 ►Radio Z

27. Indique verdadero (V) o falso(F) según corresponda: I. Cuando el S (azufre) se combina con el C (car­ bono) forma un com puesto de enlace polar. II. El rubidio es el elem ento que posee la menor electronegatividad.

15

16

17

N

O

F

Grupo

E lEl oxígeno debería poseer mayor El, el valor ines­ perado alto del nitrógeno se explica por: sO

CE:

1s2 2s2 2q 4

7N

CE:

1s2 2s22g3

Lk í 1 T t T

Máximo desapaream iento (Más estable) Por lo tanto, es más difícil ionizar al nltróqeno (ma­ yor E.l.)

Q

29. Escoja la serie que contiene a un metal alcalino te­ rreo, a un metaloide y a un no metal en ese orden. I.

Magnesio, Arsénico y Azufre. Magnesio, Azufre y Arsénico. Arsénico, Azufre y Magnesio. Azufre, Magnesio y Arsénico. Arsénico, Magnesio y Azufre.

u ím ic a

■

119

31. ¿Cuál de los siguientes esquem as indican de ma­ nera correcta la tendencia general de variación del radio atómico, de los elem entos ordenados en la Tabla Periódica? (La dirección de la flecha indica aumento).

"L

i

!

_r

Resolución: •

Los m etales alcalinos térreos son del grupo II A (Berilio, M agnesio, Calcio, Estroncio, Radio y Bario). Luego es el Magnesio. Los metaloides, llamados semimetales, estos son: Boro, Silicio Germanio, Arsénico, Antim o­ nio. Teluro y Polonio. Luego es el Arsénico. Los no m etales, están en el extrem o derecho de la tabla periódica, siendo: Carbono, Nitróge­ no, Oxigeno, Flúor, Fósforo, Azufre, Cloro, Se­ tenio, Bromo, Yodo, Astato y el Flidrógeno. Luego es el Azufre. Entonces la serie es: Magnesio, Arsénico y Azufre.

IV.

v.

_r

Resolución: En la tabla Periódica el radio atóm ico (distancia del núcleo a la capa de valencia) cambia de la siguien­ te forma: En el periodo aumenta de derecha hacia la izquierda. En el grupo aumenta de arriba hacia abajo. Luego la alternativa V es la correcta.

30. Si se tienen las siguientes especies atómicas I. “ Cu2"

32.

: II. “ Fe3+

Señale las proposiciones correctas. I. El número de electrones de la especie (I) es mayor que la especie (II) II. El número de nucleones neutros de (II) es me­ nor que dé (I) III. El número de partículas subatóm icas de (I) y (II) son 90 y 79 respectivam ente. Resolución:

Resolución: El átomo de plomo PA = 207,2 urna como: 1uma = 1,66 x 10~24g PA = 207,2 x 1,66 x 10 24 g PA = 3,44 x 10~22g Posee una densidad de 11,0 g/cm 3: por lo que su volumen lo hallamos de:

Para los iones: I.

Calcule el volumen atómico aproxim ado (cm3) de un átomo de plomo (Ar = 207,2) si su densidad es igual a 11.0 g/cm 3.

5oCu2-

D=—

Fp

I

Verdadero #e~(Cu^2) = 29 - 2 = 27 # e '(F e “ ) = 26 - 3 = 23

II. Verdadero #n°(C u+2) = 63 - 29 = 34 #n°(Fe 3) = 56 - 26 = 30 III. Verdadero

Cu

29p+ 27e 34n°

90 Partículas

3 ,4 4 x 1 0

11,0

(mayor)

(mayor)

* v = ni : 3,12 x 10

cm

33. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las si­ guientes proposiciones: I. Un elem ento con notación de Lewis •)<•, en su estado basal, pertenece al grupo VA (grupo 15). II. Si un elemento representativo tiene 3 electro­ nes de valencia en su estado basal, en su nota­ ción de Lewis será X. III. La notación del Lewis para el 18Ar es :A:. Resolución: Respecto a las proposiciones:

Fe“ VW

26p* 23e~ 30n°

79 Partículas

I.

Verdadero Los elementos representativos presentan nota­ ciones de Lewis, que coinciden con el número de grupos:

120

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

IA

HA

11IA

IVA

VA

VIA VIIA VIIIA

X

•X-

X-

•X-

•X-

•X:

34. Respecto a la Ley Periódica Moderna de los ele­ m entos químicos, señale como verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes: I. Se basa en la carga nuclear de los elementos químicos. II. Es la segunda ley periódica. III. Los elementos con propiedades quím icas se­ mejantes, basándose en la ley periódica, tienen sem ejantes configuraciones electrónicas extre­ mas.

•X;

Luego para una notación Lewis: -XPertenece al grupo VA (Grupo 15): Nltrogenoide. III.

Verdadero Si un elem ento representativo presenta 3e~ de valencia, su notación Lewis es:

Resolución: Respecto a la ley periódica moderna: I.

XIII.

Verdadero El elem ento argón (Ar) Z = 18 C E:1s22s22p63s23p6 8e* de valencia

Predice la regularidad en las propiedades ba­ sándose en las configuraciones electrónicas de los átomos.

Por lo tanto, su notación Lewis es: :A r:

®

Verdadero

Establece que las propiedades de los elem en­ tos son función periódica de sus números ató­ micos (Carga Nuclear) II. Verdadero Es la segunda ley periódica ya que la primera fue enunciada por mendeléyev. III. Verdadero

Grup MIA (Grupo13)

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II)

I.

Pertenece al cuarto período.

¿Cuál de los siguientes procesos corresponde a la pri­ mera ionización del oxígeno?

II.

Pertenece al grupo VIB.

III.

Es un no metal.

A)

1s22s22p4+ e* -

1s12s22p

B)

1s22s22p4

-

C)

1s22s22p4

-

1s22s22p3+ e*

D)

1s22s22p4 + e*

-

1s22s22p5

E)

1s22s22p4

-

1 s '2 s 22p4+ e*

1s22s12p4 + e

A) VVV D) FVF

B) VVF E) FFV

Para un átomo "E" cuyo Z = 25, se tiene:

Resolución:

°ig) + El,

— *

O 1s22s22 p Ü i !

“ 1e

I. II. III.

Período o nivel de valencia: 4 Grupo: VIIB Metal de transición

(V) (F) (F) Clave: C

O 4, + 1e* o

PROBLEMA 3 (UNI 2 01 2 - 1)

1s22s22p í í í

Com parando los elem entos químicos Mg, K y Ca, se­ ñale la alternativa que presenta la secuencia correcta, después de determ inar si las proposiciones siguientes son verdaderas (V) o falsas (F):

1s 2s22p4 -------- ► 1s 2s22p3 + 1e~ Clave: C

PROBLEMA 2 (UNI 2011 - II)

I.

Dadas las siguientes proposiciones respecto al elem en­ to con Z = 25, indique la secuencia correcta después de determ inar si la proposición es verdadera (V) o falsa

II.

(F).

C) VFF

Resolución:

25E:[18A r]4s23d5 La primera Ionización del oxígeno (80 ) corresponde al siguiente proceso El,: Primera energía de ionización.

®

El orden decreciente de la primera energía de ioni­ zación (El) es: ®La ' El orden decreciente del radio atóm ico (r) es:

Q

El magnesio, Mg, tiene la m ayor electronegatividad. Números atómicos: Ca, calcio: 20 <- potasio: 19, Mg, magnesio: 12 A) W F

B) VFF

D)

E) VVV

FVF

C) FFV

R e so lu ció n : Según la tabla:

©

H Li Na

Mg

K

Ca

P otencial de — ionización C©}

.,©

■

121

PRO BLEM A 5 (U N I 2 0 1 3 - 1) Respecto a la Tabla Periódica Moderna (TPM) indique la secuencia correcta después de determ inar si las pro­ posiciones son verdaderas (V) o falsas (F): I. Existen más elementos no metálicos que metálicos. II. Los elem entos del m ismo grupo de la TPM presen­ tan propiedades físicas muy similares. III. Un átomo de oxigeno (en estado gaseoso) tiene mayor afinidad por los electrones que un átomo de flúor (en estado gaseoso). A) VVV D) FFV

©

Be

u ím ic a

B) W F E) FFF

C) VFF

R e s o lu c ió n : ©

I.

©

© ©

I.

El(Ca) > El (K) El (Mg) > El(Ca)

II.

RA(Mg) < RA (Ca) RA (K) > RA(Mg)

III.

De los 3 elem entos el Mg es el más electronegativo

EN(Mg) > EN(Ca) > EN(K) .-. FFV

Falso (F) Existen más elem entos m etálicos que elementos no metálicos. II. Falso (F) Los elem entos del m ismo grupo de la tabla periódi­ ca moderna presentan propiedades químicas sim i­ lares. III. El átomo de flúor tiene mayor afinidad por los elec­ trones que el átomo de oxigeno, por su ubicación en la tabla periódica. .-. FFF C la ve : E PRO BLEM A 6 (U N I 2 0 1 3 - I I )

C lave: C

PROBLEMA 4 (UNI 2012 - II)

Respecto a las afinidades electrónicas del Flg), Cl(g) y O lgl, elem entos en estado atómico, indique cuales de las siguientes proposiciones son verdaderas.

Dadas las siguientes proposiciones referidas a las sus­

I.

La afinidad electrónica del 0 (g) es mayor que la del

II.

La afinidad electrónica de Cl(g) es mayor que la del

tancias: K, Pb, Cl2: Cuales son correctas: I.

El K reacciona muy fácilm ente con el agua.

II.

El Cl2 es un gas a condiciones ambientales.

III.

El K y Pb son buenos conductores de la corriente eléctrica.

A) Solo I D) I y II

B)Solo II E)I, II y III

C) Solo III

F(gr III. La afinidad electrónica del F(g) es la mayor de todas. Núm eros atómicos: F = 9; O = 8; Cl = 17 A) D)

I y II Solo II

B) II y III E) Solo III

C) I y III

R e so lu c ió n : Las tendencias de variación para la afinidad electrónica dentro de la tabla periódica son:

R e s o lu c ió n : Para las proposiciones: I.

Los alcalinos (K) reaccionan fácilm ente (vigorosa­ mente) con el agua.

II.

El cloro a condiciones am bientales es un gas de m oléculas diatóm icas (Cl2).

III.

Los metales son buenos conductores de la corrien­ te eléctrica. .-. VVV C lave: E

En un periodo: aumenta de izquierda a derecha. En un grupo: aumenta de abajo hacia arriba. Por la estructura atómica del átomo de cloro, dicho ele­ mento es el que posee la mayor afinidad electrónica entre todos los elementos, por lo que: I.

(F)

; II. (V)

; III. (F)

.-. Solo II C lave: D

122

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMAS 1.

Indicar cuántas proposiciones son incorrectas: I. Los m etales son los elementos más numerosos. II. A tem peratura ambiente, los elem entos líquidos son Hg y Br. III. El oro es un elem ento representativo. IV. El elem ento más abundante en el aire es el ni­ trógeno. V. El primer elem ento en la TP posee carga nu­ clear igual a 1. A) 1

2.

B) 2

C) 3

D) 4

PROPUESTOS A) Solo I D) II y III 6.

Que corresponden al electrón energéticam ente su­ perior de un:

4.

B) Alcalinotérreo D) Carbonoide

B) 2

A) 3; [Ar]4s°3d6

B) 3; [A r]4 s23d8

C) 4; [A r]4 s13d5

D) 4; [A r]4 s23d4

A) 1

Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. Los metales tiene alto punto de fusión general­ mente y los no metales bajo punto de fusión. II. El arsénico es un metaloide. III. Todos los m etales son sólidos a temperatura ambiente. IV. A condiciones ambientales hay 11 elementos gaseosos. V. A los elem entos del grupo VIIIB se les denom i­ na elem entos ferromagnéticos. A) 1

La carga nuclear del ¡ón J2' es +4,16 x 10 18 C. De­ term inar el período y su configuración electrónica.

Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. El cuarto período empieza con el potasio y ter­ mina con el xenón. II El boro es un semimetal. Los sem lm etales aum entan la conductividad de la corriente eléctrica al aum entar la tem pe­ ratura. El sexto período contiene 32 elementos. El helio es el elem ento de menor energía de ionización.

E) 5

^ (3 ; 0; 0; + 1/2)

3.

C )3

D) 4

E) 5

8.

9.

Ar

Mg

Na

P

Cl

El k j m oL1

1521

738

487

1012

1251

A) A r-C I - P- Na - Mg C) A r-C I - P - Mg - Na

B) Na - Mg - P - C l - Ar D) C l- A r - P - M g -N a

E) N a - M g - P - A r - C I De: I. El eJ2~ es un calcógeno.

C) 3

D) 4

E) 5

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. Los átomos de 12J son más pequeños que el 56L. II. El Ca tiene m ayor electronegatividad que el Mg. III. Los elementos de transición pertenecen a la zona d mientras que los representativos a la zona s y p. IV. Cada período comienza en un m etal alcalino y term ina en un gas noble. V. Los metales de acuñación son Au, Cu y Pb. A) 1

10 .

B) 2

Indicar cuántas proposiciones son incorrectas: I. El Fe se oxida más rápido que el sodio. Los alcalinos no se encuentran libres en la na­ turaleza. De los 12 metales activos que pertenecen a los grupos lA y IIA, el menos activo es el berilio. IV. El sexto período contiene 32 elementos. V. El helio es el elem ento de menor energía de ionización. A) 1

Según los valores de energía de ionización, orde­ nar de m enor a m ayor dificultad para form ar ca­ tiones m onovalentes, a partir de sus respectivos átomos neutros. Á to m o

C) I y I

E) 4; [A r]4 s23d6

Se tiene el siguiente conjunto de probables núm e­ ros cuánticos para el átomo J.

A) Alcalino C) Halógeno E) Nitrogenoide

B) Solo I E) Solo I

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

Un átom o Q tiene el m ism o núm ero de electrones que un catión de carga tres de otro átom o y a su vez este es isóbaro con el átom o 59J e isótono con “ L. D e te rm in a r a q ué g ru p o de la TP p e rte n e ­ ce Q.

II. Para los siguientes elementos se cumple: „J : Es representativo y es paramagnétlco. ,SL: Pertenece al tercer periodo y grupo VA. 17Q: Es un halógeno. III. El 38J es un alcalino Es (son) correcta(s):

A) IIA D) IIIA

B) VB E) VA

C) IIIB

11. El mom ento magnético de un catión de carga uno del átomo J es 6,92 uB. Si a mayoría de sus orbi­ tales atómicos sem iplenos tienen energía relativa

Q

igual a 6, determ inar la ubicación en el sistema pe­ riódico actual de J3~. A) Período: 6 Grupo: IIIB

E le m e n to

B) Período: 5 Grupo: VIB D) Período: 5 Grupo: VIIIB

C) Período: 5 Grupo: IVA E) Período: 4 Grupo: VIIB

12. Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. Calcógenos: Se - Te - Po II. Boroides: Ga - In - TI III. Alcalinos: Li - Ce - Rb IV. Nitrogenoldes: P - As - Sb V. Halógenos: Br - Cl - Y VI. Anfóteros: Mn - Cr - B VII.Sem im etales: Si - Ge - Al A) 3 D )6

B) 4 E )7

C) 5

13. Indicar cuántas proposiciones son incorrectas: I. De acuerdo a como conducen la corriente eléctrica, los elem entos quím icos se clasifican como metales y no metales. II. Hay más elem entos no metálicos que elem en­ tos metálicos. III. Los m etales en el nivel de valencia poseen 1; 2; 3 o 4 electrones. IV. El hidrógeno es el elem ento más liviano. V. El cloro es un gas diatómico. A) 1 D) 4

B) 2 E )5

C) 3

14. C om pletar el siguiente párrafo: La propiedad fundam ental de un átomo es la car­ ga nuclear, la estableció............................. es 1913. Eso lo demostró en sus experim entos con los ra­ yos............... A) Becquerel - y B) M endeléyev - UV C) Newlands - cósm icos D) Moseley - X E) Meyer - IR 15. Indicar la proposición correcta respecto al elem en­ to de máxima carga nuclear del grupo VIIB y quinto período. A) Es un elem ento de transición interna. B) Su átomo neutro tiene 28 partículas fundam en­ tales de carga +1. C) El m ódulo del m om ento angular del orbital de su último electrón es 2,449. D) Su átomo neutro en la nube electrónica tiene 48 quarks. E) Su m om ento magnético es 2,828. 16. Dados los siquientes datos de afinidad electrónica (AE):

u ím ic a

■

123

A fin id a d e le c ­ tró n ic a ( k j/m o l)

I

Boro

-2 7

II

Sodio

-5 3

III

Magnesio

IV

Kriptón

+ 230 +39

Indicar ve rdadero (V) o fa lso (F) según co rre s­ ponda. I.

El átomo de magnesio es más estable al acep­ tar un electrón. II. El anión del átomo alcalino es más estable al aceptar un electrón, ya que su AE tiene el m a­ yor valor negativo. III. En todos los casos la aceptación de un electrón es un proceso exotérmico. IV. El átomo del gas noble debe absorber energía para aceptar un electrón igual a 39 kj/m ol. A) VVVV D) FFFF

B )V F V F E) FVFV

C )F F V V

17. ¿Cuál es la ubicación de un elem ento en la tabla periódica, sabiendo que su átomo neutro y en su estado basal posee 4 orbitales principales aparea­ dos? A) 3; VIA D) 3; IIA

B) 2; IVA E) 2: VIA

C) 3; IVA

18. La distribución electrónica del lantano (Z = 57) pre­ senta la anom alía d e l.................. ; por eso se ubica en el g ru p o ..de la tabla periódica donde los elem entos term inan su distribución en (n - 1)d1 donde n es su m áxim o................. A) B) C) D) E)

Nivel degenerado - IB - período. Bypass - IIIB - nivel. Subnivel sharp desapareado - 111A - nivel. Subnivel d apareado - IA - subnivel. Salto electrónico - IIIB - período.

19. Respecto a la tabla periódica, ¿cuántas proposicio­ nes son incorrectas? I.

Newlands ordenó a los elem entos químicos en serles de 7 y en orden creciente de sus pesos atóm icos (ley de las octavas).

II. Lothar M eyer descubrió la periodicidad de las propiedades de los elem entos en base a los vo­ lúm enes atómicos. III. M endeléyev predijo las propiedades solo de los elem entos Ekasilicio y Ekaaluminio. IV. Breguyer de Chancourtois ordenó a los ele­ m entos quím icos en una curva helicoidal y en form a creciente de sus pesos atómicos. A) D )4

1 E )0

B) 2

C) 3

124

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

20. Según la siguiente triada de Dobereiner, calcular el peso atóm ico del elem ento A. B A) 35,5 D) 19,6

B) 30 E) 32,2

A) 3.6 x 10 18 C C) 1,248 x 10 ' 7C E) 3,11 x 10 17 C

C )4 5,2 5

21. Respecto a los elem entos metálicos ¿qué proposi­ ción es incorrecta? A) Sus altas conductividades deslocalizados que presentan. B) Después de los alcalinos, los alcalinotérreos son los de mayor reactividad quím ica frente al agua. C) Los lantánidos son metales más densos que el agua y su número de oxidación característico es +3. D) El m etal más abundante en la corteza terrestre es el aluminio. E) La conductividad eléctrica de los m etales varia con la temperatura, siendo superconductores a tem peraturas muy bajas (cercanas al cero ab­ soluto). 22. ¿Cuántas proposiciones son correctas, respecto a los m etales del grupo IA? I.

Se llam an alcalinos y se oxidan rápidam ente al estar expuestos al aire. II. El cesio tiene mayor carácter metálico y posee menor punto de fusión. III. El litio es usado como parte del com bustible nu­ clear en la bomba de hidrógeno. IV. La obtención de sodio se realiza m ediante la electrólisis de las soluciones acuosas concen­ tradas de sus sales.

A) 1 D)

B) 2 4 E) 5

C) 3

23. El átomo de un elem ento tiene igual número de capas que el gas noble xenón (Z = 54) y posee 6 electrones con el m áximo número cuántico princi­ pal que presenta este átomo, entonces dicho ele­ mento se encuentra en el grupo. A)

VIB

B) VA

C) VB

D) VIA

E) IVA

24. Respecto a un elem ento representativo del tercer período cuyo mom ento magnético (m) es 2,828 y de m áximo número atómico. I.

Su carga relativa nuclear e s +16.

II. Pertenece al grupo IVA. III. No puede ser metal alcalino. IV. Forma un hidruro cuya atomicidad es 7. Son proposiciones falsas. A) Todas D) II, IV

B) I, II E) I, III, IV

C) Solo IV

25. Cierto elemento de transición presenta 12 electrones de valencia y pertenece al sexto periodo de la tabla periódica actual, entonces ¿cuál es la carga absoluta de la zona extranuclear para su catión divalente? B )2 ,6 3 > 1 0 ” C D) 1,64 x 10‘19 C

26. Un átomo presenta 165 quarks correspondiente a sus nucleones fundam entales y es isótono con un catión trivalente de configuración electrónica term i­ nal 3d5 y de número másico 56; indicar el período y grupo al cual pertenece el átomo inicial. A) 4; NA D) 4; IIIB

B) 3; IB E) 3; MIA

C) 4; VIIB

27. Sobre las aplicaciones de los gases nobles, indicar la alternativa incorrecta. A) El xenón es usado como refrigerante en equi­ pos de acondicionam iento de aire. B) El radón es usado en radioterapia. C) El neón es usado en avisos luminosos. D) El argón es usado en bombillas eléctricas ya que no reacciona con el filam ento caliente, disi­ pa el calor de este, prolongando su vida. E) El helio mezclado con oxígeno es usado en bu­ ceo de alta profundidad. 28. Respecto a los halógenos y sus aplicaciones ¿cuántas proposiciones son correctas? I.

El flúor es un gas amarillo que se utiliza para fabricar el teflón, un polímero usado en el re­ vestim iento de ollas. II. El cloro es un gas amarillo verdoso usado para potabilizar el agua. III. El bromo es un líquido rojo que se encuentra en form a libre en la naturaleza. IV. El yodo a condiciones ambientales es un sóli­ do de color violeta brillante, usado para fabricar yoduro de plata utilizado en fotografia. A) 3 D)

B) 2 1E ) 0

C) 4

29. Sobre el experim ento de Henry Moseley, indicar la proposición incorrecta. A) Realiza trabajo con los rayos X generados por diversos metales principalm ente pesados. B) Los elem entos m etálicos se colocaban como ánodo del tubo de rayos catódicos. C) Determinó que a m ayor número atómico mayor longitud de onda de los rayos X generados. D) Los rayos X se generan cuando un electrón de la capa L salta a la capa K. E) Determinó que las propiedades de los elem en­ tos químicos varían en forma sistemática a su carga nuclear.

Q

30. Acerca de la tabla periódica actual: I.

El período

2 consta de 8 elementos químicos,

cuyas propiedades no son similares. II. Los elem entos que están en un m ismo grupo tienen igual número de niveles o capas. III. Los elementos del grupo IIIB y del período 6 se llaman lantánidos. IV. Los elementos se ordenan en base a la ley de Moseley y las distribuciones electrónicas de los átomos en estado basal. Son afirm aciones correctas. A) I: II; III; IV D) II; IV

B) I; III; IV E) solo IV

C) I: III

31. Del siguiente conjunto de elementos, cuales pre­ sentan propiedades químicas similares. A) B) C) D) E)

Litio, sodio, cloro. Selenio, azufre, mercurio. Cobre, plata, platino. Cloro, flúor, francio. Bario, magnesio, calcio.

32. Según el experim ento de Moseley, que elementos pertenecen al mismo periodo. 19K, 3Li, S3I, gF, 2He A) Li; K D )H e; K

B) F; I E ) l;H e

C) Li; F

33. Los elementos se ordenan en un grupo según sus propiedades químicas. ¿Qué relaciones son verda­ deras (V) o falsas (F)? I. II. III. IV. A) D)

F: Halógeno Cu: Metal alcalino Al: Boroide S: Anfígeno VVVF VV FV

B )V F F V E) VFVV

34. Respecto de los elem entos representativos, indi­ que verdadero (V) o falso (F). i.

Terminan su distribución electrónica en subniveles s y/o p. II. Los m etales de m ayor reactividad son del gru­ po IA III. Pertenecen a esta zona también los metales de acuñación Cu; Ag; Au.

A) D)

WF VFV

B) FFV E) VVV

C) FVV

35. Con respecto a la clasificación de los elem entos en la tabla periódica actual, indique verdadero (V) o falso (F) las siguientes proposiciones. I.

Sus propiedades varían periódicam ente en gru­ po y períodos.

■

125

II. No permiten conocer sus propiedades de m a­ nera sistematizada. III. Se c la s ific a n en fu n c ió n a su n ú m e ro a tó ­ m ico. A) FFV D) VFV

B) FVV E) V W

C) W F

36. Cierto átomo presenta en su configuración tres subniveles "p", uno de ellos con dos electrones. ¿Cuál es la ubicación del elemento? A) B) C) D) E)

periodo período período período período

4 3 4 4 3

-

grupo grupo grupo grupo grupo

IB VA IVA IIIA VIIA

37. ¿Qué alternativa es incorrecta respecto de la tabla periódica actual? A) Los elem entos de transición interna son del grupo I. B. B) Contiene más elem entos metálicos. C) Son líquidos: brom o y mercurio. D) Los transuránidos pertenecen al período 7. E) El grupo B presenta 8 fam ilias en la form a tradi­ cional. 38. La distribución electrónica de un elem ento químico term ina en 4p5, indique verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones. I. II. III. IV.

Es Se Es Es

un halógeno. encuentra en estado líquido. un no metal. un elem ento efe transición.

A) FFVV D) VVFV

C )F V V V

u ím ic a

B) F W V E) V W F

C )V F W

39. Si un elem ento presenta la tercera capa semillena, indique que alternativa le corresponde. A) B) C) D) E)

Es un elem ento no metálico. Es un elem ento representativo. Es un m etal pesado. Se encuentra en estado líquido. Pertenece a los nitrogenoide.

40. Respecto de un elem ento quím ico que tiene 28 protones en el núcleo, señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I. Es un elem ento de transición. II. Pertenece a grupo VIIIB. III. Se ubica en el cuarto periodo. A) D)

VFV FW

B) FFV E) FVF

C )W V

41. El átomo de un elem ento tiene 11 electrones en los subniveles difusos. ¿En qué período y grupo de la tabla periódica se ubica el elemento?

126

■

C

o l e c c ió n

A) 5, VIIIA D) 5, 111A

U

n ic ie n c ia

B) 4, IIB E) 5, IIIB

S

a p ie n s

C )4 , IA

42. El último electrón de un átomo neutro tiene los nú­ meros cuánticos: 4; 1; 0; + 1 /2 . Determ ine el grupo al que pertenece. A) IVA D) IIB

B) IVB E) VIIB

B) 3 - IIA E) 3 - VA

C )4 -IIA

51. En relación al radio atómico, Indique las alternati­ vas incorrectas.

pertenece el elemento? B) IIA. 3 E) VIIIA, 5

A) 3 - IIIA D )4 - IA

C) HA

43. El anión divalente de un átomo tiene 36 electrones en su zona extranuclear. ¿A qué grupo y periodo

A) VIA, 4 D) IIB, 4

50. Cierto elem ento presenta tres Isótopos estables cuyos números de masa suman 75 y cuyos neutro­ nes suman 39. ¿Cuál es la ubicación del elem ento en la tabla periódica?

C )V IIA , 3

44. Señale verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda. Los elem entos ferrom agnéticos pertenecen al grupo IIIB. II. El Sr (Z = 38) es un a lca lin o -te rre o . III. El anión S~2 (Z = 16) pertenece al grupo VIIIA.

I.

En un periodo varía de forma directa con la car­ ga nuclear. II. Los átomos no metálicos presentan mayor vo­ lumen que los metálicos en un mismo periodo. III. Aum enta de abajo hacia arriba en un grupo o familia. A) I D) I, II y III

B) II y III E) I y II

C) III

I.

A) VVV D) VVF

B) FVV E) FVF.

C) FFV

45. El primer periodo la conforman: A )H y H e D) L¡ y Na

B) H y O E) H y Li

C )H e y N e

• •

Ley de las octavas < > grupos de 8 en 8. Los grupos contienen elem entos congéneres. Los elem entos de transm isión form an los gru­ pos "A". En un periodo los elementos tienen propieda­ des semejantes.

A )V V F F D) FFFV

B )F V F F E) FFVF

C )V F V F

47. El átomo neutro de cierto elem ento term ina su con­ figuración electrónica en 4p2. Entonces es: A) B) C) D) E)

Un elem ento de transición. Un gas noble. Carbonoide. Una tierra rara. Flalógeno.

48. Determina el grupo y el periodo del elemento Z = 16. A) VA-3 D) VIA-3

B) VIA-4 E) IV-4

B) 3 - HA E ) 3 - VA

II. 0F 1

III- 10Ne

Señale la alternativa que indique el orden creciente de sus radios atómicos. A) III, I, II D) II, III, I

B) III, II, I E) II. I. III

C) I, III, II

I.

Pertenece a un elem ento de baja energía de Ionización.

II. En relación a los demás elem entos de su perio­ do tiene la más alta electronegativldad. III. Posee un bajo carácter metálico. A) FFF D) VFF

B) VFV E) FVV

C )F F V

54. Sean las especies 20X, 35Y, 9Z señale que alternati­ va es incorrecta. I.

En fase gaseosa, el átomo Z requiere absorber más energía que Y para desprender un electrón de su capa de valencia. II. La electronegatividad de X es m ayor que la de Y. III. Entre el átomo X y Z el primero posee mayor tendencia a la oxidación, es decir, a perder electrones. A) I y II D)

B) III II E)

C) I y III II y III

C) IIIA-3

49. Cierto elem ento pertenece al periodo 3 -g ru p o IIA. ¿Cuál es su número atómico? A) 3 - IIIA D )4 - IA

I. 13AI3+

53. Un átomo neutro presenta 11 electrones en sub­ niveles principales, indique como verdadero (V) o falso (F)

46. Señala verdadero (V) o falso (F). •

52. Se tiene el siguiente grupo de especies isoelectrónicas.

C )4 -IIA

55. Indique la secuencia correcta de veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones. I. Todos los gases nobles tienen electronegativi­ dad nula. II. El poder oxidante de los halógenos aum enta al dism inuir su número atómico.

Q

III.

El carácter m etálico del K (Z = 19) es mayor que la del Fe (Z = 26)

A) VFF D) W F

B) FVV E) VVV

C) FVF

56. Indique el orden decreciente de electronegatividades para las especies. 2oCu, 16S, «S e A) S, Se, Cu C) Cu, Se. S E) Cu, S, Se

B) Se, S, Cu D) Se, Cu, S

57. ¿Cuál de los gases nobles es el más abundante en la atmósfera? A) He D) Kr

B) Ne E) Xe

C )A r

58. Se tienen las especies: 31X; 19Z; 5W I.

Orden de electronegatlvldad: W > X > Z II. El radio atóm ico del elem ento Z es el más pe­ queño. III. 5W: Posee m ayor carácter metálico.

B) I y III E) Solo I

■

127

62. Sobre el experim ento de Henry Moseley, indique la proposición incorrecta. A) Realiza trabajo con los rayos X generados por diversos m etales principalm ente pesados. B) Los elem entos m etálicos se colocaban como ánodo del tubo de rayos catódicos. C) Determinó que a mayor número atóm ico mayor longitud de onda de los rayos X generados. D) Los rayos X se generan cuando un electrón de la capa L salta a la capa K. E) Determinó que las propiedades de los elem en­ tos quím icos varían en forma sistem ática a su carga nuclear. 63. Acerca de la tabla periódica actual: I.

El periodo 2 consta de 8 elem entos químicos, cuyas propiedades no son similares. II. Los elem entos que están en un mismo grupo tiene igual número de niveles o capas. III. Los elem entos del grupo IIIB y del periodo 6 se llaman Lantánidos. IV. Los elem entos se ordenan en base a la Ley de Moseley y las distribuciones electrónicas de los átomos en estado basal. Son afirm aciones correctas.

Indique lo correcto: A) II y III D) Solo III

u ím ic a

C) II

A) I, II. III. IV D) II, IV

B) I, III, IV E) Solo IV

C )I, III

64. Una de las siguientes alternativas es falsa ¿Cuál es? 59. Referente a las propiedades periódicas de los ele­ mentos, indique cuál de las proposiciones es falsa. I.

Los seis gases nobles se caracterizan por su inactividad química. II. Los no m etales más activos son los primeros m iembros de los halógenos. III. Los m etales alcalinos son los más inertes de la tabla periódica. A) I y II D )S o lo III

B) II y III E) I y III

O S o lo ll

60. O rdene las siguientes especies de forma creciente al radio atómico. I. eS'2

II. 9F'1

III. 12Mg 2

A) D)

B) III, II, I E) III, I, II

C) II. III, I

I, III, II I, III. II

61. Señale lo incorrecto I. El 13AI posee mayor energía de ionización que el 17CI. II. Los átomos más electropositivos se hallan a la derecha de la tabla. III. La valencia principal de los elementos alcalinos tórreos es 2. A) Solo II D) I y II

B) I y III E) Solo III

C) II y III

A) Existen metales sólidos y líquidos solamente a temperatura ambiental. B) Los elementos, no metálicos son los menos abundantes y a 25 °C pueden estar en los tres estados de agregación m olecular de la materia. C) La m ayoría de elem entos se encuentran com ­ binados en la naturaleza, pero algunos se en­ cuentran libres (elementos). D) Los elem entos m etálicos están presentes en los grupos. E) Los elem entos no m etálicos pueden ser repre­ sentativos o de transición. 65. ¿Cuál es la ubicación de un elem ento en la tabla periódica, sabiendo que su átom o neutro y en su estado basal posee 4 orbitales principales apa­ reados? A) 3: VIA D) 3; IIA

B) 2; IVA E) 2; VIA

C )3;IV A

66. La distribución electrónica del Lantano (Z = 57) presenta la anomalía del ............... ; por eso se ubica en el grupo ............... de la tabla periódica donde los elem entos term inan su distribución en (N — 1) d 1 donde “n" es su m á x im o ............... A) nivel degenerado - IB - periodo. B) Bypass - IIIB - nivel.

128

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

C) Subnivel Sharp desapareado - MIA - nivel. D) Subnivel d apareado - IA - subnivel. E) Salto electrónico - IIIB - periodo. 67. El átomo de un elem ento tiene igual número de capas que el gas noble Xenón (Z = 54) y posee 6 electrones con el m áxim o número cuántico princi­ pal que presenta este átomo, entonces dicho ele­ mento se encuentra en el grupo. A) VIB D) VIA

B)VA E)IVA

C) VB

68. Respecto a la tabla periódica, ¿Cuántas proposi­ ciones son incorrectas? I.

Newlands ordenó a los elem entos químicos en series de 7 y en orden creciente de sus pesos atómicos (Ley de las octavas). II. Lothar M eyer descubrió la periodicidad de las propiedades de los elem entos en base a los vo­ lúm enes atómicos. III. M endeléyev predijo las propiedades solo de los elem entos Eka-Sillcio y Eka-Aluminio. IV. Breguyer de Chancourtois ordenó a los ele­ m entos quím icos en úna curva helicoidal y en forma creciente de sus atómicos. A) 1 D)

B)2 4 E)O

C )3

69. Según la siguiente triada de Dobereiner, calcule el peso atóm ico del elem ento A. B8'

D) Illa, IIb, IVc, Id E) Ib, lid, lile, IVa 72. Respecto a los elem entos metálicos ¿que proposi­ ción es incorrecta? A) Sus altas co n d u ctivid a d té rm ica s se explica p or los e le ctro n e s d e slo ca liza d o s que p re ­ sentan. B) Después de los alcalinos, los alcalinos témeos son los de mayor reactividad quím ica frente al agua. C) Los lantánidos son metales más densos que el agua y su número de oxidación característico es +3. D) El m etal más abundante en la corteza terrestre es el aluminio. E) La conductividad eléctrica de los metales varia con la temperatura, siendo superconductores a tem peraturas muy bajas (cercanas al cero ab­ soluto). 73. ¿Cuántas proposiciones son correctas, respecto a los metales del grupo IA? I.

Se llaman alcalinos y se oxidan rápidam ente al estar expuestos al aire. II. El cesio tiene mayor carácter metálico y posee menor punto de fusión. III. El litio es usado como parte del com bustible nu­ clear en la bomba de hidrógeno. IV. La obtención de sodio se realiza m ediante la electrólisis de las soluciones acuosas concen­ tradas de sus sales. A) 1

A) 35,5 D) 19,6

B) 30 E) 32,2

I.

Considera que las propiedades de los elem en­ tos varían en form a sistemática con el peso ató­ mico, sin excepción. II. Presenta 7 periodos o fila horizontales. III. Según esta tabla la valencia del azufre es 4. IV. El principal oxido del nitrógeno tiene por fórm u­ la N20 5 B) VVVF E) W F F

C) F F W

71. Relacione correctamente. I. II. III. IV.

Actínidos Alcalinos tórreos Calcógenos Ferrom agnéticos

A) la, llb, lile, IVd B) Ib, lid, Illa, IVc C) lia, lllb, IVc, Id

C) 3

D) 4

E) 5

74. ¿Qué sentencia no corresponde a las propiedades periódicas?

70. Respecto a la tabla periódica de M endeléyev, indi­ que verdadero (V) o falso (F) según corresponda.

A) F V W D) FFFV

B) 2

C )4 5,2 5

a) b) c) d)

S. Se, Po Th, Pa, U Fe, Ni, Co Sr, Ba, Ra

A) El radio atómico se ha calculado tom ando en cuenta la carga nuclear efectiva, debido al apantallam iento de los electrones internos. B) Un factor que influye en el valor de la energía de ionización es la carga nuclear. C) Para los elem entos alcalinos; un aum ento en el tam año de los mismos refleja la dism inución de su energía de ionización. D) Si un átomo en estado gaseoso acepta un elec­ trón liberando energía, entonces se hace más estable. E) En un grupo de la tabla periódica generalm en­ te a mayor número de protones m ayor afinidad electrónica. 75. Seleccione la especie quím ica de m enor radio ióni­ co de I y la de mayor radio iónico de II respectiva­ mente. I.

22T L 4; 24C r‘ 6; 20C a+2; 21S c*3

II, 16S -2; ^ S e 2; 80 2

Q

A) 20Ca *2; 80 '2

B) 2,Sc^3; 80 '2

C )24C r 6; 34Se 2

D )24C r*6; 80 ‘2

e ) 22t í '

4; ,6s -2

76. Dados los siquientes dados de afinidad electrónica (A E .):

Elemento

Afinidad electrónica (Kj/mol)

I

Boro

-2 7

II

Sodio

-5 3

III

Magnesio

+ 230

IV

Kriptón

+ 39

Indique verdadero (V) o falso (F), según corres­ ponda. I. El átomo de Magnesio es más estable al acep­ tar un electrón. II. El anión del átomo alcalino es más estable al aceptar un electrón, ya que su A. E. tiene el ma­ yor valor negativo. III. En todos los casos la aceptación de un electrón es un proceso exotérmico. IV. El átomo del gas noble debe absorver energía para aceptar un electrón igual a 39 kj/m ol. A) VVVV D) FFFF

B) VFVF E) FVFV

C) F F W

77. Sobre las aplicaciones de los gases nobles, indi­ que la alternativa Incorrecta. A) El Xenón es usado como refrigerante en equi­ pos de acondicionam iento de aire. B) El Radón es usado en radioterapia. C) El Neón es usado en avisos luminosos. D) El Argón es usado en bombillas eléctricas ya que no reacciona con el filam ento caliente, disi­ pa el calor de este, prolongando su vida. E) El Helio mezclado con oxigeno es usado en bu­ ceo de alta profundidad. 78. Respecto a los halógenos y sus aplicaciones ¿Cuántas proposiciones son correctas? I. El flúor es un gas amarillo que se utiliza para fabricar el teflón, un polímero usado en el re­ vestim iento de ollas. II. El cloro es un gas am arillo verdoso usado para potabilizar el agua. III. El Bromo es un líquido rojo que se encuentra en forma libre en la naturaleza. IV. El Yodo a condiciones ambientales es un sóli­ do de color violeta brillante, usado para fabricar yoduro de plata utilizado en fotografía. A) 3 D) 1

B)2 E)0

C )4

u ím ic a

■

129

79. Cierto elem ento de transición presenta 12 electro­ nes de valencia y pertenece al sexto periodo de la tabla periódica actual, entonces ¿Cuál es la carga absoluta de la zona extranuclear para su catión di­ valente? A) 3,6 x 1 0 "8 C C) 1,248 x 10 " C

B) 2,63 x 1 0 18 C D) 1,64 x 10'19C

E) 3,11 x 10 " C 80. Un átomo presenta 165 quarks correspondientes a sus nucleones fundam entales y es isótono con un catión trivalente de configuración electrónica term inal 3d5 y de numero másico 56; Indique el pe­ riodo y grupo al cual pertenece el átomo inicial. A) 4; IIA D )4 ; IIIB

B) 3; IB E) 3; MIA

C )4 ;V IIB

81. Indique la proposición correcta respecto al elem en­ to de m áxima carga nuclear; del grupo VIIIB y quin­ to periodo. A) Es un elem ento de transición interna. B) Su átomo neutro tiene 28 partículas fundam en­ tales de carga +1. C) El m odulo del m om ento angular del orbital de su ultimo electrón es 2,449. D) Su átomo neutro en la nube electrónica tiene 48 quarks. E) Su m om ento magnético es 2,828. 82. Un elem ento presenta en su distribución electró­ nica solo cuatro subniveles de numero cuántico azim utal 1 y un subnivel fundam ental lleno si su mom ento magnético es 4,899, ¿a qué grupo y pe­ riodo pertenece en la Tabla periódica actual, si se sabe además que en los orbitales del último subni­ vel hay un electrón apareado? A) VA; 5 D )V IB ; 6

B) VIIIB; 5 E) VIIIB; 6

C) VIIB 6

83. Respecto a un elem ento representativo del tercer periodo cuyo m om ento m agnético (pi) es 2,828 y de su m áximo número atómicos. I. II. III. IV.

Su carga relativa nuclear es +16. Pertenece al grupo IVA. No puede ser metal alcalino. Forma un hidruro cuya atomicidad es 7.

Son propiedades falsas A) Todas D) II, IV

B) I, II E) I, III, IV

C )S o lo IV

84. Determine el periodo y grupo del átomo de un ele­ mento que posee 15 electrones en orbitales cuya energía relativa es 5. A) 3, VIIB D) 4, VIIA

B) 4, VI11A E) 3; VIIA

C )4 ; VIB

130

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

85. Si se tiene un ion X2~ que es isoelectrónico con otra es­ pecie W que pertenece al cuarto periodo y grupo VIA,

A) C)

anfígeno boroide

determine la familia a la cual pertenece el elemento X.

E)

nitrogenoide

1. A 2. A 3. D 4. B 5. E 6. E 7. C 8. A 9. B 10. B 11. B

12. A

23. C

34. A

45. A

13. B 14. D

24. D

35. D

46. B

25. C 26. C 27. A 28. A 29. C

36. C

47. C

37. A

48. D

E C C

49. E 50. B 51. D

30. B 31. E

38. 39. 40. 41. 42.

E A

52. C 53. E

32. C 33. E

43. A 44. D

54. D 55. B

15. C 16. E 17. A 18. B 19. A 20. A 21. A 22. B

B) alcalino férreo D) carbonoide

56. A 57. C 58. A

67. C

78. A

68. A

79. C 80. C

59. D 60. B

70. D 71. B

61. D 62. C

72. 73. 74. 75.

63. B 64. E 65. A 66. B

69. A

A B E C

76. E 77. A

81. C 82. E 83. D 84. D 85. D

Enlace químico

o D

Q .

O ü

G ilb e rt N e w to n L e w is (W e y m o u th , 23 de octubre de 1875-BerkeIey, 23 de marzo de 1946) fue un fisicoquímico estadounidense, famoso por su trabajo llamado «Estructura de Lewis» o «diagramas de punto». Tuvo educación hogareña y de es­ cuela pública entre los 9 y 14 años, momento en el cual ingresó en la Universidad de Nebraska para, tres años más tarde, comenzar a estu­ diar en la Universidad de Harvard donde mostró interés por la Eco­ nomía, pero se concentró en Q uí­ mica, obteniendo su bachillerato en 1896 y su doctorado en 1898.

D e s a rro lló u n in te n so tra b a jo en c u e s tio n e s re la tiv a s p r in c ip a lm e n ­ te a esta d is c ip lin a , p u b lic a n d o n u m e ro s o s a rtíc u lo s c o n lo s re s u l­ ta d o s d e su s in v e s tig a c io n e s . En 1916 formuló e l modelo del átomo cúbico y la idea de que un enlace covalente consiste en un par de electrones compartidos; además, creó el término «molécula impar» cuando un electrón no es compartido. Luego, en ese año, enunció la importante «regla del octeto». En 1919, estudiando las propiedades magnéticas de soluciones de oxígeno en nitrógeno líquido, encontró que se había formado una molécula d e 0 4. Esta fue la primera evidencia del oxígeno tetraatómico. En 1923 formuló la teoría del par electrónico para las reacciones ácido-base. Finalmente, en 1926 acuñó el término «fotón» para la menor unidad de energía radiante. Fuente; Wikipedia

132

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

La atracción electrostática se realiza en todas las direcciones de tal manera que no existen m olécu­ las, sino inmensos cristales con determ inadas for­ mas geométricas.

<4 DEFINICIÓN Se denom ina así a toda fuerza que actuando sobre los átomos, los m antiene unidos form ando las moléculas. La tendencia universal de la m ateria es la de hallar su m ayor estabilidad (contener menor energía). De acuer­ do a esta tendencia, los átomos se unen para form ar agregados de m enor estado de energía y por consi­ guiente de mayor estabilidad y lo realizan liberando energía. e,

e2

* ©

Por lo tanto, los com puestos iónicos son sólidos y cristalinos, que para vencer las atracciones in­ teriónicas se necesitan gran cantidad de energía para vencerlas y pasarle al estado líquido requiere de energía de fusión. En estados sólidos son malos conductores del ca­ lor y la electricidad; pero al fundirlo o al disolverlo en agua, se logrará la separación de iones y en ambas casos conducirán la corriente eléctrica.

e; e;

© ■ =>© ©

Existen reglas em píricas que indican: E, + E2 > E , + E2 Enlace iónico

AEN > 17

( - ) estable (+ ) estable

CINa

EN = 2,1

<4 TIPOS DE ENLACE

Enlace iónico Son fuerzas de atracción electrostática entre iones que se form aron por la transferencia total de electrones ori­ ginados entre un metal (+ electropositivo) y un no m e­ tal (electronegativo).

Se originan generalm ente entre los grupos IA y VIIA; IlA y VIA. El Be form a la única excepción, ya que sus com puestos form an enlace covalente a excepción BeF2. E je m p lo : BeCI2, BeFI2, etc., form an enlace covalente.

E je m p lo : . s2 uNa:

S2p 6

s1

1

Enlace covalente buscan la estabilidad (8e,í en su última capa)

Es un enlace que se origina entre no m etales y se ca­ racteriza por la com partición mutua de uno o más pares de electrones de valencia de tal forma que adquieran

s2 s2p6 s2p5 ?ci: T 2

la configuración de gas noble. Se forma un com puesto

Na: pierde 1e Cl: gana 1e~

©

.t

covalente: AEN < 17

\¿ fi rfi ?,

pueden ser:

l l g

Enlace covalente puro (norm al). Este enlace se origi­

Na+

Cl-

na entre 2 no metales de un m ismo elem ento y los elec­ trones com partidos se encuentran en form a sim étrica a ambos átomos.

Representación de Lewis.

N a'

" * .0 1 :

Se cumple: Na

AEN = 0

[;?>] E je m p lo :

EN = 0,9

EN = 3,0

1.

Realizar la estructura de Lewis de: A) KCI A) KCI: K+

B) CaBr2 [# ]

B) CaBr2: C a2“

[B r]

C) Na2S: 2N a"

f;s=]

H2: caso sencillo [tom a la estructura del gas noble, helio (Fie)]. -sim étrico

C) Na2S

©

J

:© \ AEN = 0

EN 2,1

EN 2,1

Q

2

u ím ic a

■

133

C)

F"

, F , XX

:f-

+ -f:

=> [ : f

[

)

F :j

X X

XX

; o - B e . x C l* XX

EN = 40

, F, xCI

XX

X X

EN = 40

AEN = 0

molécula F2

Otros ejemplos: m oléculas Cl2, Br2, 0 2, N2, H2 Enlace covalente polar. G eneralm ente se forma cuan:o están unidos átomos no m etálicos diferentes.

Enlace múltiple. Se produce cuando se com parte más de un par electrónico para obtener la configuración electrónica de un gas noble. Si se comparten dos pares de electrones se denomina enlace doble y si se comparten 3 pares de electrones se denom ina enlace triple. Enlace simple:

0 < AEN < 1,7 E je m p lo : HCI

EN

H - Cl I I 2,1 3,0

M últiples AEN = 3,0 = 2,1 = 0,9

Enlace doble:

El par de electrones se com parte en forma desigual debido a la diferencia de electronegatividades, existe una transferencia parcial de electrones (desplazam iento de la densidad electrónica) del átomo de Fl hacia el

x :^

Esta compartición desigual del par de electrones de enace se m anifiesta en una densidad electrónica relativa­

Y

Enlace triple:

átomo de cloro. Se puede representar la desviación de a densidad electrónica, colocando una flecha (—) sobre a estructura de Lewis del HCI.

H -C IÍ

X =

rt x : , ____» «y **-"*' X

-S— Y

Enlace sigm a (a). Se form a cuando los orbitales se unen (o traslapan) en la misma dirección del eje inter­ nuclear. Entre orbitales s

mente m ayor cerca del átomo de cloro y una densidad electrónica menor cerca del átomo de hidrógeno. La distribución de carga se puede representar: 5+

5-

H - Cl Donde: 5 (delta) denota la separación parcial de la car­ ga del electrón. E je m p lo : R ealizar la estructura de Lewis de las siguientes es­ pecies: A) H2S

B) CH4

B) BeCI2

Enlace pi (n). Se forma cuando se unen (lo traslapan) los orbitales p puros, lateralm ente alrededor del eje in­ ternuclear. Se concentra la densidad electrónica tanto arriba como abajo.

Resolución:

K

A) H2S XX

h*

*s;;

H — S* I

H

(\

d /

\ Eje ¡nternuclear

B )C H 4

E je m p lo : H x*

H x • C •* H

H —

I

H -C -H

Realizar la estructura de Lewis de las especies e indicar los enlaces tipo s y p. A )0 2

B )N 2

C )C 0 2

D )H C N

134

■

C

U

o l e c c ió n

S

m ic ie n c ia

a p ie n s

B) NH4': es un catión, pierde 1 e~ en la parte ex­ terna, es decir, de uno de los H que rodea al átomo central. pierde

:o n

o:

H

H ó

1 fT — 1

h c

-o

n

H

h

N

H

ó

H N

=5= N

r. = 2 n

1:1

II: 0

III: a = 4; n = 0

1 C)

h c io

4 : o : t o — c i/ I : o :

so;

:o ; ;o -

c i: ■o '

H D)

H

HCN I: 3 h

« _ -c " *

n

;

h

- i-

II: 0

o :

III: a = 5; it = 0

c : Realizar la estructura de Lewis de: A) Na2S 0 4

Enlace covalente coordinado (ecc) o dativo. Este enlace se forma cuando uno de los átomos aporta 1 par de electrones a otro, para satisfacer octeto o es­ tabilidad. E je m p lo s :

B) NH4N 0 3 Resolución: A) Na2S 0 4: Es una sal. Entonces predom ina el enlace iónico. Tiene:

Catión (metal): Na+

SO,

Anión, que contiene enlace covalente. XX so;

XX iO i XX

: O :

O II (I)

XX x0 * " • S :

El C

-\

2Na

:O — S— o :

Tanto el O y S completaror el octeto

: o : Se representan: Enlace dativo \

XX

* v

r\

x x xw x

XX 50 = S:

*ó 4 XX ;o = s

B) NH4N 0 3: Es una sal Entonces predom ina enlace iónico Tiene: Catión: NH41: Con enlaces covalentes.

e indicar: I. El número de enlaces dativos. II. Enlaces múltiples. III. Enlace s y p.

Anión: NO, : Con enlaces covalentes. H

M

+

t H— N — H | H

:0 : .. t

0 1 zII o

Realizar las estructuras de Lewis de: A )S 0 3 b) nh4 c ) h c io 4

•X

••

Resolución: A) SO,

« RESONANCIA ;o ;

;o "s:

^

I: 2

o;

XX

Jf

;o = : s ; ^ o ;

II: 1 III: a = 3; n = 1

Una estructura presenta resonancia, cuando se pueden presentar por varias estructuras de Lewis en form a se­ m ejantes. Generalm ente se realiza por deslocalización de electrones p (doble enlace).

Q

u ím ic a

■

135

E je m p lo : La molécula SO,. -A — x I

O:

=0 = s

=6 ~ S

kJ

sp

4 pares de e s

Piramidal

Por lo tanto, presenta 2 estructuras resonantes x— A :

E je m p lo :

sp

Realizar las estructuras resonantes del: A) S 0 3 B) C 0 3 Reallz A) S 0 3 .0 ” • \

Angular

O'

s

^ E je m p lo s : 1.

BeCI2 180" C l—»—B e —•- -C l

.0 ’ ' \

S

.O '

O//J

■\

£

s

'O .

/

O ’ ^

'

s

/

'O . '

2.

Geometría lineal

Hibridación sp

BH3 H

•O 5

!O !

Geometría: plana trigonal Hibridación: sp2

/¿ ^ f H -^ -J -^ H

La molécula del S 0 3 tiene 3 estructuras resonantes.

sp2 B) C 0 ¡ -

3. •X

••

Geometría: piramidal Hibridación: sp3

o

o

O I o

••

0

/K

:0 : |

:

..

O

1 0 1 o

0 •X

0

2-

•X

:0

O

2-

’o • I

NH3

••

4.

QH„

Presenta 3 estructuras resonantes. H

<4 GEOMETRÍA MOLECULAR

\

Es la disposición de los átomos en el espacio. Se basa en la teoría de la repulsión de los pares electró­ nicos de la capa de valencia. Estos electrones se ubican alrededor del átomo central con la finalidad de minimizar (disminuir al mínimo) la reputación entre estos).

H

x —• —A - * — x

G eometría lineal

Hibridación sp

2 pares de e ¡

H

~ u —— r . ^ l I aa l l^ H sp2

Geometría: plana trigonal Hibridación: spz

Plana trigonal

sp

x — — A — — -X

A ngular

sp

sp

Geometría: lineal Hibridación: sp

@ SBBO Ks.

sp 4 pares de e s

H

sp'

• \

3 pares de e ¡

\

sp

A —— X

3 pares de e ¡

/ H

C,H,

X

X—

H

Geometría: tetraédrica Hibridación: sp3

H

f

\

H / SP I C' / \ H H

spJ -

5. 180°

/ H

c-

Las sustancias iónicas se pueden disolver fácilmente en solventes polares. Las sustancias no polares disuel­ ven a las sustancias no polares; razón por la cual se dice lo siguiente: “Lo semejante disuelve a lo seme­ jante”.

136

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

E je m p lo s :

p observado

r (Á)

% carácter iónico

1,92

0,92

43

Mezcla de agua - aceite: HF

No polar

HCI

1,08

1,27

18

HBr

0,78

1,41

12

Hl

0,38

1,61

5

% carácter iónico =

Polar

b,1

x 100 = 17,7%

<4 POLARIDAD DE U S MOLÉCULAS

Son inm iscibles o insolubles.

Molécula no polar (apolar). Una molécula es no polar si el m om ento dlpolar resultante es igual a cero:

Mezcla NH31ac) y H20

Pr = 0 También se puede observar que las m oléculas están orientadas simétricamente. E je m p lo s : C 0 2, BF3

Polar

C 02 O

Polar

C

O

pR = + p - p = 0

BF3 M iscibles o solubles. F

<4 MOMENTO DIPOLAR

El momento dipolo p es el producto de la carga Q y la distancia r entre las cargas, proporciona una m edida de la polaridad de enlace. Debye (D) En la molécula de fluoruro de hidrógeno hay un desliza­ m iento de la densidad electrónica del H al F porque el átomo de F es más electronegativo que el átomo de H. -

8LL

H - F ,

6+ I X

V-

p = 0

* D

F, = F

(p )

i+

- i

Molécula polar. Una molécula es polar si el momento dipolar resultante es diferente de cero: pR ± 0, también se puede observar que los átomos alrededor del átomo central están orientados asim étricam ente o el átomo central contiene electrones libres. E je m p lo s : H20 , NH3, H N 0 3 •

h 2o h-

o

:

I H

Entonces, el enlace HF es polar. | p' |: m ódulo del mom ento dipolar. Q: carga del electrón: 4,8 x 1CT10 ues r: longitud de enlace.

H-

0

Fk ^

\

o

H nh3

E je m p lo :

H -N -H

. xx.

Para el HCI: 1,27 A

H

¡THCL

©

O

*i?''

AV/

iónico

Q = 4 , 8 x 1 0 10 ues Hallar % carácter iónico.

Fr

HNO,

Resolución: | p | = 4,8 x 10~’°(1,27 x 10~8) = 6,1 Debye

% carácter iónico

i observado |p|iónico

x 100

í

O

Molécula polar

Geometría asimétrica molécula polar

Q

<4 ENLACE METÁLICO Es un enlace propio de los elem entos metálicos que les oermlte actuar como molécula monoatómica. Los elec­ trones cedidos se encuentran trasladándose continua­ mente de un átomo a otro form ando una densa nube electrónica. La movilidad de los electrones se debe a la elevada conductividad eléctrica de los metales.

■

u ím ic a

137

Fl d ip o lo -in s ta n tá n e o (Fuerzas de dispersión de London). Son fuerzas interm oleculares muy débiles que se efectúan entre m oléculas apolares. También se incluyen a los gases nobles. E je m p lo s : 1.

Identificar las moléculas que tienen fuerzas de dis­ persión y d ip o lo -d ip o lo simultáneamente. I. H2Se IV.SO 3

II. CCI4 V. H N 0 2

lll. 0 3

Resolución Desarrollo de estructuras Lewis:

ü iJ ü D O O C E O 0 \ II 0 : O —O — O / / 0 0

H

<4 FUERZAS INTERMOLECULARES CCI4

Son fuerzas de atracción que m antienen unidas a las moléculas. Son responsables de la existencia de los estados condensados de la materia: líquidos y sólidos.

03

Enlace puente de hidrógeno (EPH) Es un enlace ¡ntermolecular, que se origina entre el áto­ mo de hidrógeno y átomos de electronegatividad con pequeño volumen atóm ico como el (F, O y N). En la molécula del agua (H20 ). a+ 8(— ) 8(-) 8+ 8 H O — H O I E™

A este enlace se debe la dism inución anómala de la densidad del agua, se origina cuando el agua se solidi­ fica, este fenóm eno se explica con la form ación de los enlaces puente de hidrógeno entre m oléculas de agua en los cristales de hielo, originándose un increm ento de volumen; de tal manera que la densidad del hielo es menor que la densidad del agua líquida.

hno2

^

(III)

- 0

Irregular (polar)

O d ip o lo -d ip o lo

como

fuerzas

H N02 (V)

Señalar las m oléculas que tienen puentes de hidrógeno. I. CH3NH2 II. CH3CH2OH III. NH2 - NH2 IV.CH4 V. H2S Resolución: El enlace puente de hidrógeno se presenta en mo­ léculas de elevada polaridad donde encontramos las uniones.

V : vacío

H2Se, 0 3,

2.

Regular (apolar)

H -O -Ñ ^

Presentan tanto de London: (I)

Irregular (polar)

,- S7,

0 --

H

Regular (apolar)

0 M

SO,

- Enlace puente hidrógeno

Irregular (polar)

H -S e x

H2Se

es en movim iento (m ar de e s )

„ EPH

¡

hielo

H - F

I

H - O

I

H - N

i

Las moléculas:

HF

H .

-H -

F '

H, F'

F"

CH 3NH2

H — C -rN — H | I -1........... H H

NH, H H I ¡ H— N :........H— N :--------- H

i

i

H í N:

H c h 3c h 2o h

h

-

-

I H

A

: x !

i I i

¡:z -¡-i

I

n h 2n h 2

c —10 — h ; I - ......; H

: z —x

X

Fuerzas de Van der Waals Fl d ip o lo -d ip o lo . Esta fuerza interm olecular se efectúa en m oléculas polares.

c

H

138

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

H I

ch4

Desarrollo de estructuras Lewis: H

H

H I H — C — C.T I H H H | H - C - f 0 — H! I -----------H H | _____ H -C 4 N -H I I “ ’ t.......... H H H H I .. I H — C — 0 — C -H I " I H H

c h 3c h o

h 2s

H Poseen enlace puente de hidrógeno: C H 3NH2 (I) C H 3CH2OH (II) NH2NH2 (III) 3.

c h 3o h

c h 3n h 2

De la relación de sustancias, ¿cuántas de ellas presentan enlace tipo puente de hidrógeno, en es­ tado condensado? H20 (ii, HCN(|I, HCIri), HF(I), NH3(i), C H 3N(CH3)2!i), B(OH)3Is), HCHO (i)

c h 3c o c h 3

Resolución:

Por lo tanto, presentan puente de H:

H

h 2o

0 ,

CH3OH CH3NH2

0 III X

H

X I

HCN HCI

H — Cl

HF

IH

5.

FI

-

(II) (III)

Indicar cuántas m oléculas cumplen la regla de oc­ teto: o 3, n o 2, h 2o 2, NO, c i o 3

nh3

^

H

H

Resolución:

H

Desarrollo de estructuras Lewis:

H H -C c h 3n (c h

3)2

I

—

I

H

H

..

I

N -C -H

I C I

I

H

03

x

, 0;

H

1

H

N0¿

— Hi -1..........

•0

-N Ó:

iO )3 o

/B ^

o

-

h

h 2o 2

X I :o:

-

/

h

:o I X

b (o h

0

0

^ /

X

HCHO

•n -ó;

NO

1

0

II. CH 3OH IV. CH 3C O C H 3

3

:o: I

I, CH3-C H O III. CH 3NH2

c io

I

Determ inar cuál(es) de las siguientes sustancias presenta(n) enlace puente hidrógeno.

0 - 0 :

4.

:o :

Por lo tanto, 4 sustancias presentan puente de H

Se observa que en el H20 2(H) y NO (N) existen áto­ mos que no cumplen el octeto. Por lo tanto, 3 sustancias cumplen el octeto.

Q

RESUELTOS

PROBLEMAS 1.

3. Resolución: Respecto a las proposiciones: I. Falso La polaridad m olecular no depende de los enla­ ces interatóm icos, sino de la forma geométrica de la molécula, por ejemplo:

I

Resolución: En base a las proposiciones:

II. Verdadero De acuerdo al m om ento dipolar resultante, (gn) se tiene: M olécula polar: ¡3 / 0

I.

= 0

,/M O 0 = 0 ;

III. Verdadero Son iónicos los compuestos NaCI, K2S 0 4 y NH4CI ya que sus estructuras son:

/ x o Indicar verdadero (V) o falso (F) según correspon­ da. I. Las fuerzas interm oleculares llamadas fuerzas de Van der Waals no son tan fuertes como las fuerzas intram oleculares. II. La intensidad de las fuerzas de Van der Waals dism inuye al aum entar las distancias entre las moléculas, por lo tanto, dichas fuerzas no tie­ nen mucha im portancia en el estado gaseoso. III. Las fuerzas de Van der Waals como: dipolodipolo; dipolo ¡nstantáneo-dipolo inducido son im portantes en el estado líquido y sólido, donde las m oléculas están próxim as entre sí. Resolución: Respecto a las fuerzas de Van der Waals I Verdadero Se manifiesta a nivel molecular, por lo que es menos intenso que los enlaces ¡nteratómicos (intram oleculares). II Verdadero Es efectiva a cortas distancias, por lo que tie­

Falso Existen casos donde la unión metal/no metal no produce enlace iónico. BeCI2, AICI3: covalentes

II. Falso Para que un com puesto binario (xy) sea iónico se debe cumplir: AEN > 1.9 En el HF en (H = 2,1; F = 4) AEN = 1,9: covalente

III. Verdadero La molécula del ozono ( 0 3) su átomo central posee momento dipolar (g) para los pares de electrones libres.

2.

Los metales y no metales al com binarse siem ­ pre forman enlace iónico.

III. NaCI, K2S 0 4 y NH„CI son com puestos iónicos.

Enlaces polares (molécula apolar)

0 3:

" " '

II. El enlace es iónico siem pre que la diferencia de electronegatlvidades entre dos átomos es m ayor o igual que 1,9 según la escala de electronegatividades de Linus Paullng, por ejemplo en el HF.

C | _ Be. _ C|

Molécula apolar:

139

Indicar verdadero (V) o falso (F): I.

l

■

nen m ayor Im portancia en los estados condensados: sólido y liquido. III. Verdadero Se tienen los tipos: D ip o lo -dip o lo . Dipolo in sta n tá n e o -d ip o lo inducido.

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Si una molécula presenta enlaces polares, en­ tonces dicha m olécula es polar. II. Una molécula es polar si su m om ento dipolar resultante neto es diferente de cero. III. El ozono ( 0 3) es una m olécula cuyo m om ento dipolar (pi) es diferente de cero.

BeCI2:

O

u ím ic a

Na ¡:C I:j 4.

2K ¡ S 0 4 '; '

NH 4 [ :C l:J

Indicar cuáles son las proposiciones correctas: I. El enlace iónico se produce por transferencia de electrones. II. Cuando se enlazan un átomo metálico con uno no metálico se form a un enlace iónico. III. Para un com puesto binario, si la diferencia de electronegatividades de sus átomos es menor o igual a 11,9 se dice que el enlace es iónico. Resolución: Respecto al enlace iónico: I.

Verdadero. Proceso de formación: METAL (Catión)

NO METAL =E

(Anión)

Atracción electrostática

140

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Verdadero Por lo general, el catión tiene origen no m etáli­ co, por ejemplo: NaCI — Na I | No metal

=

7.

C l'

Indicar si la proposición es verdadera (V) o falsa (F) según corresponda: I. Los compuestos iónicos son sólidos de alto punto. II. La estructura de Lewis del com puesto Iónico form ado por sodio y azufre es:

2

Metal 2N af

III. Falso En un compuesto binario (2 elementos), se cumple.

III. Los com puestos iónicos generalm ente están form ados por un metal de bajo potencial de Io­ nización y un no metal de alta electroafínidad.

AEN > 1,9 5.

Con respecto al elem ento 35E, indicar si las siguien­ tes proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F) según correspondan: I. Tiene un electrón desapareado. II. Pertenece al 3.er período. III. Se trata de un halógeno.

Resolución: Respecto a los com puestos iónicos: I. Verdadero Debido a la elevada intensidad de la atracción electrostática, todos son sólidos cristalinos de puntos de fusión entre m oderados y altos (ma­ yores a 400° C). II. El sodio, (metal) y el azufre (no metal) forman (el com puesto iónico: Na2S Cuya estructura es:

Resolución: Para un elem ento E(Z = 35) CE: (A r)4 s 2 3d104p 5 I. Verdadero Presenta 1e~ desapareado en 4p 5:

ü

2Na + • S • — - 2Na~ [ : S : j

11 i

II. Falso Se observa de su configuración que presenta 4 niveles: Por lo tanto, período: 4 III. Verdadero Su configuración electrónica term inal es: CE: —

III. Verdadero Por lo general, se presentan por la unión de un metal (IA, IIA) de baja energía de ionización, con un no metal (VIA, VII A), de alta electronegatividad. 8.

4s2 4p5

VIIA Por lo tanto, es un halógeno. 6.

:S :

Hacer la notación Lewis del com puesto que forman los elementos A (Z = 13) con B (Z = 9) indicar además, la fórm ula del compuesto: l.

Según el siguiente proceso:

2 : A 2* 2(: B :)

a b

III.

ii.

A 3; 3 A * (:B i )

ab

; a * ( : b :)

IV. A B 3; A 3* 3(: B :)

• c c + -ce — : c ) - c e : v. a 2B; 3A '( : b :)

Marcar verdadero (V) o falso (F): I. Se libera energía. II. La molécula de cloro (Cl2) posee mayor estabi­ lidad que los átomos de Cl. III. En la molécula de Cl2 cada átomo cum ple la re­ gla del octeto.

Resolución: Para i 3A

los elementos:

CE: [ Ne] 3s23p1

SB CE: 1s22s22p J

A - (metal)

• B : (metal)

Resolución:

Sí form an un com puesto iónico, su estructura es:

De acuerdo al proceso:

A 3t + B1'

:c i • + •6 1 : — :c i : c i : Verdadero Corresponde a un proceso de form ación de en­ lace (exotérmico), se libera energía. II. Verdadero Se cumple: Energía: Cl > Cl2

— . AB3

X -E 3 -B : —

A 3'

3 [:B :]1

I.

9.

Señale la notación de Lewis correcta, del com ­ puesto iónico form ado por magnesio y nitrógeno. 3-

I) Mg2*

|:H’J

ID

3iM g ]2' 2 [N ]3’

Estabilidad: Cl < Cl2 III. Verdadero Se observa que la molécula del Cl2 cum ple con el octeto electrónico.

III) 3M g2+ 2 [: N :] V) Mg :N -

IV )2 M g 3* 3 [ : N :]

Q

u ím ic a

■

141

Resolución:

Resolución:

El átomo de magnesio (Mg) y el átomo de nitróge­ no (N), form an un com puesto iónico:

El enlace iónico: i. Verdadero La transferencia de los electrones produce io­ nes de cargas opuestas los cuales se atraen (fuerzas electrostáticas). II Verdadero En el caso del NaCI:

Mg (HA)

Mg

Metal

N (VA)

*N*

No metal

Mg2T + N3' — ► M g3N2

nZ

3 Mg + 2 -N -

3

3 M g2'

21: N : J

III.

10. Respecto al enlace químico, indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

Se produce entre dos o más átomos, cuando las fuerzas que actúan entre ellos conducen a la form ación de un agregado estable.

12.

Resolución

El cloro posee 8e en su capa de valencia. Verdadero Por lo general, se presenta entre un metal y a que este posee baja energía de ionización, con un nometal ya que este posee alta electrone­ gatividad.

Los orbitales sp2 presentan una separación de

Resolución:

Respecto a los enlaces químicos:

Hibridizaciones para orbitales s y p, se tienen:

Verdadero Su form ación tiene como base, la estabilidad química.

2 orbitales sp (1s + 1p)

sp

Átom os — >■ Agregados atómicos (inestable) (estable) sp2

II. Verdadero Al aproxim arse los átomos, sus electrones de valencia interactúan (se aparean), lo cual gene­ ran fuerzas de atracción.

— X— lineal (180°)

— X \ angular

3 orbitales

X

(1s + 2p)

III. Falso El enlace aparece cuando la distancia internu­ clear es tal, que la fuerza de atracción es m áxi­ ma y la energía del sistema es mínimo.

sp

3

/

4 orbitales 3 sp3 (1 s + 3p)

Un enlace iónico se form a cuando se transfiere y negativo y negativos los cuales se atraerán. en el NaCI (cloruro de sodio), el par de electro­ nes de enlace form a parte de la capa de valen­ cia del cloro.

III. El enlace iónico se produce entre un m etal (de baja energía de ionización y baja electrónegatividad) y un no metal (de alta electronegatividad y alta afinidad electrónica).

— _X \

angular

y / | \

piramidal Tetraédrica (109°28')

Se observa que los orbitales híbridos sp resultan de com binar orbital s y un orbital p.

de un átomo a otro, creando así iones positivos II. Teniendo en cuenta la representación de Lewis,

trigonal (120°) \

i / |X

11. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

Na+ [:C L :]

120 ° . II. Los orbitales sp resultan de com binar el orbital s y los 3 orbitales p. III. La orientación de los orbitales sp3 es tetraédrica con ángulos de 109°280'. IV. Los orbitales sp2 son tres. V. Se form an dos orbitales híbridos sp al m ezclar­ se un orbital s y un orbital p.

III. La longitud de enlace es la distancia que se establece entre las especies participantes y es aquella a la cual el sistema adquiere su mayor energía.

I.

cL:

Indicar el enunciado incorrecto: I.

II. C uando se produce el enlace químico, los elec­ trones de valencia de los átomos que participan se reorganizan de modo que se establece una fuerza neta de atracción.

^ Z

13.

Indicar la alternativa que contiene especies quí­ micas con geometría angular, piramidal y trigonal plana respectivam ente: I.

h 2o

, o 3,

no

3

II. H2S , NH3 , C 0 2 III. H20 , PH3 , S 0 3 IV. S 0 2 , NH3 , BeCI2

v. so 2, c o ^

,

nh

;

142

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución: El diam ante es un ejem plo de los cristales que m antienen unidas sus partículas por enlaces covalentes en tres dim ensiones, cada átomo de carbo­ no está unido a otros cuatro por un m odelo tetraédrico. El m odelo es sim ilar al de los com puestos orgánicos y la distancia del enlace covalente C - C es de 1,54 x 10 1üm, como en los com pues­ tos saturados. El diamante, estable y de em paque­ tam iento compacto, tiene la resistencia m áxima a los agentes m ecánicos y químicos. En vez de fun­ dirse se sublima a 3500°C. Luego los átomos están unidos por enlaces covalentes.

X

/ :o : I

Resolución: A continuación se indican 5 trios de especies covalentes, de los cuales escogemos:

X

h 2o

X CL "

i

"

0 en O

II

s o x

x o

Cuyas geom etrías m oléculares son respectiva­ mente angular, piram idal y trigonal. 14. Indicar los valores aproxim ados de los ángulos de enlace u, f! respectivam ente en: n :o : :o :

a

• • IJ"'!! Ii H = 0 — C — C— O — H 1)120° y 120°

II) 109° y 120°

III) 109° y 107°

IV) 90° y 120°

V) 180° y 120°

17. Cuando se unen dos átomos de hidrógeno para form ar una molécula: ¿Qué relación hay entre la energía de la molécula y la suma de las energías de los dos átomos? Resolución: Los átomos que form an la molécula se atraen; esta atracción es el enlace químico, al que contribuyen los electrones de la última capa llam ados electro­ nes de valencia. La fuerza de unión es la fuerza del enlace. La energía total del agregado atóm ico (m olécula)

Resolución:

de un com puesto es m enor que la sum a de e n e r­

De la estructura dada se observa:

gías de los átom os aislados. Asi se explica la es­

•'O'- a ll H= 0 — C - -C — o — H

í

i

sp3 (120°)

sp3 (109°)

(3

a

tabilidad de los com puestos. En la naturaleza se observa que siem pre hay tendencia de form ación de sustancias con m enor contenido energético. 18. Con respecto a las propiedades de los com puestos iónicos, indique verdadero (V) o falso (F), según corresponda: I.

15. A continuación, se m uestran las geom etrías mole­ culares de algunas moléculas. I. Angular IV.Tetraédrico

II. Piramidal V. Triangular

III. Lineal

A tem peratura ambiente, son sólidos con altos puntos de fusión y ebullición.

II. Son conductores de la electricidad en estado fundido o en solución acuosa. III. Forman moléculas.

¿Cuál de ella está asociada a una hibridación sp?

Resolución:

Resolución:

Propiedades de los com puestos iónicos:

La hibridación sp: Se produce a partir de la com binación de los or­ bitales:

I.

1s 1p Puros para form ar 2 orbitales híbridos sp, que se orientan de form a opuesta en el m ismo eje según: O X O

< > — X — (41 8 0 °)

Por lo que el com puesto form ado posee geometría m olecular lineal. 16. El diam ante es un cristal form ado por átomos de carbón, dichos átom os están unidos por enlaces de tipo:

Verdadero Debido a la elevada Intensidad de la atracción electrostática a tem peratura am biente (25 °C) todos son sólidos con altos puntos de fusión (m ayor a 400 °C). Ejemplo: Cloruro de sodio NaCI T,= 801 °C

II. Verdadero Solo fundidos o en solución acuosa conducen la electricidad. • NaCI(l): Fundido. Na- (C) Cl (f)

Q

Los iones poseen movilidad, esto asegura la conducción eléctrica. II. Falso Existen como sólidos cristalinos no poseen mo­ léculas. .-. VVF

Estructura

Simetría

h2

H— H

Regular (Apolar)

so 2

¿Cuáles de las estructuras de Lewis son incorrec­ tas?

a i 3*

h 2o

3 [: c i :]

III. A I(N 0 3)3 : A l3, 3 [N O ,]'

CH30 H

Resolución: Para los compuestos: Notaciones

A

A IC I3

*ci:

Estructura

/ Cl

Cl I Al

•Al

-O :

Regular (Apolar) Irregular Apolar)

H H 1 H—C—0 — H 1 H

Irregular (Polar)

Irregular (Polar)

nf3

\

03

Cl -2

A IA

\

H ~ 0 \

0

Fórmulas

-

0 :

:

[:o :J

co 2

2

Irregular (Polar) °

n2

2AL3 3 ;o ;

Irregular (Polar)

o '

: A l3- 3

II. Al20 3

M oléculas

O ¡1 O II O

— — Cl (ac)

AICI3

143

La polaridad o apoiaridad de las m oléculas depen­ de de la geom etría de estas: Molécula polar: irregular. Molécula apolar: regular.

Na~ (ac)

I.

■

Resolución:

• NaCI(ac): Disuelto en agua

19.

u ím ic a

Regular (Apolar)

N= N Cl

a i (n o

3)3

•Al

N O ¡1

A l*3 3

[N O 3 ]* 1

AICI3

El A I C I 3 en un com puesto covalente (Excepción); de acuerdo al problem a se observa que I y II po­ seen estructura incorrecta. 20.

¿Cuántos enlaces a y n, respectivam ente, hay en la hidrazina (N2H4) y en el tetróxido de dinitrógeno ( n 2o „)?

Al

/ Cl

Regular (Apolar) \

Cl

Por lo tanto, son apolares con enlaces apolares: 2 H2 y N2 22.

En relación a la estructura de Lewis de la molécula siguiente, indique verdadero (V) o faiso (F), según corresponda:

Resolución:

:o:

Estructuras de los com puestos de nitrógeno si­ guientes:

..

II

..

H—O— N— o : I.

El número de enlaces coordinados es menor que el número de enlaces covalentes normales. II. Tiene solo enlaces sigm a (a). III. Tiene solo enlaces covalentes polares. IV. Presenta estructuras resonantes de Lewis. Resolución: De acuerdo a la estructura Lewis del H N 0 3:

Se cuentan respectivam ente: 5n, Oji, 5 71 y 2 n 21.

A continuación se m uestran las siguientes estruc­ turas:

H— O— N \0

H20 , S 0 2, H20 , C 0 2, ALCI3i CH3OH, NF3, 0 3 y N2.

I.

Verdadero Com o la notación Lewis del nitrógeno es:

¿Cuántas m oléculas son no polares con enlaces apolares?

\ C Forma dativo •N•

144

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Estructura:

24.

H — O — N■i

3 norm ales 1 dativos

Indique cuántos enlaces dativos tiene cada com ­ puesto: 1. H C I0 4 II. H N 0 3 III. S 0 2~ Resolución:

II. Falso Al poseer un enlace doble, posee un enlace tipo

\ / O

z

I 0

1

o

0 1 O—o —o

•N -

I

H N 03

1

•c i:

0

/O H — O — N. ^O

h c io 4

I

p¡ ót). III. Verdadero Sus cuatro enlaces son polares ya que la unión es de nom etales diferentes. IV Verdadero Los electrones "n" pueden m odificar su posi­ ción, por lo que el com puesto presenta reso­ nancia:

X

Estructuras Lewis para los compuestos siguientes:

•2

/,0 0 ¡

H— O— N

•s-

S O ¡2

o = s —o I 0

Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposicio­ nes siguientes: I. En un enlace covalente múltiple, el enlace p¡ (re) es más estable que el enlace sigm a (a). II. En una molécula de H2C 0 3 existe 5 enlaces sig­ ma (o) y un enlace p¡ U). III. El enlace pi (n) se efectúa entre orbitales atóm i­ cos p, por encim a y por debajo del eje internu­ clear.

Observam os enlaces dativos en las cantidades respectivas: 3 , 1 , 2 25.

¿Cuál de las siguientes especies hay el menor nú­ mero de enlaces n? I. C 0 2 II. H2S III.N 0 3 IV. N O ' V, CO Resolución: Para que se presente enlace "p" en una molécula, debe haber por lo menos un enlace doble o triple. Los compuestos:

Resolución:

o

X

no

3

A

O— H

+ -2 /

\ y cr en orbitales atómicos tipo "p"

:]

o

0 = 0

[:n =

o

N0 +

o

ti

-1

o

Enlaces: 4 simples: 4o 1 doble: 1n y 1o Total: 5cr y 1n Verdadero Uniones tipo

/ en

I X

H2S

< H— O

o

I

co2

o

Respecto a las afirmaciones: I. Falso De acuerdo al contenido energético de los enla­ ces tipo rt y ct; se tiene: Energía: n > a Estabilidad: n < a II. Verdadero Estructura Lewis del H2C 0 3: O

o o

23.

Se observa que el H2S posee o enlaces "n" 26. ■Eje

Encima y debajo (Paralelos) FVV

¿Cuál de las siguientes m oléculas presenta el ma­ yor número de pares enlazantes? I. N20 4 II.N2H4 III.H N O j IV. h 2s o 4 V. Cl20 5 Resolución: Los electrones enlazantes representan los pares de electrones compartidos:

Q

H\

/ H

N— N

HX hno

3

XH

H— 0 — N

/ °

0

^ ______ ^e„

O

n 2h 4

O

BeCI2

I O

^0

1

0 X

145

A HH

nh3

ro

/ ° N— N

DO

° \ N20 4

■

u ím ic a

o=c=o N—

N20

O x

N

\o

4

o o

h 2s o

0 I H — O— S — O — H I 0

Solo posee resonancia el C 0 2 (tiene e „ ) .-. Rpta.: 1 29. I.

0 1 0 — C l— o — C l— H i i 0

Resolución: La resonancia se presenta cuando una especie covalente (molécula o ion) presenta más de 1 estruc­ tura Lewis posible. Esto se debe a la deslocalización de sus electro­

El N20 4, posee m ayor número de electrones enla­ zantes (14 ;) 27.

Indique qué especies químicas presentan resonancia: NO II. C O ^ III. N3H IV. N20 4

nes tipo "n" Las especies:

Determ ine las sustancias cuyas m oléculas no cum ­ plen la regla del octeto. I. BeBr2 II. PCI3 III.S F e IV.XeF2

I.

NO +

[:n =

:1

o

No posee resonancia ya que por lo m enos debe haber tres átomos. II. C 0 3'2 O

Resolución: Desarrollam os la estructura para observar el octeto: BeBr2

O

Br — Be — Br

O

p‘ PCI3

a

l a Cl

c /S

F sf6

F ^ I _- F Q sC F I F F F

No posee resonancia ya que los electrones n, no pueden moverse a otra posición equivalente. IV. n 2o 4 O Os -/ ,N — N O'✓

:x e : •i i F

No cumplen el octeto: Be(4e~); S(12e“ ); X e(10e") Por lo tanto I, III y IV 28.

° \

Prediga cuántas de las siguientes m oléculas pre­ sentan resonancia: CCI4, NH3, BaCI2, C 0 2, N20

Los compuestos: Cl

0 /

S °

N— N

/ °

° \

X0

/ N— N

’0 /

O

X0

y IV.

En base a los datos presentados en la siguiente tabla, indique con verdadero (V) o falso (F) las pro­ posiciones siguientes:

Electronegativldad Cl

° \

X0 ' 0 /

Elemento

C i- C\ Cl

N— N

Por lo tanto, posee resonancia: II 30.

Resolución:

CCI4

o

../N H - N ( |] N.

•II

XeF2

[O

Posee 3 estructuras equivalentes III. N3H

Núm ero atómico

H

C

0

2,1

2,5

3,5

1

6

8

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

I.

AEN

Br — Cl

0,2

I

LL

0,0

H— F

Resolución: Respecto a las proposiciones: I. Falso Polaridad del enlace, es proporcional a la " AEN". H— C < H j- 0 AEN = 0,4 AEN = 1,4 II. Verdadero Los elem entos H,C y O son todos nometales, por esa razón entre ellos solo se form an enla­ ces covalentes. H — C, H — O, C — O III. Verdadero Dirección del vector momento dipolar (jl):

Enlaces

LL

Se puede decir que el enlace entre H — C es más polar que H — O. II. Se form ará un enlace covalente entre cualquie­ ra de estos elementos. III. En el enlace H— O el mom ento dipolar es un vector que está dirigido desde el H hacia el O.

I— F

1,32

Br — F

1,02

Luego el orden creciente de p es: F — F, Br — CL Br — F, I — F, H — F 33.

Indique cuál de las siguientes m oléculas contiene a un átomo que no cumple la regla del octeto: I. S 0 2 II. CS, III. N 0 2 IV .S 0 3 V. Cl20 7 Resolución: Desarrollam os las estructuras Lewis para los com ­ puestos: Moléculas so2

EN(H) < EN(O) FVV

CS2

0=\

0 —

s

II

:z

Indique qué estructuras presentan resonancia: I. S 0 3 II. H2C 0 3 III. S 0 2 Dato: Número atóm ico (Z): S = 16; H = 1; 0 = 8; C = 12

Estructuras

0

31.

1,78

S03

O

2

/

no

x o

Resolución: 0

De acuerdo a las estructuras

ci2 o7

3

Y

Y

Y

i

Y

-

••

I

—Cl —0 I

0

Se observa de todos los átomos centrales que el N 0 2 no cumple el octeto. N (7 e )

•

S

0

..

0 — C l— 0 0

h-

h

34.

0 C 0

0

Para los hidruros de los anfígenos (VIA); el mo­ mento dipolar es Inverso al número atómico: H— O H— S E. N (disminuye en Z) H — Se H — Te Por lo tanto es más polar: H — O

de e ;). Por lo tanto, poseen resonancia I y III Suponiendo que el m om ento dipolar del enlace solo depende de la electronegatividad, ordene en form a creciente al m om ento dipolar de los siguien­ tes enlaces. Resolución: En m om ento dipolar ( ú ) de un enlace, es propor­ cional a la diferencia de electronegatividad o (AEN) de los átom os que lo forman:

¿Qué enlace posee mayor momento dipolar (¡I)? I. H — S II. H — Se III.H — Te IV. H — H V. H — O Resolución:

El H zC 0 3 no presenta resonancia ya que no hay otras posibles estructuras (No hay deslocallzación)

32.

1 I

so 3

h 2c o

II

U

03

o l e c c ió n

II

C

O

■

03

146

35.

Determ ine los enlaces sigma siguientes moléculas. I. N20 5 II. Cl20 7 III. N,H

(c )

y p¡

( t i)

para las

Q

De acuerdo a las estructuras: Enlaces

Estructura

< \

N20 4 °% N A

N— 0 — N

ci2 o7

n 3h

/ °

n 2o

0 0 I I 0 — C l— 0 — C l— 0 I I 0 0 H— N

147

/ ° x o

N— 0 — N

5 o /

8a hno

X ° x o

xO H— 0 — N X0

3

O

/ N II X N

4a 1

71

so3 o - S 'o

Luego los enlaces c¡ y n están en las cantidades: 6 y 2; 8 y 0; 4 y 1. 36.

N— N

0 /

6a 2 ti

xo

o /

■

alcanzar la estabilidad debe adquirir 8 electrones en la capa de Valencia.

Resolución:

Moléculas

u ím ic a

Hacer la estructura de Lewis de las m oléculas si­ guientes e Indique como respuesta el que tiene mayor cantidad de enlaces sigma (a) y pi (n). I. N A II. C6H6 III. C3H6 IV.H2S 0 4 V. HN3

F I

BF3 x

N

Se observa que el boro del BF3 no cumple el octeto (Solo 6e"). 38.

Resolución: Identificam os el número de enlaces n y a en los compuestos:

¿Cuál (es) de las siguientes especies es una ex­ cepción del octeto electrónico? I. H3B 0 3 II. P C I , III.C IF 3 Resolución: Excepciones del octeto electrónico:

I

H

c 3h 8

(10a)

h 2s o

4

(6a)

N3H (3a y 1¡i)

H ! C— I H

H I C—H I H

0 I H — O— S — 0 — H I 0

H— N ‘

X*N" ll N.

El C6H6 posee m ayor número de enlaces (n y cr).

\

PCI5

X

0 1 m ,

Cl CQI P — CI CK j Cl O ! TI

F s ..

CIF, H I H— C — I H

/

3 I

H xc H— CX X C — H II I H— C C— H X

O

h 3b o

xo

o /

O

/>

X

N— O — N

I

c 6h 6 (12c y 3n)

° \

X

N A (6a y 2n)

F B: Octeto incompleto P y Cl: Octeto expandido. Por lo tanto, son excepciones I, II, III. 39.

Señale la estructura de Lewis del com puesto for­ mado por los elem entos 12Mg y ?N. Resolución: Formación de un com puesto iónico a partir de los elementos: • 12Mg (HA)

Mg

•

*N*

7N (VA)

Notación Lewis 37.

¿Cuál de los siguientes compuestos no cumple con la regla del octeto? i. n 2o 4 i i . n 2o 5 iii. h n o 3 IV .S O 3 V. BF3

El "Mg" debe transferir 2e

3 Mg

+

2«N>

Resolución: La regla dei octeto establece que los átomos para

y el "N" debe recibir

3e , por lo que se deben unir en la proporción:

j

3 M g '2

2 ;n ;

3

a p ie n s

Indique que proposición(es) es(son) incorrectas(s): I. Generalm ente cuando existe enlace covalente habrá compartición de uno o más pares de electrones. II. La diferencia de electronegatividades y el ca­ rácter no metálico de las especies que se en­ lazan, son criterios que ayudan a establecer un enlace covalente; estos no siem pre son deter­ minantes. III. Los compuestos: S i0 2, A l20 3; MgO; BeCI2 y FeCI3 presentan to­ dos sus enlaces covalentes. Si

Al

Mg

Be

Fe

Cl

0

1,8

1,5

1,3

1,5

1,7

3,0

3,5

Elemento Electro Negatividad

NA

•N -

S02

•s:

CO

•c-

N— N

o=s 0

3 N 2 D 1N 1D 1N 1D

c=o

1, 3, 1, 1 (Normales: N) Y 1 ,2 , 1, 1 (dativos: D) 42.

Señale la notación de Lewis del com puesto iónico que es incorrecta: I.

Na20 : 2N a+ [;O í]

II. CaF2 : Ca2+2 jü F í]

Resolución:

III. K3N

De acuerdo a las proposiciones: I. Correcto El enlace covalente se produce norm alm ente por unión de átom os no metálicos los cuales comparten uno o más pares de electrones. II. Correcto G eneralm ente el enlace covalente se verifica cuando se observa: • Unión de átom os no m etálicos • O < AEN < 1,7 Pero esto no siem pre es determ inante. Ejemplo: Los com puestos covalentes: • BeCI2: Metal - nometal • HF: AEN = 1,9 > 1,7. III. Incorrecto Los com puestos siguientes poseen por enlaces interatómicos: S ¡0 2 BeCI2

o

S

\

n ic íe n c ia

O

U

o l e c c ió n

o

C

/

40.

■

O

148

iv. V.

: 3K+ [íN í]

a if 3

: A I 3+3 [ ; f :]

A l20 3 : 3AI2*2 [ sO í ]

Resolución: Estructura Lewis de com puestos iónicos: Fórmula

Covalente (com parten es )

AIO, ] .. . 3 I iónico I (catión - anión) FeCI3 J

Átom os

Compuesto

Na20

Na

-O :

2 N a h [íO :]

C aF2

óá

f

:

Ca+2 2[ ; r ]

k3N

K

-N -

a if 3

-ai

-f :

Ai 3[ ; f ;]

A l20 3

«a i

-o:

2a i +3 3[; o ;]

3K* [íN í]

Se observa del problem a que el com puesto A l20 3 no lleva la notación correcta.

Por lo tanto, es incorrecto solo III 43. 41.

¿Cuántos enlaces covalentes norm ales existen en cada una de las sustancias siguientes: 0 3, N20 4, S 0 2 y CO, respectivam ente? Resolución: De acuerdo al aporte de electrones se tienen dos tipos de enlaces covalentes: •

Resolución:

Normal: Am bos átomos lo aportan

• Dativo: Solo uno de los dos átomos lo hace. En las m oléculas dados podem os observar. Molécula

o3

Átom os

•o:

Estructura 0 = 0 0

Indique si la proposición es verdadera (V) o falsa (F), según corresponda: I. En el CO hay un enlace covalente coordinado. II. La polaridad de un enlace covalente está direc­ tam ente relacionado con la diferencia de electronegatividad de los átomos que lo forman. III. En los enlaces múltiples se forman enlaces o y n.

De las afirmaciones: I. Verdadero Estructura del monóxido de carbono: "CO"

Enlaces 1N 1D

“9 : IVA

IVA

, enlace dativo

:c :;o ;— ►:c=o;

_

III.

II. Verdadero Polaridad del enlace covalente: • Polar (átomos diferentes): AEN • Apolar (átom os iguales): A E N = 0

• Triple:A = B ^ 6e

(1n y 1o) (2 ji y 1o)

¿Cuál será la configuración de Lewis del elemento que posee dos isótopos, sabiendo que la suma de los neutrones de estos es 15 y la suma de sus nú­ meros de masa es 29? Resolución: Los isótopos tienen igual número atómico. Se tiene: EN° = 15 A = N° + Z A ,A 2 XX

XA = 29 donde A, = N ? + Z A 2 = N2 + Z XA = XN° + 2Z

zz 29 = 15 + 2Z

29 - 15 = 2Z

Z = 7

Para efectuar la configuración de Lewis debe sa­ berse cuántos electrones de valencia tiene Z = 7 1s2, 2s2, 2p3 luego tiene 5e~ de valencia porque tie­ ne 5e en su último nivel energético. Entonces se trata del nitrógeno (grupo VA). Los electrones de valencia se marcan con aspas rodeando al sím bolo químico. „N 45.

■

149

Verdadero Algunos de sus sólidos como el diam ante son duros pero frágiles (quebradizos)

46. Señale la alternativa que no corresponda a una propiedad de los com puestos covalentes. I. Poseen bajos puntos de fusión, menor de 400 °C. II. Generalm ente se disuelven en líquidos no pola­ res como el n -h e x a n o C6H 14ll) III. Pueden encontrarse al estado sólido, líquido o

.-. V W 44.

u ím ic a

.-. VVV

III. Verdadero Se forma enlace covalente múltiple cuando se comparte 2 o 3 pares de electrones: • Doble: A = B 4e

Q

Con respecto a las propiedades de los compuestos covalentes, señale como verdadero (V) o falso (F) las proposiciones siguientes: I. Son gases, líquidos o sólidos con bajos puntos de fusión. II. Muchos no se disuelven en líquidos polares como el agua. III. Al estado sólido son duros y no frágiles. Resolución: Propiedades de los com puestos covalentes: I. Verdadero Debido a la m enor intensidad respecto a los com puestos iónicos, pueden existir como: • Gases: 0 2, C 0 2 • Liquidos: Br2, CH3OH • Sólidos: Azúcar, l2 Estos sólidos de bajo punto de fusión. II. Verdadero La mayoría son apolares por lo que son insolubles en agua ya que este es un com puesto (disolvente) polar.

gaseoso. IV. Al estado fundido conducen electricidad. V. En solución acuosa son electrolitos débiles o n o -e le ctro lito s. Resolución: C aracterísticas de los com puestos covalente: A) Correcto Por lo general sus sólidos poseen bajos puntos de fusión: Ejemplo: Azúcar B) Correcto G eneralm ente son apolares por eso son so­ lubles en solventes apolares como el hexano (C6H6) C) Correcto Pueden encontrarse como sólidos, líquidos o gases. D) Incorrecto Al no poseer especies con carga eléctrica no conducen la electricidad. E) Correcto Sus soluciones son m oleculares no iónicas y no electrolitos, por eso no conducen la electricidad. 47. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) de las si­ guientes proposiciones: I. La molécula del agua H20 es muy polar. II. Se trata de una m olécula param agnética: NO III. Una molécula diatómica es polar siem pre que su enlace covalente lo sea. Resolución: Respecto a las proposiciones: I. Verdadero La m olécula del H20 por ser irregular es polar, pero además el enlace: H — O (alto AEN) Por lo que su polaridad es extrema. II. Verdadero La m olécula del "NO" posee por estructura: '"n =

ó:

Paramagnético III. Verdadero Toda molécula diatómica es polar si: x - y :x^ y .-. V W

150

48.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

En las siguientes estructuras de com puestos covalentes, indique aquel com puesto que presenta solo enlaces covalentes normales.

SO,

0= S V O (irregular: polar)

:ci: I .. : c i — o — c i: ..

I

:o — 0 = 0

III.

CHjCI

:ci:

H — Br:

^ H/(p H H

Resolución: Estructuras Lewis

Por lo tanto, los 3 com puestos son polares.

o

/

Indique cuántas de las m oléculas son polares: BCI3; CCI4; BeF2: S 0 2; NH3

o

Resolución: Las estructuras de las m oléculas siguientes:

Se observa que II y III poseen solo enlaces norm a­ les, el 0 3 posee enlace dativo.

o \

b c i3

49. Indique la correspondencia correcta entre fórmula y tipo de polaridad en cada caso. I.

S02

: apolar

II. H2S 0 4

: polar

III. H N 0 3

: apolar

Resolución:

BeF2

Es irregular, por lo tanto es polar. II. Correcto El H2S 0 4 posee por estructura:

I O— H O Es irregular, por lo tanto es polar. III. Incorrecto Estructura del H N 0 3 /O H — '° — l \ Q

irregular (polar)

Irregular (Polar) Regular (Apolar)

F — Be — F

Irregular (Polar)

S02 ° - \ >

Luego dos com puestos son polares. 52.

Determine la geom etría molecular de las siguien­ tes moléculas, respectivam ente. H N 0 3, CO, b f 3 Resolución: Desarrollam os las estructuras de los compuestos siguientes: ,0 HNO,

H—O— N

CO

:c = o :

V (sp; °Trigonal Planar

Por lo tanto, es correcto solo II. 50. Determine la polaridad m olecular de los siguientes compuestos: H20 , S 0 2, CH3CI

Regular (Apolar)

C K ^ C l Cl

nh3

Para los compuestos siguientes: I. Incorrecto: El compuesto: S 0 2 posee por estructura:

H— O

Regular (Apolar)

Cl I CCI4

0 1

DO— O

I

tm t

X

HBr

/ 0—0=0

o

\

Ccl4

51.

/ O

03

II o:

O

(irregular: porlar)

sp (lineal)

Resolución: Polaridad molecular: H ,0

h —o; H (irregular: polar)

BF,

' B

r\

, sp2 Trigonal Planar

Q

®

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PRO BLEM A 1 (U N I 2 0 1 1 - I I) _C já le s de las siguientes proposiciones son correctas? El enlace Al — Cl es apolar El enlace H — Cl es más polar que el enlace K — Cl El enlace K — Cl tiene m ayor carácter iónico que el enlace Al — Cl Datos, Z: H = 1, Al = 13, Cl = 17, K = 19 Ai Solo I

B) Solo II

C) Solo III

D) I y II

■

u ím ic a

151

®

satisfactoriam ente. Muchas de ellas son considerando que el "S" expande su capa de valencia form ando enla­ ces pi que se deslocalizan (Resonancia)

E) II y III

E structu ra m ás p robable

R e so lu ció n :

M ás a ce p ta b le p o r c a rg a s

G E O M E T R ÍA T E T R A É D R IC A

De las proposiciones: Falso (F) Al EN = 1,5 Cl EN = 3.0 AEN = 3 - 1,5 = 1,5 Enlace covalente polar El enlace es covalente polar cuando: 0 < AEN < 1,7 II.

III.

Falso (F) El concepto de polaridad está asociado a com ­ puestos en los que se comparten electrones de manera desigual. El enlace H — Cl es covalente polar. El enlace entre el K y el Cl es iónico (transfe­ rencia de electrones) Verdadero (V) El carácter Iónico de un enlace está asociado con la diferencia de electronegatividad entre los áto­ mos que forman el enlace. A mayor diferencia será el carácter iónico. • K EN = 0,8 Cl EN = 3,0 AEN = 3 - 0,8 = 2,2 • Al EN = 1,5 Cl EN = 3,0 AEN = 3 - 1,5 = 1,5

El enlace K — Cl tiene mayor carácter iónico que el enlace Al — Cl. Clave: C

Por lo tanto: I. (V); II. (V):

III. (V) C lave: E

PRO BLEM A 3 (U N I 2 0 1 2 - 1) Si en la m olécula de H3P 0 4 los átomos de hidrógeno están unidos a los átomos de oxígeno, determ ine el número de enlaces tipo sigm a (a) que presenta la mo­ lécula. Números atómicos: H = 1 ; 0 = 8 ;P = 15 Electronegatividades: H = 1,2; O = 3,5; P = 2,1 C) 6

B) 7

A) 8 D) 5

E) 4

R e so lu c ió n : Para el ácido fosfórico: H3P 0 4 Calculando el número de pares de electrones com par­ tidos (P): H3PQ4

O = 3(2) + 1(8) + 4(8) = 46 . V = 3(1) + 1(5) + 4(6) = 32

=* P = 7 la lectura de Lewis es: :o : i .. H -O . . - P, - O.. - H ..

PR O BLEM A 2 (U N I 2 0 1 2 - I) El ion sulfato, SO 2 , es una especie muy estable. ¿Qué puede afirm arse correctam ente acerca de esta especie quím ica? Núm eros atómicos: O = 8: S = 16 I.

Es estable debido al gran número de form as reso­ nantes que posee.

II.

Tiene geometría tetraédrica.

III.

El azufre ha expandido su capa de valencia.

A) Solo I D) II y III

B)Solo II E)I, II y III

C) Solo III

:0 : Por lo tanto, el número de enlaces sigma es igual a 7. C lave: B PRO BLEM A 4 (U N I 2 0 1 2 - I I) Dadas las siguientes proposiciones referidas a la m olé­ cula de eteno, C2H4: I.

Los átomos de carbono e hidrógeno se encuentran en el mismo plano.

Resolución:

II.

Los átomos de carbono tiene hibridación sp.

Respecto al ion sulfato: (S 0 4)2 Se caracteriza por ser muy estabie y por presentar di­ versas estructuras de Lewis que lo pueden representar

III.

Los átomos de carbono están unidos por un enlace sigma (a) y un enlace pi ( t i ). Números atómicos (Z): C = 6; H = 1

152

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Son correctas: A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I y III

C) Solo III

En la estructura quedan "3 pares no enlazantes" (3 pares no compartidos) Clave: D

Resolución:

PROBLEMA 6 (UNI 2 0 1 3 - 1)

M olécula de Eteno:

Con respecto a los enlaces químicos, indique la alterna­ tiva correcta, después de determ inar si las proposicio­ nes son verdaderas (V) o falsas (F): I. Las sustancias que presentan enlaces iónicos, en condiciones naturales, siem pre se encuentran en estado sólido. II. La compartición de pares de electrones de valen­ cia, entre átom os que form an enlace, caracteriza al enlace covalente. III. En el enlace metálico la atracción se produce entre los núcleos cargados negativam ente y los electro­ nes deslocallzados.

Hibridación sp2

H \

//H C=C H ' XH

I. II. III.

Los átomos son coplanares. La hibridación del carbono es sp2. Para el carbono: doble enlace (1 sigma, 1 p¡) V, F, V Clave: E

PROBLEMA 5 (UNI 2 01 2 - II) Señale la alternativa correcta que indique el número de pares de electrones no com partidos alrededor del áto­ mo central en la molécula de XeF2. Num ero atómico: Xe = 54; F = 9 A) O D )3

B) 1 E )4

A) W V D) VVF

I.

II.

Diagrama Lewis: XeF2 :f: III •c ^ X e

:

f:

:

C) VFF

Resolución:

C )2

Resolución:

B) VFV E) F W

Verdadero (V) Por el tipo de Interacción electrostática y ordena­ m iento cristalino, los com puestos iónicos en condi­ ciones naturales se m anifiestan como sólidos. Verdadero (V) El enlace covalente se produce por compartición de electrones de valencia debido al traslape de or­ bitales atómicos. Falso (F) El enlace metálico se produce m ediante atracción de los cationes m etálicos hacia los electrones des­ locallzados. Clave: D

Q

PROBLEMAS 1.

2.

Son gases, líquidos o sólidos con bajos puntos de fusión. II. M uchos no se disuelven en líquidos polares como el agua. III. En estado sólido son duros y uno frágiles.

Si

Al

Mg

Be

Fe

Cl

O

EN

1.8

1,5

1,3

1,5

1,7

3.0

3,5

B) E)

Solo II II y III

B) Solo I E) I y III

B) Solo II E) II y III

03

IV.

C) Solo I

moléculas

B) 8 E) 7

B) E )5

2

C )3

Con respecto alenlace iónico, indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. El enlace iónico es la unión química form ada por la atracción electrostática entre iones de carga opuesta. II. Entre los átomos que participan en el enlace iónico, existe una alta diferencia de electrone­ gatividades, generalm ente mayor o igual a 1,9. III. Se trata de compuestos iónicos: NaBr, MgO. CaCI2. A )V V V D) FVV

6 ;N = 7 ; 0 = 8 C) Solo III

9.

B )V V F E) VFF

C) VFV

Respecto al enlace químico, ¿cuántas proposicio­ nes son incorrectas? I. Se libera energía a los alrededores. II. Los átomos ya enlazados son más estables.

H30 '

v. i2o 7 VI. c h , c h 2c h 3 Determ inar el número de enlaces covalentes coor­ dinados en total. A) 4 D) 11

C) VFV

De las siguientes proposiciones: I. El Hl posee mayor carácter iónico que el HCI. II. El enlace formado cuando un solo átomo aporta el par de electrones compartido, se conoce como un enlace dativo, pero no es enlace simple. III. El enlace metálico explica la conductividad eléctrica y el brillo metálico. IV. En el enlace electrovalente, la atracción es polidireccional. V. En la estructura cristalina del NaCI, cada ion Na1' está rodeado por 6 iones del C l1 . Es (son) correcta(s): A) 1 D) 4

8.

Desarrollar las estructuras m oleculares de los si­ guientes compuestos, según la notación de Lewis: I. H2P 0 4 II. HNO, III.

B) FVV E) VVF

C) Solo I

Indicar cuál(es) de las siguientes presenta(n) enlace(s) pi (n).

A) Solo I D) I y II

6.

7.

Indicar cuál(es) de las siguientes moléculas presenta(n) enlace(s) m olecular(es) pi (n). I.C O C I, II. C H, III. O,

I. c h 3o h II. HCN III. HCHO Núm eros atómicos: H = 1 ;C =

5.

A) VVV D) FFV

Elemento

A) I, II y I D) I y II 4.

C) C - O

Indicar qué proposición(es) es (son) incorrecta(s): I. G eneralm ente cuando existe enlace covalente habrá compartición de uno o más pares de electrones. II. La diferencia de electronegatividades y el ca­ rácter no metálico de las especies que se en­ lazan, son criterios que ayudan a establecer un enlace covalente: estos no siem pre son deter­ minantes. II. Los compuestos: S ¡0 2, A l20 3, MgO, BeCI2 y FeCI3 presentan todos sus enlaces covalentes.

A) Solo I D) I y II 3.

B) S - F E) C - N

153

I.

C = 2,5; S = 2.5: N = 3.0: 0 = 3,5 y F = 4.0 N-O O - F

■

PROPUESTOS

¿Cuál de las siguientes alternativas presenta la m ayor polaridad de enlace? Electronegatlvidades:

A) D)

u ím ic a

C) 10

Con respecto a las propiedades de los compuestos covalentes, indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

III. Las propiedades del átomo son las m ismas que las del átomo antes del enlace. IV. Com únm ente se verifica mediante los electro­ nes de valencia. V. Los átomos se enlazan para conseguir estados de m ayor energía. A) 5 D)

B) 4 2 E) 1

C) 3

10. ¿Cuál será la configuración de Lewis del elemento que posee dos Isótopos, sabiendo que la suma de los neutrones de estos es 15 y la suma de las ma­ sas atómicas es 29?

154

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

c)*

A) > B

B )*0 *

D) * C

E) * C *

16. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda I. Los com puestos iónicos están form ados por ca­ tiones y aniones.

f;

II. La notación de Lewis del CaCI2 es: Ca24 ‘ " ' ] 11. Determ inar el número de enlaces dativos en el ión A) 4

B) 2

C) 6

D) 3

E) 5

12. Señalar los enunciados ciertos, respecto a las es­ pecies químicas: C 0 2y N O ¡f I. Am bas satisfacen la regla del octeto. II. Am bas presentan igual número de enlaces sigma (cr) y p¡ ( ti). III. En ambas, cada átomo de oxígeno aporta un par de electrones de enlace. A) I y II D) I, II y III

B) I y III E) Solo II

III. Los com puestos Iónicos, cuando están fundi­ dos, conducen la corriente eléctrica. Dato: Número atómico (Z): Ca = 20; Cl = 17 A) W V

:o : :O :

3. iO ° sOS

4.

: o : :C : : o :

5

SFS B SFS oo

oo

oo

-

6.

A ) Todas C) 1; 2; 3 y 4 E) 5 y 6

18.

oo

IO I

IOI t B) ! 0 — Na — S — Na — OI

N = 7 I = 53

IOI B) 1; 2; 3; 4 y 6 D) 4; 5 y 6 C) 2Na

IOI _ t __ IO -S -O I 1 IOI

D) 2Na

IOI _ II _ IO -S -O I

II. Todos los átom os que llegan a enlazarse, cum ­ plen con la regla del octeto. III. El hidrógeno, al form ar sus compuestos, llega a la configuración de un gas noble (He), por lo tanto, cum ple con la regla del octeto. B) W F

C) VFF

D) FFV

E) FFF

15. Con respecto al enlace químico, indicar cuántas proposiciones son correctas: I.

Se denom ina energía de enlace cuando se libe­ ra energía y es negativa.

II. Energía de disociación es el proceso de absor­ ción de energía y es positiva.

E)

Q

^

í° r Na f

Na 19.

Utilizando el concepto de las cargas form ales ¿cuál es la estructura Lewis correcta para el cloru­ ro de tlonilo, SOCL,? :C l: A ) :C I— S - O :

III. A mayor longitud de enlace, mayor unión química.

:C I: C) . . i •• :CI — O — S :

IV. A menor longitud de enlace, mayor unión química. V. A m ayor energía de enlace, mayor será la esta­ bilidad del com puesto formado.

E)

A) 1

B) 2

2 xO Í

IOI _ t _ A) N a - O - S - O - N a

El oxígeno, al form ar sus compuestos, cumple con la regla del octeto.

A) W V

B) CaF: Ca2+ 2

Señalar la estructura de Lewis correcta para el sul­ fato de sodio.

14. Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

E) VFV

D )A IF 3: Al,

E )A I20 3: 3AI2-

H

Núm eros atómicos: H = 1 0= 8 C = 6 F = 9 B = 5

iO l

C) K,N: 3K

H SNS H

SFS

D) F W

. l2A) Na20 : 2Na

13. ¿Cuál(es) de las siguientes estructuras de Lewis es (son) correcta(s)? 2.

C) VVF

17. Señalar la notación de Lewis del com puesto iónico que es incorrecta:

C) II y III

1. H :J _ :

B) FVF

C) 3

D) 4

E) 5

:0 :

I S -

:CI

C l:

B)

D)

:C I— S — O — C l:

:S : •• I :CI — Cl — O:

Q

20. ¿Cuál de las siguientes estructuras de Lewis es n correcta? ic i- p - g i

_

A) H - O - C I - O I

B)

C)

iF — Be — FI

D) ICl —G e — Cl I

E)

H I H — C — C = N:

(Cl i

H

B) 4 y 6 E) 6 y 5

C )6 y 6

22. Señalar el grupo de la tabla periódica al cual per­ tenece el átomo M, sabiendo que en el com puesto MF3, el átomo M tiene orbitales híbridos sp3? A) VA D) IVA

B) 111A E) VIIA

C )V IA

23. Indicar el tipo de orbitales híbridos del átomo cen­ tral en los siguientes iones: I. A)

P F6

II. N F 4-

sp2, sp, sp

III. c o j B) sp d2, sp', sp

C) sp3d2, sp3, sp2

D) sp3d. sp2, sp3

E) sp3, sp3d‘ , sp2 24. Respecto al enlace metálico, señalar verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I.

Constituyen casos extrem os de enlaces deslo­ calizados.

II. Los electrones de valencia de los metales se pue­ den mover sobre toda la red cristalina del metal. III. Los m etales y sus aleaciones conducen el calor por vibración de los cationes y aniones. IV. La teoría de bandas explica con m ayor claridad la propiedad de los metales que el m odelo del m ar de electrones. A) F V W D )V F F F

B) FVFV E )V V F V

C) VFFV

25. Respecto al enlace covalente, señalar verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I.

■

155

II. En un orbital molecular, los electrones conteni­ dos tienen spines antiparalelos. III. La mayoría de los com puestos conocidos pre­ sentan enlace covalente. IV. Puede m anifestarse en un com puesto iónico. A )V V V F D) FVFV

B )V V V V E) FFFV

C )F F V V

26. Respecto a los enlaces interm oleculares, marcar la proposición incorrecta.

21. La nicotina es un alcaloide que está presente en el tabaco; en la agricultura se utiliza como veneno para los insectos; a partir de la siguiente estructu­ ra. determ inar el número de átomos con hibrida­ ción sp3 y sp2 respectivamente.

A) 5 y 4 D) 5 y 5

u ím ic a

Se produce principalm ente entre los átomos que se reducen.

A) Permiten la unión de las sustancias covalentes. B) Están íntimam ente relacionados con la geom e­ tría molecular. C) Su intensidad es m enor que los enlaces cova­ lentes. D) Son responsables de las propiedades físicas y quím icas de las sustancias covalentes. E) Son de naturaleza eléctrica. 27. Sobre las fuerzas de London, m arcar verdadero (V) o falso (F). I. Están presente en las moléculas polares y apolares. II. Su intensidad aumenta al reducir la tem peratu­ ra y al aum entar la presión externa. III. Su intensidad dism inuye al increm entarse la masa molar. IV. Permiten la cohesión de las m oléculas con d¡poles permanentes. A) VVFF D) FFFF

B) FVFF E) W F V

C) F V W

28. Respecto a los com puestos Iónicos, señalar la pro­ posición incorrecta. A) Son duros y frágiles. B) Tienen punto de fusión definido. C) Se consideran conductores de segundo orden. D) La fuerza electrostática depende de la carga y tam año de los iones. E) Todos los iones tienen la configuración de los gases nobles. 29. ¿Cuántas estructuras resonantes poseen en total las siguientes especies químicas? I.

ión nitrato: N 0 3

II. ión carbonato: C 0 3 III. ión acetato: CH,COO A) 4 D )9

B) 6 E )5

C) 8

30. El m etilterbutileter (MTBE) es un com puesto oxi­ genado que se utiliza como aditivo antidetonante de las gasolinas ecológicas. Si su fórm ula condensada es CH3OC (CH3)3, hallar el número de pares enlazantes y electrones no enlazantes. A)

16 y 4

B) 12 y 2

D)

16 y 2

E) 17 y 4

C )1 7 y 2

156

■

C

o l e c c ió n

U

n ic íe n c ia

S

a p ie n s

31. Respecto al eniace químico, com plete adecuada­ mente según corresponda. I. Es una fuerza principalm ente eléctrica que m antiene a ... II. Al enlazarse los átomos, dism inuyen su ... y lo­ gran adquirir m ayor estabilidad. III. Su intensidad varía en form a ... con la energía de enlace. A) átomos, energía cinética, directa.

36. ¿Qué proposición es incorrecta respecto a las pro­ piedades de los com puestos iónicos? A) Presentan puntos de fusión m ayores a 400°C B) Su energía reticular, es proporcional al punto de fusión del solido iónico. C) Poseen alta dureza pero no son tenaces. D) Son sólidos cristalinos y electrolitos. E) El punto de fusión del KCI es mayor que el del NaCI.

B) moléculas, energía potencial, inversa. C) iones, energía total, directa. D) átomos, energia potencial, directa. E) moléculas, energía total, inversa. 32. Indique las proporciones verdaderas. I.

En la form ación de un enlace quím ico siempre participan todos los electrones de valencia.

II

Si un átomo (E) posee 15 protones, entonces, su configuración Lewis será • E •.

III.

Todos los elem entos al enlazarse tienden a com pletar 8 electrones en su última capa, ya sea perdiendo, ganando o com partiendo elec­ trones.

A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I, II y III

C) Solo III

33. Del siguiente grupo de compuestos, indique cuán­ tos son iónicos y determ ine el número total de elec­ trones transferidos, respectivam ente. I. M gF2 II. H3PO3 III.BeC I, IV.Ca3(P 0 4)2 A) 2; 4 D) 3: 10

B) 3; 6 E) 2: 9

C) 2; 8

B)Solo II E)I, II y III

A) VFV D) FVV

B) VVV E) FVF

C) Solo III

35. Respecto al com puesto form ado por los elementos Ca (Z = 20) y N (Z = 7), indique las proposiciones incorrectas. r .1 I. Su estructura Lewis es [C a l2 : n : .

C) W F

38. Con respecto a las m oléculas HCNO y COCI2, indi­ que las proposiciones correctas. I. El HCNO tiene un enlace múltiple y dos enlaces simples. II. El COCI2 tiene cuatro enlaces normales. III. En total poseen 11 pares de electrones no enla­ zantes. A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I, II y III

C) Solo III

39. El ácido p -a m in o b e n zo ico es utilizado como filtro de radiación solar y presenta la siguiente estructu­ ra molecular. HN

34. Señale la alternativa que contenga la proposición verdadera respecto al enlace iónico. I. En la estructura de NH4CI hay enlace electrovalente. II. En el HF, la diferencia de electronegatividad es mayor que 1,7 por lo tanto, es un com puesto iónico. III. Antes de form arse el enlace hay fenóm enos de reducción y oxidación de sus átomos neutros. A) Solo I D) I y III

37. Indique la veracidad (V) o falsedad (F) respecto al enlace covalente. I. El enlace es unidireccional. II. Solo se da entre átomos que tienen alto valor de electronegatividad. III. Generalm ente es de m enor intensidad que el enlace iónico.

( /

V)

COOH

Indique el número de enlaces sigma y pi que pre­ senta, respectivam ente. A) 7 y 4 D ) 16 y 4

B) 10 y 4 E ) 17 y 4

C )1 4 y 5

40. Señale cuales de las especies m ostradas no pre­ sentan enlaces dativos. I. N20 3 II. N H / III.HCIO A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I y III

C) Solo III

41. Dados los siguientes enlaces y la electronegativi­ dad (EN) de los elem entos implicados: I. H — Cl II. N — F III.N — O

II. En el compuesto, el Ca cum ple la regla del oc­ teto. III. La fórm ula del com puesto form ado es Ca3N2.

E.N. (H = 2,1; Cl = 3,0; N = 3,0; F = 4,0; O = 3,5) Indique las proposiciones correctas. I. El enlace más polar es II. II. El carácter iónico de III es mayor que el de I. III. El carácter covalente de II es menor que la de III.

A) D)

A) D)

Solo I I y II

B)Solo II E)I y III

C) Solo III

solo I I y II

B) solo II E) I y III

C) solo III

_

42. Establezca la veracidad (V) o falsedad (F) en las siguientes proposiciones. I. El ion carbonato (C 0 32 ) posee tres estructuras resonantes. II. El anhídrido sulfuroso (S 0 2) tiene dos híbridos de resonancia. III. En la estructura real del ozono (O,), todos sus enlaces son equivalente. A) VFV D) FFV

B )V W E) FFF

C) VFF

43. Señale la proposición correcta con respecto a los com puestos iónicos. I Todos son sólidos a tem peratura ambiental. II. En solución acuosa son considerados electroli­ tos. III. El KBr tiene mayor tem peratura de fusión que el NaBr. A) Solo I D) I y II

B) II y III E) I, II y III

B) 2 E )5

C) 3

45. Respecto a la hibridación, señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda a cada una de las si­ guientes proposiciones. I. Es la combinación energética y espacial de los orbitales puros de un mismo subnivel. II. La hibridación sp3 genera cuatro orbitales híbri­ dos del mismo tipo con diferentes orientaciones espaciales. III. Cuando un átomo form a un enlace pi (;t), parti­ cipan orbitales híbridos sp o sp2 A) VFV D) FFF

B) FVV E )W F

C) FVF

46. Indique el tipo de hibridación que presenta el C. N y P en las siguientes especies químicas, respecti­ vamente. I. C S, II. HNO , III. PO 3" A) sp2, sp3, sp2 C) sp, sp3, s p 3 E) sp. sp2. sp3

B) sp, sp2, sp2 D) sp, sp3, sp

47. Con respecto a la geom etría molecular, identifique la relación incorrecta. A) CH^CI: tetraédrica B) SnCI2: angular

■

15"

48. Señale la alternativa que presente la secuencia co­ rrecta, después de determ inar si las proposiciones son verdaderas (V) o falsas (F). I. En las m oléculas NCI3 y H ,0 . los dos átomos centrales tienen hibridación sp3. II. El C2H2 y C2H4 poseen form a geom étrica planar. III. El ion sulfilo. SO 2 . presenta 4 orbitales híbri­ dos sp3. A) VFF

B) VVF

C) FFF

D) VFV

E) FFV

49. Dadas las siguientes proposiciones señale las in­ correctas. I. El NCI3 es más polar que el NBr,. II. Una molécula es apolar si todos sus enlaces son apolares. III. El momento dipolar resultante del CH2CI; es cero. A) solo I D) II y III

B)solo II E)I, II y III

C) solo III

50. Que proposiciones son incorrectas. I. El disulfuro de carbono (CS,) se disuelve mejor que tetracloruro de carbono (CCI4) que en H ,0 . II. La alta polaridad de agua se debe, principal­ mente, a su geom etría angular. III. Si una m olécula tiene enlaces simples, con áto­ mo central sin par solitario, necesariam ente es apolar. A) Solo I D) II y III

B)Solo II E)I, II y III

C) Solo III

51. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I. Un orbital híbrido sp2 se genera por la com bina­ ción de un orbital "p" y 2 orbitales "s" puros. II. Los orbitales híbridos sp2 y sp3 son idénticos en forma y energía. III. En el BeCI2. el berilio posee hibridación tipo sp. A) V W

B) FVV

C) FVF

D) FFV

E) FFF

52. ¿En cuáles de las siguientes especies químicas el átomo central presenta hibridación sp2? I. N 0 3 II. C 0 2 III. S O 2" A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) I, II y III

C) Solo III

53. En las estructuras de las m oléculas de N2, H N 0 3 y HCNO, los átom os de nitrógeno se hibridizan, res­ pectivamente, en A)

sp. sp3 y sp.

B) sp2, s p 3y sp.

C) sp, sp2 y sp 3

D) sp, sp3 y sp.

E) sp, sp2 y sp2. 54. ¿Cuáles de las siguientes m oléculas presentan geom etría angular?

C) H30 ‘ : piramidal

I.

D) AICL: trigonal

A) I y II D) I, II y III

E) N20 : angular

u ím ic a

C ) l y III

44. Señale cuántos compuestos presentan solo enlaces iónicos en su estructura. I. BeCI, II. K2S 0 4 III. Na20 IV. KBr V. NH4CI A) 1 D )4

Q

H20

II. S 0 2

III .0 3

B) II y III E) solo II

C) I y III

158

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

55. ¿Cuál de los siguientes iones no posee una forma geométrica planar? A) B eC I¡

B)BC>3~

D)

E)PO2-

CO2-

C) S í0 2 3

56. Indique verdadero (V) o falso (F) según correspon­ da las siguientes proposiciones. I. El m om ento dlpolar (p) es una m edida de la po­ laridad de una molécula. II. Cuando una molécula tiene varios enlaces, la determ inación de su polaridad está relacionada directam ente con su geometría. III. Los com puestos covalente solo se disuelven en líquidos apolares. A) VVV D) W F

B) VFV E) FFV

C) FVF

57. Determíne la geom etría m olecular de las siguien­ tes especies. I. H.O II. CO ' II!. S O | A) angular; piramidal; angular B) trigonal; trigonal; trigonal C) triangular; piramidal; angular D) piramidal; triangular; piramidal E) piramidal; trigonal; trigonal 58. Respecto de la molécula del tricloruro de nitrógeno (NCI3), señale la proposición incorrecta. A) B) C) D) E)

El nitrógeno presenta híbrido sp3. Su ángulo de enlace es menor de 109,5° Su geom etría m olecular es piramidal. Es una m olécula apolar. Es una m olécula asimétrica.

59. Indique la m olécula que posee un m om ento dipolar resultante mayor de cero. A) CHC Ij D) SiH4

B)BCI, E)C 0 2

C) BeF2

60. Indique verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones. I. El ozono ( 0 3) es una molécula polar con enla­ ces no polares. II. Toda molécula geom étricam ente simétrica es no polar. III. El l2 solido se disuelve m ejor en CCI4 que en agua (H20 ). A) D)

VVV FVF

B)VVF E)FFF

C) VFV

61. Indique las proposiciones correctas. I. El NH3 es más polar que el NF3 II. En una molécula polar su átomo central posee pares de electrones libres. III. Una molécula es no polar si su átomo central está rodeado de átomos iguales y este no pre­ senta electrones libres.

A) Solo I D) II y III

B) Solo II E) I, II y III

C)Solo III

62. De los siguientes enlaces S — O, H — F, N — C, H — Cl, C = C, ¿Cuál posee mayor m om ento dipolar? Datos de electronegatividad. S = 2,5; O - 3,5; N = 3,0; C = 2,5; F = 4,0; Cl = 3,0 A) S — O D )H — Cl

B )H — F E) C = C

C )N — C

63. Señale la propiedad que no está relacionada con el enlace metálico. A) B) C) D) E)

Conductividad térm ica y eléctrica Ductilidad Maleabilidad Efecto fotoeléctrico Reducción

64. Señale las proposiciones correctas respecto al en­ lace metálico. I. Los metales tienen alta conductividad eléctrica ya que poseen electrones libre. II. Se presenta en el latón, bronce hierro dulce, etc III. En la estructura de los sólidos metálicos existen cationes y aniones. IV. La intensidad del enlace metálico aumenta al aum entar el radio atómico. A) I, II y IV D) I y II

B) II, III y IV E) Solo II

C) Todos

65. Respecto al enlace m etálico, señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I. Constituyen caso extrem os de enlaces deslo­ calizados. II. Los electrones de valencia de los metales se pueden mover sobre toda la red cristalina del metal. III. Los metales y sus aleaciones conducen el calor por vibración de los cationes y aniones. IV. La teoría de bandas explica con mayor claridad la propiedad de los metales que el m odelo del mar de electrones. A )F V V V D) VFFF

B) FVFV E) W F V

C )V F F V

66. Respecto al enlace covalente, señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I. Se produce principalm ente entre los átomos que se reducen. II. En un orbital molecular, los electrones conteni­ dos tiene spines antiparalelos. III. La mayoría de los com puestos conocidos pre­ sentan enlace covalente. IV. Puede m anifestarse en un com puesto iónico. A) D)

VVVF FVFV

B) W V V E) FFFV

C) F F W

Q

r

A partir de la siguiente curva de enlace para la m o­ lécula de H2, señale las proposiciones correctas.

u ím ic a

■

159

C) II, se enlaza con el agua m ediante E.P.H. D) Según punto de ebullición, II < III < I. E) I y III se unen solamente por E.P.H. 72. ¿Qué m olécula se une solo m ediante fuerzas de London? A) CH2CI2 D) SICI4

Distancia ¡nternuclear (pm)

I.

En A los átomos de hidrógeno tienen una alta inestabilidad. II. En B se form a la m olécula de H2. III. La energía de enlace es 436 kJ/mol. IV. En C la atracción entre los átomos es máximo.

A) I, II y III D) II. III y IV

B) II y III E) II y IV

C) I y IV

68. Respecto a los enlaces ¡ntermoleculares, marque la proposición incorrecta. A) Permiten la unión de las sustancias covalente. B) Están íntimam ente relacionados con la geom e­ tría molecular. C) Su intensidad es menor que los enlaces covalente. D) Son responsables de las propiedades físicas y químicas de las sustancias covalente. E) Son de naturaleza eléctrica. 69. Sobre las fuerzas de London, marque verdadero (V) o falso (F). I. Están presente en las m oléculas polares y apolares. II. Su intensidad aumenta al reducir la tem peratu­ ra y al aum entar la presión externa. III. Su intensidad dism inuye al increm entarse la masa molar. IV. Permiten la cohesión de las m oléculas con d i­ polos permanentes. A) VVFF D) FFFF

B) FVFF E) VVFV

C) F V W

70. ¿Qué propiedad de las sustancias covalentes no está relacionada con los enlaces ¡ntermoleculares? A) Viscosidad C) Toxicidad E) Presión de vapor

B) Punto de ebullición D) Licuefacción

71. Se tiene los siguientes compuestos: I. CH 3CH2CH2OH II. C H 3 C O C H 3 III. CH 3CH2OH ¿Qué proposición es incorrecta? A) III es la molécula de m ayor polaridad. B) I presenta m ayor fuerza de London que III.

B) H2S E) GeF2

C) CH 3CH2Br

73. Señale la(s) m olécula(s) que form a líquido asocia­ do con el agua. I. C H ,C H C H 3 I OH II. CS2 III. CH3CH 3 IV. C2H2F2 V. h c o n h 2 A) II, III y IV D) I, IV, V

B) I y V E) I, III y V

C) IV y V

74. Respecto a las siguientes proposiciones I. Los enlaces slgma son sim étricos respecto al eje ¡nternuclear. II. El enlace pi es m enos reactivo que el enlace slgma. III. Los enlaces form ados por traslape lateral de orbitales p se denom inan pi (n). IV. El enlace pi es asim étrico respecto al eje inter­ nuclear. Son correctas. A) I y III D) I. III, y IV

B) Todas E) I y IV

C) II y IV

75. Estime la energía liberada cuando se produce 2 mol de hidracina, N2H4, a partir de la reacción. 2H2(gi + N2(g) — Dato: Enlace N - N H - H N - H N= N A) 860 KJ D) - 1 2 0 KJ

N2H4lg)

Energía de Enlace 167 KJ/mol 432 KJ/mol 386 KJ/mol 942 KJ/mol B) 95 KJ E) -1 9 0 K J

C)

76. Señale la alternativa que m uestre el enlace en el que la especie atómica tenga carga parcial de ma­ yor magnitud. A) N — O D) H — O

B) O — S E) B — C

C )0 — C

77. La acroleína es un com puesto que se utiliza como materia prima para fabricar ciertos plásticos. Se­ ñale el número de enlaces polares y apolares si su estructura es CH2 = CH - CHO

160

■

C

o l e c c ió n

A) 4 y 3 D) 2 y 5

U

S

n ic ie n c ia

B) 5 y 2 E) 3 y 3

a p ie n s

C) 3 y 4

M Fj. el átomo M tiene orbitales híbridos sp3? A)

78. Indique la sustancia cuya molécula es atraída con mayor intensidad por un campo eléctrico externo. A) HBr (u = 0.79D) C) NH3((j = 1.47D) E) BrCI (p = 0,52D)

82.

B) CH;,CI (p = 1,92D) D) H20 (p = 1.85D)

B) IIIA

C )V IA

83.

D) IVA

E) VIIA

Indique el tipo de orbitales híbridos del átomo cen­ tral en los siguientes iones: II. NH.; II. CO. I. PFfi A) sp2, sp, sp C) sp?d2, s p ’ , sp E) sp3, sp’ d 2,sp2

79. Respecto a la hibridación, señale la veracidad (V) o falsedad (F). I. Los orbitales híbridos de un mismo átomo al com binarse tiene la misma función de onda. II. La hibridación explica el hecho que el Berilio. Boro y Carbono sean divalente, trivalente y te­ travalente respectivam ente al combinarse. III. El número de orbitales híbridos form ados es igual al número de orbitales atóm icos puros que se combinan. IV. Un orbital s p ’ tiene mayor energía que un orbi­ tal s.

VA

B) D)

sp3d2. sp3, sp sp ’d, sp2, sp3

A partir de las siguientes estructuras de Lewis para el 1 ,2 -d iclo ro e ta n o :C I:\

/ 9!:

H\

/? !:

• • / C = C\

/ c = c \ Hx 'H

:c r

h

Señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda. I.

1 y 2 representan a la misma molécula.

II. 1 y 2 tienen la misma geom etría molecular. III. 2 es más estable que 1. IV. 1 es más polar que 2

A) VFVF D) FVFV

B) FFVV E) V W F

C )V F F V A )F F F V D )F F V V

80. La nicotina es un alcaloide que está presente en el tabaco: en la agricultura se utiliza como veneno para los insectos; a partir de la siguiente estructu­ ra, determ ine el número de átomos con hibridación sp3 y sp2 respectivam ente.

X

81.

4. 5. 6. 7. 8.

E C E C A 9. E 10. E 11. B

Cl ,CI

Cl

Orto

(3)

Respecto a ellos señale verdadero (V) o falso (F).

B) 4 y 6 E) 6 y 5

12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20.

Cl

Cl

Meta (2 )

C) 6 y 6

I.

D A C D E E C E D

21. C 22. A

Todos tiene mom ento dipolar cero.

II. 1 y 2 son polares.

Señale el grupo de la tabla periódica al cual perte­ nece el átomo M, sabiendo que en el com puesto

1. B 2. C 3. A

C )V F F V

El diclorobenceno, (C6H4CI2) existe en 3 form as distintas, denom inados isóm eros orto, meta y para.

CH, N

A) 5 y 4 D )5 y 5

84.

B )F V V V E )V F V V

23. 24. 25. 26. 27. 28.

C E B

D A E 29 C 30. E 31. D 32. B 33. C

III. 1 es el más soluble en benceno. A) FFV

34. D 35. A

45. C 46. E

36. E A

47. E 48. D

E E E

49. E 50. C 51. D

E A 43. D 44. B

52. A 53. D 54. D

37. 38. 39. 40. 41. 42.

55. E

B) FVF

56. D 57. D 58 D 59. 60. 61. 62 63.

A A E B E

C) VFV

67. A 68. D 69. A 70. C 71. E 72. D 73. B 74. A

64. D

75. C

65. E 66. B

76. E 77. B

D) VFF

78. B 79. E 80. C 81. A 82. C 83. D 84. D

E) FVV

Nomenclatura inorgánica

E d w a rd

F r a n k la n d

o D

a o o

(C a tte ra ll,

18 de enero de 1825-Gola Gudbrandsdal, 9 de agosto de 1899) fue un químico inglés. Después de a sistir al Lancaster Royal Grammar School, pasó seis años como un aprendiz de farmacéu­ tico en ese pueblo. En 1845 se fue a Londres y entró en el labo­ ratorio de Lyon Playfair, donde posteriormente trabajó bajo las órdenes de Robert Bunsen en Marburgo. En 1847 fue nombrado profesor de Ciencias en la escue­ la de Queenwood, en Hampshire, donde conoció a John Tyndall, y en 1851 fue prim er profesor de Química en el Owens Coliege. de Mánchester. Volvió a Londres seis años más tarde y se convirtió en profesor en el St Bartholomew's Hospital, y en 1863, en la Royal Institution. Desde una edad temprana se dedicó a investigaciones originales con gran éxito. Tenía solo 25 años de edad cuando en una investigación obtuvo el interesante descubrimiento de los compuestos organometálicos. Las deducciones teóricas que sacó de la consideración de estos cuerpos eran incluso más interesantes e importantes que los cuerpos en sí, percibiendo una isonomía molecular entre ellos y los compuestos inorgánicos de los metales de los que se podían haber formado. En 1852 enunció la teoría de la valencia química.

F u e n te : W ik ip e d ia

162

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

E je m p lo :

<4 DEFINICIÓN

0 H2,

Es parte de la quím ica que se encarga de nombrar y form ular las especies químicas, estudiándose por fun­ ciones químicas.

0 0 2,

0 Fe,

0 Ca,

0 Na,

S8 ...

Para compuestos:

<4 FUNCIÓN QUÍMICA

2.

Para el hidrógeno: EO(H) = 1+ (generalmente) EO(H) = 1 - (hldruros m etálicos)

3.

EO(O) = 2 - (generalm ente) EO(O) = 1 - (peróxidos) EO(O) = 2 + (solo en F20 )

enlazantes que puede tener un átomo, lo que es lo mis­

4.

Los elementos: IA: 1 + ; IIA:

mo decir como la cantidad de electrones que puede ce­

5.

La suma algebraica de los números de en un com puesto es Igual a cero.

Es un conjunto de com puestos que tienen propiedades análogas, en virtud a que se generan por un mismo gru­ po funcional; ejemplos: óxidos, ácidos, hidróxidos, etc.

<4 VALENCIA Es un número que nos indica el número de electrones

der, ganar o com partir un átomo.

2+ oxidación

E je m p lo s : 1.

ZEO (com puesto) = 0

La molécula: H20 En H solo tiene 1 e~ para compartir. Su valencia es 1 e- (monovalente).

u P i'Q 'í C u

La lE O (ra d ic a l) = carga iónica del radical.

E je m p lo s :

V El átomo O tiene 2 e s compartidos con el H, forma dos enlaces; su valencia es 2 (divalente).

2.

6.

1.

Resolución: Sea: x = EO(Cr)

Molécula: PH3 H H P b

H

§

Hallar el EO(Cr) en CrO s.

C r0 3

P tiene 3 electrones compartidos.

=> 1x + 3(2—) = 0 => x = 6 +

.-. EO(Cr) = 6 +

Valencia = 3 (trivalente).

H 2.

Hallar el EO(N) en: H N 0 3

<4 ESTADO DE OXIDACIÓN (EO)

Resolución:

H20 2 (peróxido de hidrógeno):

Sea: x = NO(N) H N 0 3~ => 1 (1 + ) + 1(x) + 3 ( 2 - ) = 0 =* x = 5 +

/ O

O s^ H

H

Valencia (O) = 1 —

x = NO(N) = 5+ 3.

CH4 (metano) H I H— C— H

Hallar EO(P) en: Ca3(P 0 4)2 Resolución: Sea: x = NO(P) Ca3(pX0 4)2 => 3 (2 + ) + [1(x) + 4 (- 2 ) ]2 = 0

Valencia (C) = 4

«

H También denom inado número de oxidación (NO), Es la

4.

carga real o aparente que tiene un átomo el com binar­

x = 5+

.-. x = NO(P) = 5 +

Hallar EO(S) en: S 0 4~ Resolución:

se, el cual se denota con un valor entero con signo.

Sea: x = NO(S)

E je m p lo s : (S O ,)2

1.

5+ p ?r H = = t Cl:

Cl: EO(CI) = 1“

2-

tJ Ü *0 ^ s +

EO(O) = 2 EO(H) = 1 +

1(x) + 4 ( 2 - ) = 2 - =» x = 6 +

.-. x = NO(S) = 6 + 5.

Hallar EO(N) en N3H Resolución: Sea: x = EO(N)

Reglas para hallar el estado oxidación 1.

Todo elemento, en su estado libre o m olecular sin combinarse, su EO = 0.

N3H => 3(x) + 1 (1 + ) = 0 =» x = | EO(N) = 1 -

Q

i

-a lia r EO(Fe) en Fe30 4

u ím ic a

■

163

Fe30 4 =* 3(x) + 4 ( 2 - ) = 0 ^ x = |

Resolución: NO(Fe) = | -

x: EO(Fe)

<4 FUNCIONES INORGANICAS

VI y Vil A ácidos hidrácidos

Cuadro de EO de los elem entos que se com binan

ln3"H 1

=»

lnH3

Hidruro de indio

con el hidrógeno

Pb4+H 1~

=»

PbH4

Hidruro de plomo

Elem entos metálicos EO(H) 1-

EO

Li, Na, K, Cs, Au, Ag, Cu

1+

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd, Hg

2+

Al, Ga, Bi

3+

Elem entos no metálicos

1+

No m etálicos E: No metal en (a) => EO(H) = 1 + a. Hidruros especiales Elem ento

IIIA

VIA

VIIA

NO

3-

4-

3-

EO

B

EO(H)

B.

3-

Si

4-

C

4-

N, P, As, Sb

3-

O, S, Se, Te

2-

F. Cl, Br, I

1-

Función hidruro

BH3(g): NH3(ql:

PH3(9): Fosfina A sH 3(3): Arsina SbH3(g): Estibina

Borano Am oníaco

CH4,„: Metano S¡H3lg): Silano

b. Anfigenuros y haluros de hidrógeno Elem ento

IVA

VIIA

VIIA

EO

2-

1-

3-

Nom enclatura Elemento

+

Flidrógeno —* Hidruro No metal

É X ¿

EHX

-

Uro de hidrógeno

...(a) H20 (3): Oxiuro de hidrógeno

Clases: A.

H2S(g): Sulfuro de hidrógeno

M etálicos E: Metal en (a) —► NO(H) = 1 -

HC(g): Cloruro de hidrógeno HBr(gl: Bromuro de hidrógeno

Li1+H '-

=>

Hidruro

Nombre del metal

LiH

Hidruro de litio

K+H~

KH

Hidruro de potasio

Ca2TH'~

CaH2

Hidruro de calcio

h 2h -

HgH,

Hidruro de m ercurio

a i 3+h 1~

a ih 3

Hidruro de aluminio

HF(g): Fluoruro de hidrógeno Cuando estos com puestos se encuentran en solución acuosa se denom inan ácidos hidráci­ dos, los que se nombran usando la term inación Ácido no metal - hídrico

164

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

HCI,ac): Acido clorhídrico

b.

Notación stock. Se escribe la palabra “óxido” se­ guida del nombre del elemento, donde entre pa­ réntesis se coloca en números rom anos el valor absoluto del estado de oxidación.

c.

Según el grado de oxidación (GO)

HF.ac): Ácido fluorhídrico H2S(ao): Ácido sulfhídrico H2Se(ac): Ácido selenhídrico H2Te(ac): Ácido telurhídrico HBr(ac): Ácido brom hídrico

GO =

Hl(ac): Ácido yohídrico

n.° de átom os n.° de átomos

O E

EO o NO de elem entos que se combinan con el Se nombra:

oxígeno:

Prefijo Metales

EO(O)

2-

Li - Na- K - Rb - Cs - Ag

1+

Be - Mg - Ca - Ba - Sr - Ra Z n -C d

2+

1/2

1+ ; 2+

Mono

1/1

Fe - Co - Ni

2+; 3+

Di

2/1

Pt - Sn - Pb - Po

2+; 4+

Sesqui

3/2

Au

1+ ; 3+

Óxido salino

4/3

Hg - Cu

A l- G a

3+

Ge

4+ No metales

Clases de óxidos

EO

E je m p lo s :

Si

4+

P

1+; 3+; 5+

1. Alum inio (EO = 3 + )

3+; 5+

As - Sb

2+; 4+; 6+

S

4+; 6+

Se - Te

1 + ;3 + ;5 + ;7 +

Cl - B r - 1

2+; 4+

C

Óxidos básicos o m etálicos (óxido) E = metal ...en (p)

3+

B

2-

GO

Prefijo Proto o sub

A.

EO(O)

óxido (nombre de elemento)

EO

3+

2-

A lX O

—►A l20 3 Óxido de aluminio

Stock: Óxido de aluminio (III) IUPAC: Trióxido de dialuminio GO: Sesquióxido de aluminio Común: Alúm ina 2. Hierro (2 + ; 3 + )

Función óxido .2

-;'-0

Se obtiene:

fi+). w E ,0 .

-

.0 'O

I-e*'"

-» FeO

• Óxido férrico • Óxido de hierro (III) • Hematita

Form ulación general: E>C O

e ,o y

3. K1+ó 2‘ -> K ,0

S: x = par => se sim plifican E: elem ento => + x = EO(E)

4- ©■-.

Nomenclatura: Existen diversas form as de nombrarlos: a.

JL . , • Oxido ferroso • Óxido de hierro (II)

¿+

Ca*'

X

i-

*

o

Nom enclatura clásica Óxido (nombre)

• Óxido de potasio • Óxido de potasio (I) • Óxido de calcio • Óxido de calcio (II) • Cal viva

Óxidos ácidos (anhídridos) Nombre

1 EO

3 EO

4 EO

X

X

Para nombrar: Lo más recom endable es usar les

X

X

X

prefijos y/o nomenclatura stock o IUPAC.

X

X

X

E je m p lo s :

X

1. Boro (3+ )

2 EO

hipo ... oso ... oso ... ico

X

p e r ... ico per...ico

(EO = 7 + )

E = no metal

Q

2.

3.

Carbono (2+; 4 + ) CO:

Monóxido de carbono Óxido de carbono (II)

C 0 2:

Dióxido de carbono Óxido de carbono (IV)

co2ls,

u ím ic a

■

165

Mn (2 + ; 3 + ; 4 + ; 6 + ; 7 + ) MnO: Óxido de manganeso Óxido de m anganeso (II) Mn20 3: Óxido de m anganeso (i) M n 0 2: Dióxido de m anganeso. Mn20 3: Trióxido de m anganeso.

Hielo seco

Mn20 7: Heptóxido de manganeso. Óxido de m anganeso (VII)

3. Nitrógeno (3+ ; 5 + )

Óxidos dobles M30 4 M: metal Se obtiene sumando óxidos de un m etal con EO

N20 3: Trióxido de dinitrógeno Óxido de nitrógeno (III) N20 5: Pentóxido de dinitrógeno Óxido de carbono (IV)

{(+ 2 ; + 3 ) y (+2 ; + 4)} E je m p lo s :

4. Selenio (2+ ; 4 + ; 6 + ) SeO:

1.

M onóxido de selenio Óxido de selenio (II)

Fe (2+ ; 3 + )

©

FeO .................. Óxido ferroso F e ,0 ............... Óxido férrico

S e 0 2: Dióxido de selenio

• Óxido doble de hierro

Óxido de selenio (IV)

• Óxido ferroso - férrico

S e 0 3: Trióxido de selenio Óxido de selenio (VI)

• Óxido salino de hierro • M agnetita 2.

5. Yodo (1 + ; 3 + ; 5 + ; 7 + ) l20 :

Monóxido de diyodo

Plomo: Pb (2+ ; 4 + ) ©

l20 5: Pentóxido de diyodo l20 7: Pentóxido de diyodo

2 P b O ................ Óxido plumboso P b O ,................. Óxido plúmbico • • • •

PBA,

l20 3: Trióxido de diyodo Casos especiales Elem entos que tienen EO para actuar como metal y no metal respecto al oxígeno.

D.

Óxido doble de hierro Óxido plumboso - plúmbico Óxido salino de hierro M agnetita

Peróxidos. Son com puestos binarios, que se ca­ racterizan por tener presente el grupo peróxido ( “ O - O - ) 2' o 0 2. Por lo que las fórm ulas de esos com pues­

Elem ento

EO ( metal)

EO (no metal)

Cromo (Cr)

2+ ; 3+

3+; 6+

tos no se simplifican.

V

2+ ; 3+

4+ ; 5+

Existen 2 átomos de oxígeno con EO = 1 Se obtienen:

Bi

3+

5+

Mn

2 + ; 3+

4 + ; 6 + ; 7+

N

1 +; 2 +

1 + ;3 + ; 5+

óxido + 0 —► peróxido ico Nombre: peróxido de (nom bre de elemento)

E je m p lo s :

E je m p lo s :

1. Cromo: Cr (2+ ; 3 + ; 6 + )

1. CaO + O

Cr20 3: Óxido de crom o (III) Trióxido de dicrom o

2. Na,O + O

V20 3: Óxido vanádico Óxido de vanadio (III) V 0 2: Dióxido de vanadio V20 5: Pentóxido de vanadio

3.

H20 + O

Ca02 peróxido de calcio

—

óxido de sodio

C r 0 3: Trióxido de cromo 2. V (3 + ; 4 + ; 5 + )

—*

óxido de calcio

CrO: Óxido de crom o (II) Óxido crom oso

N a2' 0 2' peróxido de sodio “oxilita”

-*

H20 2

peróxido de hidrógeno (*) Agua oxigenada: desinfectante (presencia 0 2). (H20 2) al 3% en volumen.

166

■

4.

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Hierro: Fe (+2 ; + 3 ): trabaja con la mayor: Fe; 0 3 + O

7.

—► Fe20 4

óxido férrico

peróxido de hierro

P b (2 + ;4 + )

• Hidróxido de plumboso

Pb(OH)2

• Hidróxido de plomo (II)

P b (0 H )4

• Hidróxido plúmbico • Hidróxido de plomo (IV)

Función hidróxido (O H -)

8.

AI(O H)3

9.

Fe(2+; 3 + )

• Hidróxido de aluminio • Milanta

Base o álcali Se obtienen: Óxido básico Metal fuerte (IA - IIA)

+ +

h 2o h 2o

—► Hidróxido —►Hidróxido + H2t

• Hidróxido ferroso

Fe(OH)2

• Hidróxido de hierro (II)

Fe(OH)3

• Hidróxido férrico • Hidróxido de hierro (III)

Poseen uno o más funcionales llam ado radical oxi­ drilo o hidróxilo (OH)

10. NH4 NH4OH

• Hidróxido de amonio

Poseen sabor que recuerdan al jabón. Regresan al color azul el papel tornasol enrojecido por los ácidos. Por tanto, ácido (rojo) y base (azul).

El hidróxido de amonio es en realidad una solución acuosa de amoniaco. Esta solución de amoniaco crea ambos iones, el ión hidróxido y el ión amonio:

Toman de color rojizo la solución de fenolftaleína. •

La diferencia entre el (OH) de una base y el (OH) de un alcohol es la siguiente: El hidrógeno en las bases es insustituible mientras que en el alcohol si se pueden sustituir por m etales

NH3 + H20 —

—

•

etanolato de sodio

En soluciones acuosas (disueltas en agua) se ioni­

5.

za, dejando en libertad el radical (OH) 1 por lo que son buenos conductores del calor y la electricidad. M (O H)(ar| =

M

+ (OH)

r NH4 + OH

Formada por compuestos que se caracterizan:

CH3 — CH2ONa

etanol

NH4OH

Función ácido (H+1)

para la form ación de alcoholatos, es decir, los alco­ holes actúan como ácidos débiles. C~Na CH3 — C H ,a H :

v

Poseen uno o más hidrógenos sustituibles por me­ tales o radicales electropositivos para la form ación de sales. Poseen sabor agrio. Enrojecen el papel de tornasol. Decoloran la solución de fenolftaleína. En soluciones acuosas se ionizan dejando en liber­ tad el ión hidrógeno (H *), por lo que son buenos conductores del calor y la electricidad.

O sea: HX(ac, =

H* + X-

Fórmula general M ' *. M: metal;

.O H

x + : EO(M);

—

M í OH),

Clases: Ácidos hidrácidos. Se realiza el cambio d e : ... uro por hídrico. Los anfigenuros (VIA) y haluros de hidrógeno (VIIA) en solución acuosa.

O H ': radical oxidrilo.

Nombre: Hidróxido (term inación del metal) i | ico E je m p lo s : 1.

1.

H2S(gl: sulfuro de hidrógeno

Na (1 + ) NaOH

• Hidróxido de sodio • Soda cáustica (sosa)

2.

2.

K (1 + ) KOH

• Hidróxido de potasio • Potasa cáustica

4. HBr(acl: ácido brom hídrico

3.

Ca (2+ )

• Hidróxido de calcio

Ca(OH)2

• Cal a p a gada-cal lechada de cal

Mg (2+ ) M g(O H)2

• Hidróxido de m agnesio • Leche de m agnesia

Nombre: ácido

5.

Ba (2 + ) Ba(OH)2

• Hidróxido de bario • Bariodil

E je m p lo s :

6.

Sr (2+ )

• Hidróxido de estroncio

4.

3. HCI(ac): ácido clorhídrico

B.

Ácidos oxácidos u oxiácidos óxido ácido + H ,0

=>

ácido oxácido

Nom bre del E

1. Sr(O H)2

S (2 + ;

4+;

6+)

I hipo-oso

I oso

I ico

Q

SO + H20

h 2s o

6.

2

ácido hiposulfuroso s o 2 + H20

—

a.

N (1 + ; 3 + ; 5 + )

i

H20

HM nO,

Ácidos polihidratados. Son ácidos especiales que combinan los óxidos ácidos con 1, 2 o 3 m oléculas de agua. Los elem entos P, As, Sb, Bi, B y Si, forman dichos ácidos y en elcaso de prefijo orto (3H20 ), este se puede omitir. óxldo + ácido

oso ico N20 3 + H20

167

Ácido permangánico: EO(M n) = 7 + HM n04 ^

H2S 0 4 ácido sulfúrico

i

■

h 2s o 3 ácido sulfuroso

S 0 3 + H20

u ím ic a

—

H2|N 2l0 42 =*

hno2 ácido nitroso

=»

ácido polihidratado EO (impar)

EO (par)

PREFIJO

no3 —► H2i N 2, 0 6. =* h HNOácido nítrico

nH20

META

1 óxido ácido + 1 h 2o

1 óxido ácido + 1 H ,0

PIRO

2 óxido ácido + 1 H20

1 óxido ácido + 2 H20

ORTO

1 óxido ácido + 2 H ,0

1 óxido ácido + 3 H20

Forma práctica: 1+ x + 2 -

H CIO se sim plifican E: no metal =+> x~: EO(E) 3.

Cl (1 + ; 3 + ; 5 + ; 7 + ) I p e r ... ico -ico oso hipo ... oso

1. Si (EO = 4 + ) S ¡0 2: dióxido de silicio S i0 2 + H20 —► H2S i0 3 ácido m etasilícico 2 S ¡0 2 + H20 —► H2Si20 7 ácido pirosilícico S i0 2 + 2H20 —► H4S ¡0 4 ácido ortosilícico

: debe cumplir X E O = 0 ácido hipocloroso

H C IO .-.

E je m p lo s :

2. P (3+ ; 5 + )

H C IO :

I ico

1+ 1+ 2 -

H C IO

— ►

^

H C I0 2:

ácido cloroso

subíndice 2

P20 5: pentóxido de difósforo óxido de fósforo (V)

1+ 5 - 2 -

H C IO —► H C I0 3: ácido d órico

P20 5 + 1H20 —

subíndice 3 1+ 7 - 2 -

subíndice 4

P20 5 + 3H20 —► H6P2Oe — ácido ortofosfóríco

Formular: ácido carbónico C (2+ ; 4 + ) =* EO(per)

i

oso ico

b.

Con EO (2+): No form a ácido. No existe el ácido carbonoso. En y: 1+ 4 + 2 -

HCIO *--------------------------- 1 subíndice 3

5.

Ácido crómico Cr (EO: 6 + ) -«— , 6+2H ,+CrO

par

-subíndice 4

H3P 0 4

El prefijo orto se puede om itir tam bién se le conoce como "ácido fosfórico".

l

-subíndice 2 (por ser par)

H P03

P20 5 + 2H20 _ * H4P20 7 ácido pirofosfórico

H C IO —► H C I0 4 : ácido perclórico x

H2,P2i P63 —

ácido m etafosfórico

Ácidos políácidos n.° óxido ácido + H20 => ácido poliácido n = 2; 3 :4 ; ... Nombrar: ácido prefijo raíz Prefijo

Di

n.° átom os (elem ento)

2

Tri

3

Tetra

4

Penta

5

Exa

6

Hepta

7

Octa

8

168

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

E je m p lo s :

2. H3C I0 5

1. Sb (EO = 5 + ) Sb20 5: áxido antimónico 2Sb20 5 + H20 —

3 0 ".3 S =

ác. ortoperclórico

H2Sb40 „

ácido tetrantim ónico 3Sb20 5 + H20 —► H2Sb60 16 —► HSb30 6

3. H2C4O g ác. tetracarbónico

5 0 ".5 S =

4.

8 0 =.8S= H CI3S8 ác. sulfotrlclórico

ácido triantim ónico

h c i 3o 8

ác. trlclórico

4Sb20 5 + H20 —► H2Sb80 21 ácido octantim ónico

H3C I0 2S3 ác. tritioortoperclórico

H2C40 4S5 ác. pentaliotetracarbónico

d. Peroxiácidos óxido ácido + H20 2 =» peroxiácido

2. 2 C r0 3 + H20 —* H2Cr20 7 ácido dicróm ico

H20 2: peróxido de hidrógeno No se sim plifica nunca. Nombrar: Ácido p e ro x i ...............v............... . Nombre del E

Forma práctica:

E je m p lo s : E: no metal N: n.° átomos (E)

x = EO(E)

1. Ácido peroxiperm angánico Mn20 7 + H20 2 —► H2Mn20 9 i— — óxido permangánlco

3. Ácido tetrabórico: El no metal actúa con su máximo NO H B4 O —

H2B40 7

í

subíndice 2 -----------------subíndice 7

2.

C 0 2 + H20 2 — H2C 0 4 dióxido ácido peroxicarbónico de carbono 6+

4. Ácido pentam angánico: (M n |’ ) 1-

6+

3. T e 0 3 + H20 2 —► H2T e 0 5 óxido terúrlco ácido peroxitelúrico

H 2M n50 16 —► H2Mn50 16 Los peroxiácidos pueden form ar poliácidos y c.

Ácidos tioácidos. Se obtiene al sustituir par­

tioácidos (no se sim plifican).

cialm ente o totalm ente los átomos de O " y por

Recordar que por cada molécula de H20 2 agre­

la misma cantidad de átomos de S “ .

gada, se tiene en el com puesto 2 átom os de

Nombrar: Ácido prefijo - ............. *' ............... Nombre del E Prefijo

n.° átomos O por S

T ío

1

Ditio

2

Tritio

3

Tetratio

4

Sulfo

todos

oxígeno con EO = 1“ . G eneralm ente son com ­ puestos teóricos. 4. Poliácido 3 C r0 3 + H20 2 —► H jC rjO ,, óxido ácido peroxitrlcrómico crómico 5. Polihidratados A s2O s 4- 2H20 2 —► H4As2Og óxido ácido piroperoxinítrico piro arsénico 6. Tioácidos H2B20 5 2° = 2S . H2B20 3S2 ácido peroxibórico ácido ditioperoxinitrico

E je m p lo s : 1+7+ 21. Ácido perclórico: H C I0 4

e. Ácidos halogenados. Son sustituciones de to­ HCICL 1 0

1S2 HCIO jS

ác. tioperclórico

20

2S H C I0 2S2 ác. ditioperclórico

30

3S HCIOS3

ác. tritioperclórico

40

-4S HCIS4

ác. sulfo-perclórico

(todos)

dos los átomos de oxígeno por el doble número de átomos de un m ismo halógeno: nO x 2nX X: halógeno (F, Cl, Br, I); n : cantidad.

Q

No se simplifican

5 0 “ . 101" ác. pirobórico

4 0 “ . 8CI" 3. H ,S 0 4 ác. sulfúrico

H4B2I10 ác. decayodopirobórico ác. yodopirobórico

so 2

h 3b o . ác. ortobórico

ortoborato

8.

H2Te4OS4 ác. teluroso

Te2O S 42 tetratíopirotelúrito

9.

H2A s4CI,4 ác. cloro tetrarsenioso

As4CI1 “4 clorotetraarsenito

10.

HCI(ac) ác. clorhídrico

cr cloruro

h 2s c i 8

Bor

ác. octaclorosulfúrico ác.clorosulfúrico

4.

clorito

sulfito

7. HNCIe ác. exacloronítrico

cio 2

h 2s o 3 ác. sulfuroso

6.

3 0 “ . 6CI 1. HNO, ácido nítrico

fosfato

h c io 2 ác cloroso

5.

Nombre: Ácido prefijo (ácido original) Ejem plos:

—►

169

CL

Flúor o fluo Cloro o clor Bromo o brom yodo o yod

h 3p o 4 ác. fosfórico

■

O

4.

Prefijo

u ím ic a

—

HBr(ac)

11.

ác. bromhídrico

110

" 22-g r . H2Sb4Br22 H2Sb40 „ ác. bromotetraantimónico ác. tetrantímónico

12.

^2^(30) ác. sulfhídrico

Br bromuro

—

S2“ sulfuro

<♦ ÁCIDOS ESPECIALES Radicales com unes Nombre del Ácido no3

Nitrato

C I0 2

Clorito

C I03

Clorato

CIO

Hipoclorito

C I0 4

Perclorato

SO;

Sulfito

so2

Sulfato

AsO3"

Arsenlto

CO^-

Carbonato

CN

Cianuro

<4 RADICALES

CrO2

Cromato

CNO

Clanato

Aniónicos

Cr20 2"

Bicromato

CNS“

Tioclanato

Neutros o normales. Se obtiene cuando el ácido origi­ nal pierde todos sus núcleos de hidrógeno (PT).

MnO2-

Manganato

Fe(CN)4

Ferrocianuro

MnO;

Permanganato

Fe(CN)3

Ferricianuro

S I0 2“

Silicato

n

“0 ! c)

Fórmula

Fosfato

cr

Cloruro

PO3

Metafosfato

Br

Bromuro

p2o 4

Pirofosfato

S2“

Sulfuro

A sor

Arsenato

Se2

Selenuro

no;

Nitrito

HCN

Ácido cianhídrico

HCNO

Ácido ciánico

HCNS

Ácido tiociánico

H4Fe(CN)6

Ácido ferrocianhídrico

H3Fe(CN)6

Ácido ferricianhídrico

n 3h

Ácido nitrihidrico (azida H)

Nomenclatura: Radical

Ácido ...oso

...ito

...ico

...ato

...hídrico

...uro

6

3

Azida (nltruro)

E je m p lo s : 1.

h 2s o 4

—

ác. sulfúrico

3.

3 ác. sulfúrico

—

h 2c o

—

hno

3

ác. carbónico

O z

2.

SO 2" sulfato

nitrato

b.

Hidrogenados o ácidos. Se produce cuando los

C 0 2“

ácidos originales pierden en form a parcial núcleos

carbonato

de hidrógeno (H+).

170

■

C o le c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

Nomenclatura:

E je m p lo s :

n.° H que quedan 1 2 3

Prefijo Ácido (hidro) Diácido (dihidro) Triácido (trihidro)

mitad

N a ': ión sodio

2. Calcio (Ca)

Ca2': ión calcio

3. Hierro (Fe)

Fe2' : ión ferroso

4. Cobre (Cu)

C u ': ión cuproso

5. Plata (Ag)

A g ': ión plata

Fe31: ión férrico Cu2': ión cúprico

Bi 6 . Hg-

E je m p lo s : H3BO3

1. Sodio (Na)

h 2b o 3

H B O 2'

Borato diácido Dihidrógeno borato Borato ácido Hidrógeno borato

................... ..

Hg2~ ........ - ......... 7. A u ' __________

_ M ercurioso _ Mercúrico -

Au3 ........ ............. 8 . Mn2* __________ ___ M n3' _________ ____

h 2c o 3

h 2p o 4

HCO3

H2 P 0 4

Auroso Aurico u oro (III) Manganoso Mangánico

Carbonato ácido Bicarbonato

9. Sn2' __________ ___

Fosfato diácido

10. Pt4

_________ ___

Platínico 0 platino (IV)

11. Li'

__________ ___

Litio

ác. fosfórico

hpo2

Fosfato ácido

H2S ác. sulhídrico

HS~

Bisulfuro Sulfuro ácido

H6As40 13 H4A s O ?3 Ortotetrarseniato ác. ortotetraarsénico Tetrácido H4M n 0 4 H2M n 0 4 ' O rtom anganito ác. ortom anganoso Diácido Biortom anganito

Catiónicos Se obtienen al agregar protones (l-T) a m oléculas neu­

Sn4’ ____.......... . ___

12. Ni2* ................... Ni3

................. - '

Estañoso Estáñico

Niqueloso 0 níquel (II) "

Niquélico 0 níquel III)

<♦ FUNCION SAL Son compuestos Inorgánicos que por lo general son só­ lidos a tem peratura ambiente y se obtienen al sustituir total o parcialm ente los hidrógenos del ácido por m éta­ les o radicales electropositivos. Se obtienen generalm ente por una reacción de neutra­ lización: ácido-base o por una reacción de corrosión. Reacción de neutralización ácido + base —► sal + H ,0

tras: o al perder electrones las especies neutras (me­ tales). Onio. Son electropositivos, actúan como metales y pro­ vienen de agregar un protón (H ) a los hldruros no m e­

Reacción de corrosión ácido + metal —► sal + H2 t

tálicos del grupo VA. E je m p lo s :

Terminación ... onio

sal

Hidruro

Catión

Nombre catión

Am oníaco

nh3

NH¡

Am onio

Fosfina

ph3

ph

;

Fosfonio

Arsina

A sH 3

A sH ¡

Arsonio

Estibina

SbH3

SbHÍ

Estibonio

Ac. sulhídrico

H2S

h 3s-

Sulfonio

Agua (Ac. oxhídrico)

h 2o

h 3o *

Oxonio (hidronio)

Nombre

1.

H NO, + Na OH ác. nítrico

hidróxido de sodio

[H ¡]S 0 4

NaNO , + H ,0 nitrato de sodio

ZnSO. + H,T

ác. sulfúrico cinc

sulfato de cinc

Fórmula práctica x

y

(catión) (anión) => (catión) (anión)* M etálicos. Los m etales pierden electrones y form an io­ nes positivos (cationes metálicos).

Nomenclatura: Se menciona primero el anión y luego el catión.

(a)

Q

Tipos de sales inorgánicas

““I H2C 0 3

ICalOH

Oxisales. Cuando el anión proviene de un ácido oxácido.

hidróxido de calcio

E je m p lo s : 2-

C a C 0 3 + 21-1,0

► C aCO j i

1.

C a (S 0 4)2 —► C a S 0 4:

sulfato de calcio

2.

K 'N O ¡ —► K N 0 3:

nitrato de potasio

3.

Zn2+P 0 3 —► Zn3(P 0 4)2:

fosfato de cinc

4.

Ca2T(H P 0 4)2' —► C a H P 0 4: fosf. ác. de calcio hid. fosf. de calcio.

4.

Nitrato de plata Ag~ N 0 3 —►A g N 0 3

Haloideas. Cuando el anión proviene de un ácido h¡drácido.

5.

De ácidos hidrácidos

ácido + hidróxido hidrácido

calcio

3.

carbonato

hidróxido cúprico

ácido sulfhídrico

[H jB r + iNaPH

-

NaBr + H20 bromuro de sodio

N a .> " B r =s NaBr: bromuro de sodio.

6.

Fe3' férrico

S2 sulfuro

—

Fe2S3 sulfuro férrico

5,

Ca2' calcio

n3

—

nitruro

C a(N 3)2 nitruro de calcio

K'

Se2'

—

K2Se Selenuro de potasio

A l3' Fe(CN)4' — aluminio ferrocianuro NH 4

C N" — cianuro

C03

^

amonio carbonato

K,P fosfuro de potasio

NI(CN)3 cianuro de níquel (III) AI4lF e(C N )6] 3 ferrocianuro de aluminio (NH4)2C 0 3 carbonato de amonio

Sales ácidas. Es la sustitución parcial de los hidróge­ nos del ácido por m etales o electropositivos. E je m p lo s : 1.

H2S 0 4: ácido sulfúrico K

Clasificación de sales

fosfuro (proviene del PH3)

8.

9.

4.

K* potasio

CuS sulfuro cúprico o sulfuro de cobre (II)

Ni3+ níquel (III)

Cloruro de sodio: (sal común) NaCI => NaCI

6.

sulfuro cúprico

—

sulfuro

7.

Cloruro de potasio K ;>= : Cl = KCI

S2'

C u 2t cúprico

En a: Regla práctica:

3.

CuS + 2H 20

O

ácido bromhídrico

2.

P b (S 0 4)2

{------------ 1 [c 3 (O H )2 + H2S,ac) — I___________t

E je m p lo s : 1.

carbonato de calcio

Sulfato plúm bico o sulfato de plomo (IV) Pb4* S 0 2' —

sal + H ,0 haloidea

171

ácido carbonato carbónico de calcio

1 1 C a2‘ CO 2 i r

En (a):

■

u ím ic a

potasio

Sales neutras. El anión no presenta átomos de hidró­ geno, es decir, se realiza la sustitución total de los áto­ mos de hidrógeno por metales (electropositivos).

HSO

—

khso

4

sulfato ácido

sulfato ácido de potasio

bisulfato

bisulfato de potasio

hidrógeno sulfato

hidrógeno potasio

sulfato

de

E je m p lo s : 1.

De un ácido oxácido Ca2' [KJOH + [HjNO, — I í hidróxido ácido de potasio nítrico

K N 0 3 + H ,0

nitrato de potasio

De
N03

KN03

potasio

nitrato

nitrato de potasio

calcio

HPO2 fosfato ácido

Fe *

h 2p o 4

férrico

fosfato diácido

hierro (III) dihidrógeno fosfato

— CaHP04 fosfato ácido de calcio

—

hidrógeno fosfato calcio Fe(H2PO„)3

de

fosfato diácido de hierro (III) dihldrogenato fosfato fé­ rrico

172

3.

4.

■

C

U

o l e c c ió n

3.

N a'

HC03

— N aHCO j

sodio

carbonato ácido

carbonato ácido de sodio

bicarbonato

bicarbonato de sodio

H2F3(CN)6: ácido ferricianhidrico H2Fe(CN )6

Ca2’

K+( O H r S 2"

K4(OH)2S sulfuro dibásico de potasio dihidroxisulfuro de potasio

Sales mixtas —

HS“

Ca(HS)2

sulfato ácido bisulfuro hidrógeno sulfuro

sulfuro ácido de calcio bisulfuro de calcio hidrógeno sulfuro de calcio

Dobles. Se tiene 2 metales o 2 cationes y se suman los NO, generando una carga iónica total del catión. Nombrar: anión doble (cationes) E je m p lo s : 1.

K *N a ‘ NO ¡

—

(KNa)2' NO¡

K N a (N 0 3)2

—► CuH3S i0 2

H ;H 3S i0 4

H2S(ac): ácido sulhidrico

ferricianuro diácido de cobre (III)

H4S i0 4: ácido ortosilícico Ca

C a ,(0 H )3N 0 2 nitrito tribásico de calcio trihidroxinitrlto de calcio

4.

H2S(ac): ácido sulhídrico

calcio

H N 0 2: ácido nitroso Ca2'(O H )3N 0 2 —

— Cu [Fi2Fe(CN)6]2

cobre(ll) ferricianuro de ácido

6.

a p ie n s

H2C 0 3: ácido carbónico

Cu‘ '

5-

S

n ic ie n c ia

nitrato doble de sodio y potasio

cobre (I) sulfato ácido

ortosilicato triácido de

cuproso

cobre (I)

2.

AI34Cu2* P 0 4~

(AIC u )3(P 0 4)5 fosfato doble de cobre (III)

Sales básicas. Presentan el ión O H ó La carga iónica total es la suma de los aniones. Para nombrar existen 2 formas:

y aluminio

3.

Fe3tMg2+B r

—► FeM gBr5 bromuro doble de magnesio

1.° Anión (prefijo) catión 1 X

0

0_ c

Prefijo

y de hierro (III)

Básico

1

Dibásico

2

Tribásico

3

Triples. Catión constituido por 3 metales. E je m p lo s : 1.

H2Cr20 7: ácido dicróm ico K4 N a4L i4Cr20 2 —

(KNaLi)2(Cr20 7)3 dicromato triple de litio, sodio y potasio.

2 ° Prefijo (anión)catión X

0

0_ c

Prefijo Hidroxi

1

Dihidroxi

2

tríhidroxi

3

Sr2+Cu2+Li+0 IO 4 —

SrCuLi (C l0 4)5 perclorato triple de litio, cobre (II) y estroncio.

3.

Be2*Z n2 Na^CF

—

BeZnNaCI5 cloruro triple de sodio, zinc y berilio.

Sales hidratadas. Son sales que contienen unidas a

Aplicaciones: +7 1. H C I0 4: ácido perclórico L¡ |(OH )2CIO¿J

2.

sí m oléculas de agua (H20 ) en estado de cristalización. Las m oléculas de H20 adheridas se denom inan aguas carga aniónlca total

de cristalización. Para form ularlos se escribe la fórm ula de la sal

Li [(OH )2CIO 4]

(anhidra) y a continuación el número de m oléculas de perclorato dibásico de litio dihidroxiperclorato de litio

5+

2.

H N 0 3: ácido nítrico Fe3’ OH NO ¡

—

Fe2[(O H )(N 0 3)]3 nitrato básico de hierro (III) hidroxinitrato férrico hidroxinitrato de hierro (III)

agua, o: Nombre de la sal

(sufijo)

Sufijo

M oléculas H20

Hidratado Dihidratado Trihidratado

1 2 3

Q

u ím ic a

■

173

6 . Ferricianuro ácido férrico

Aplicaciones: 1. C a S 0 4.2H20

sulfato de calcio dihidratado (yeso).

2. C a C 0 3.1 H20

carbonato de calcio hidratado.

3. Ca3(P 0 4)2.3H20

fosfato de calcio trihidratado.

4. C u S 0 4.5H20

sulfato de cobre (II). Pentahidratado (azul de vidriólo).

5. Na2B4O7.10H2O

tetraborato de sodio decahidratado (bórax).

6 . K A I(S 0 4)2.12H20

sulfato doble potásicoalumínico dodecahidratado (alumbre).

7. CaCI2.3H20

cloruro de calcio trihidratado.

8 . Na2CO3.10H2O

carbonato de sodio decahidratado (sal de soda).

) H F e(C N )2 7.

l Fe31 —

Fe2[H F(C N )6]3

Azida de potasio

1

1

n3

K* —► k n 3

8 . Biditiodisulfato doble áurico y platino (IV). Dihidratado. H2S20 7 —

HS07 —

Au3*Pt4'

20

x 2 S “ —► HS2S20 5

HS2S20 5 —

AuP t(H S2S20 5)7

AuP t(H S2S20 5)7 . 2H20 9.

<4 ALEACIONES

Tetratiopiroperoxiexaperclorato triácido triple de fierro (III) plomo (IV) y sodio octadeca hidratado.

i

1

I

i

Fe 3

Pb'4

Na'

18H20

[FePbNa] ' 3

Son mezclas de metales en estado de fusión, para

ácido

obtener cuerpos con propiedades mecánicas, dureza,

...(«)

piroperoxiexaperclórico

---------------- 1 --------- | ------------ j 3CI20 7 + 2 H20 2 —

maleabilidad ductibilidad, conductibilidades diferentes a

H4CI60 25

sus componentes. Todas las aleaciones son dispersio­ Tetratiopiroperoxiexaperclorato triácido: (H3CI6S40 2l r 1

nes coloidales. Cu + Sn

-------------- ► Bronces

Cu + Zn

— -------------- ► Latones

(ex) y O ):

-------------- ► Aceros

•

Fe + C

•

Fe + C + Cu — -------------- ► Aceros inox.

Adicionando: 18H20

Al + Mg

(FePbNa)(H3CI6S40 21)8 . 18H20

(FePbNa) E(H3CI6S40 21) 1 —

-------------- ► Duraluminios

<4 AMALGAMAS

nesio octahidratado.

Por ejemplo:

Pentahidroxicianuro: (O H )5 CN

•

Pt + Hg

(FePbNa)(H3CI6S40 2,)6

10. Pentahidroxicianuro mercurioso dicobaltoso dim ag­

Son aleaciones de los m etales con el mercurio (Hg)

•

...(P)

------------- ►

Am algam a de platino

Au + Hg

----- ------------- ►

Am algam a de oro

Ag + Hg

----- ------------- ►

Am algam a de plata

Fe + Hg

------------- ►

Am algam a de fierro

[(OH)5CN]b

...(«)

Mercurioso dicobaltoso dimagnésico octahidratado Hg" Co2' M g2J 8H20 HgCo2Mg9‘

Aplicaciones: 1.

CN

i Pb4-

Pb(CN)„

Tiocianato doble de berilio y m agnesio l CNS~

5.

l Cu2' — C u (H C 0 3)2

Cloruro de plomo (IV)

l 4.

l Sn4+ — S n (H S 0 3)4

HgCo2Mg2[(OH)5CN]3. 8H20

E je m p lo s : 1.

Indicar la alternativa incorrecta:

Bicarbonato cúprico l HC O ¡

3.

—

Bisulfito de estaño (IV) I H SO 3

2.

HgCo2Mg9~[(OH)5C N f

l Be2^

l Mg2' — M gB e(C N S)4

I Na3 —

I.

Fe20 3

Función química Óxido

Grupo funcional 0 2~

II. n ¡h 2

Hidruro

III. NaOH

Hidróxido

H

IV. h 2s o 4

Ácido

H

V. H2S

Ácido

H~

OH~

Resolución: Grupo funcional: es aquel átomo o grupo de áto­

Ferricianuro trisódico ( Fe(CN)2'

Compuesto

mos que siem pre están presentes en una función Na3Fe(CN)6

quimica. es responsable de sus propiedades.

174

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Función

Grupo función

Fe20 3

Óxido

0 “2

n ¡h 2

Hidruro m etálico

H 1

NaOH

Hidróxido

OH 1

H2SO„ h 2s

Ácido

H"

Especies

Resolución: Para los com puestos químicos siguientes: CuO

Es incorrecto el grupo funcional asociado al NiH2 2.

Indicar la relación correcta entre grupo funcional y función química: I. OH : función hidróxidos II. H ': función hidruros metálicos III. H : función hidruros no metálicos

S03

Trióxico de azufre es un óxido no metálico 0 ácido.

C aH2

Hidruro de calcio es un hidruro me­ tálico.

Na2SO„

Sulfato de sodio es una sal oxisal.

.-. Relación correcta: le, lia, llld y IVb. 4.

Resolución: Respecto a las funciones químicas: I.

Óxido cúprico es un óxido metálico 0 básico.

Las fórm ulas de un óxido básico y un óxido ácido, respectivam ente son: I.

Cr2Ó 3; C 0 3

III.

C u 0 2; S30

V.

A l20 3; ZnO

II. S 0 3; C u 0 2 IV. Fe20 3; S 0 2

Hidróxido. Com puesto ternario (iónico) que se

Resolución:

produce generalm ente por combinación entre

Óxidos. Son com puestos binarios que se produ­ cen por com binación de un elem ento (E) con el oxígeno: elem ento + oxígeno —► óxido (E2On)

un óxido básico y el H20 . M2On + H20 —

M(OH)n

M(OH)n: hidróxido M: metal n: valencia del metal OH : grupo funcional hidróxido.

Pueden ser: Básicos o metálicos, cuando es metal. Fe20 3: óxido de hierro (III) Ácidos o no m etales, cuando: E = no metal S 0 2: dióxido de azufre. Los óxidos pedidos son Fe20 3 y S 0 2

II. Hidruros metálicos. Com puestos binarios (ió­ nicos) que se produce por combinación de un metal con el hidrógeno: 5. M + H —► MHn

Identificar las sustancias que no son hidróxidos: I.

NaOH

II.

III. B(O H)3

MHn: hidruro H : grupo funcional

HO - N 0 2

IV. Fe(OH)2

Resolución: Hidróxidos. Son com puestos iónicos ternarios que se producen.

III. Hidruros no m etálicos. Com puestos binarios (covalentes) que se produce por combinación de un no metal con el hidrógeno.

óxido básico + H20 —► hidróxido (M(OH)n) M: metal

E + H —* EHn

Poseen en su estructura al grupo funcional: M + H—

3.

MHn

O H 7 hidróxido

EHn: hidruro H : grupo funcional

Los compuestos:

El grupo funcional indicado de forma correcta es OH~ (solo I).

IV. Fe(O H)2: hidróxido de hierro

I.

NaOH: hidróxido de sodio

II. HNO,

Señalar la correspondencia correcta, asignando a

oxácidos

.'. No son hidróxidos II y III.

cada com puesto la función a la que pertenece. b. sal oxisal

Indicar el ión poliatómico con nomenclatura inco­ rrecta.

III. CaH2

c. óxido básico

I.

POiJ

ión fosfato.

IV. Na2S 0 4

d. hidruro metálico

II. N 0 3

ión nitrato.

I.

CuO

II. S 0 3

a. óxido ácido

6.

Q

III. CICT

¡ón clorito.

IV. SO 2*

¡ón sulfato.

V. C IO ¡

ión perclorato.

C a*2 CO

2

Ca

u ím ic a

C

Ión carbonato

Fe

Ión hierro (III)

-2 .-4

Fe‘3

- 2.-3

175

Ión calcio

■2

(-4) J

■

Resolución: Nom enclatura de oxianlones: Hipo ojo — Hi po ...ito ... ojo — - —. ... ito ... ico — X— ... ato Per... Ico — Per . . . at o

Se observa el nombre incorrecto del ión C 0 32. .-. Son correctos I y III. 9.

Los oxianlones:

I.

p + 3; + 5

P 0 43

31

III. NaH: hidruro no metálico Resolución:

Nitrato

+3; ^ 5

Para los com puestos siguientes:

C IO *1

Cl + 1; +3; +5; + 7

so ;2

S +2; + 4 ; + 6

cio 41

Cl + 1; +3: +5; + 7

I.

Hipoclorito

II. Verdadero CO: el óxido carbonoso es un óxido no m etáli­ co, por lo tanto, es un óxido ácido.

Perclorato

Indicar que proposiciones son verdaderas (V) o fal­ sas (F), según correspondan: I.

III. Falso NaH: el hidruro de sodio es un hidruro metálico. 10. Señalar el ión incorrectam ente nombrado. I.

NaOH: hidróxido de sodio.

III.

II. Fe(O H)3: hidróxido de hierro (III).

Respecto a las proposiciones:

K *1

K

Ión potasio

-1

Verdadero r 1

El com puesto citado: NaOH: hidróxido de sodio

El hierro puede form ar los hidróxidos:

N +3; - 5

CIO ;

Fe(O H)3: hidróxido de hierro (III)

(-?) CIO;

III. Verdadero A partir de la reacción: CaO (s¡ + F^Ofu —► Ca(O H )2(ac,

Indicar la relación correcta entre ión y nombre del ión.

(-5)

NO¡ (-3)

Fe(O H)2: hidróxido de hierro (II)

hidróxido de calcio

I

Ión yoduro

1

II. Verdadero

Ca2+: ión calcio

IV. C I0 2: ión clorito

Nombres de iones:

Resolución:

I.

II. I* : ¡ón yoduro

N O ¡: ión nitrato

Resolución:

CaO (s) + H20 (ij —► Ca(OH)2(ac,

8.

K*: ión potasio

'V. C I0 4 : ión clorato

III. Se forma el hidróxido de calcio a partir de:

I.

Verdadero CaO: el óxido de calcio es un óxido metálico, por lo tanto, es básico.

Sulfato

Luego, el CIO 1 posee nombre incorrecto. 7.

CaO: óxido básico

II. CO: óxido ácido

Fosfato

N no

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

Ión nitrato

Cl

Ión clorito

Cl

Ión perclorato

+ 1; + 3, h 5; + 7

+ 1; + 3; + 5; + 7

Se observa el nombre incorrecto para el ión: C I0 4 11.

La nom enclatura IUPAC de los siguientes óxidos básicos es: •

C r0 3

•

Pb02

I.

Óxido de cromo, óxido plúmbico.

II. C 0 3*: ión carbonita

II. Trióxido de cromo (III), óxido de plomo (IV).

III. Fe3*: ¡ón hierro (III)

III. Óxido de crom o (IV), dióxido de plomo (IV).

Resolución:

IV. Trióxido de cromo, dióxido de plomo.

Nom bres de iones:

V. Óxido crómico, óxido de plomo (IV).

176

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

R e s o lu c ió n :

Mezcla de:

3vHCI + 1vHN03

Agua regia

NaN 03

Nitrato de Chile

KNO,

Nitrato de pota­ sa o salitre

Nom enclatura IUPAC: I.

C r0 3: se trata de un óxido ácido, su nombre es sistemático (trióxido de cromo).

II. P b 0 2: se trata de un óxido de carácter ácido, su nombre es sistemático (dióxido de plomo). Los elementos: Cr y Pb a pesar de ser metales, sus óxidos son de carácter ácido.

<4 NOMBRES COMUNES DE COMPUESTOS Nom enclatura

Fórmula

Común

Nitrato sódico Nitrato potásico Carbonato de bario

BaC 03

Whitherita

Carbonato de estroncio

S rC 0 3

Estroncianita

Carbonato de calcio

C aC 03

Carbonato de magnesio

M gC 03

Giobertita

Carbonato de manganoso

MnCOj

Rodocrocita

Sulfato de calcio dihi­ dratado

C aS04.2H20

Yeso

Calcita, már­ mol, caliza

O <

Alumina

AI20 3.2H20

Bauxlta

Sulfato de bario

BaSO„

Baritina

Óxido férrico

Fe20 3

Hematlta

Sulfato de estroncio

S rS 0 4

Celestina

Óxido ferroso férrico

Fe.O,

Magnetita

Sulfato de magnesio heptahidratado

M gS04.7H20

Sal de Epsom

Dióxido de carbono

C 0 2(sólido)

Hielo seco

C uS 0 4.5H20

Vitriolo azul

N20

Gas hilarante

Sulfato cúprico pentahidratado

Vitriolo verde

CUjO

Cuprita

Sulfato ferroso hepta­ hidratado

FeS04.7H20

Óxido cuproso Sulfuro cuproso

Cu2S

Calcosina

Fosfato cálcico

Ca3(P 04)2

Apatito (fosfo­ rita)

Dióxido de manga­ neso

MnO,

Pirolusita

Cloruro de sodio

NaCI

Sal - halita

Cloruro potásico

KCI

Silvina

Óxido alumínico Óxido alumínico dihi­ dratado

Monóxido de dinitró­ geno

Sulfuro de mangane­ so (II)

MnS

Óxido manganeso mangánico

Mn30 4

Óxido mangánico hi­ dratado

Mn20 3.H20

Óxido de calcio

Blenda de man­ ganeso Hausmanita

Manganita

CaO

Cal viva

Hidróxido de calcio

Ca(OH)2

Cal apagada

Fluoruro de calcio

CaF2

Fluorita (espato flúor)

Dióxido de silicio

S i0 2

Sílice - cuarzo

Carburo de silicio

SiC

Carborundo

Cr20 3.Fe0

Cromita

Hidróxido de sodio

NaOH

Soda cáustica

Hidróxido de potasio

KOH

Potasa cáustica

Óxido de cromo (III) y fierro (II)

Ácido nítrico

H N 03

Agua fuerte

Ácido sulfúrico

h 2s o 4

Aceite de vitriolo

Mg(OH)2

Leche de magnesia

Hidróxido nesio

de

mag­

Ácido cianhídrico

HCN

Ácido prúsico

Bromuro de plata

AgBr

Bromarganlna

Sulfuro de plata

Ág2S

Argentita

Sulfuro antimonioso

Sb2S3

Estibina

Sulfuro de plomo (II)

PbS

Galena

Disulfuro de hierro

FeS,

Pirita

Sulfuro de zinc

ZnS

Blenda

Sulfuro mercurioso

HgS

Cinabrio

Ortotrislicato magné­ sico dihidratado

Mg2Si30 8.2H20

Sepiolita o es­ puma de mar

Tetraborato sódico decahidaratado

Na2B4O7.10H2O

Bórax

Exaborato cálcico pentahldratado

Ca2B60 1l.5H20

Colemanita

AuAgTe2

Silvanita

Fluoruro alumínico y trlsódico

AINa3F6

Criolita

Sulfuro ferroso cúprico

S,FeCu

Calcopirita

Cloruro de magnesio potásico exahidratado.

MgKCI3.6H20

Carnalita

Telururo plata

auroso

de

Q

u ím ic a

■

177

Ortotrisilicato alumínico potásico

KAISi30 8

Feldespato

Sulfato potásico crómi­ co dodecahidratado.

KCr(S04)2.12H20

Alumbre de cromo

Metasilicato doble trimagnésico calcico

Mg3C a(Si03)4

Asbesto

Carbonato de calcio y magnesio

CaMg(CO;)2

Dolomita

Óxido férrico dihidra­ tado

Fe20 3.2H20

Limonita

H2S 0 4.S 0 3

Óleum

Ortosilicato triple de dihidrógeno potásico trialuminico

H2KAI3(SiO„)3

Mica

Ácido sulfúrico + trió­ xido de azufre

Ortotetrasilicato dibásico de magnesio

Mg3(Si4O,0)(OH)2

Sulfato potásico alumínico dodecahidratado

KAI(S04).12H20

Talco

Alumbre

PROBLEMAS 1.

Salitre + carbono

+

kno3+

S +

c

Oxilita

RESUELTOS

Q B--

Indicar la relación correcta (nom bre-fórm ula) de los siguientes compuestos:

N A

Pentóxido de dinitrógeno NO

I. NaH(s): hidruro de sodio (I) II. H2S(g): sulfuro de hidrógeno

N A

Trióxido de djnitrógeno

NO

Monóxido de nitróaeno

no2

Dióxido de nitrógeno

n 2o

M onóxido de dinitróaeno

Resolución: Flidruros. Compuestos binarios que se producen de la combinación de un elemento (E) con el hidrógeno: elemento (E) + H —* hidruro (EFIn) Pueden ser: Metálicos: E = metal EO(H) = 1 Nombre: hidruro/metal. NaH: hidruro de sodio. FeFI2: hidruro de hierro. No metálicos: E = no metal EO(H) = r Nombre: No m etal/uro de hidrógeno H2S: sulfuro de hidrógeno

.-. Es incorrecto (II). Indicar el com puesto cuya nomenclatura es inco­ rrecta: I. Na20 : óxido de sodio. II. Ca(O H )2: hidróxido de calcio. III. FeO: óxido de hierro (II). IV. LiOH: hidróxido de litio. V. CuO: óxido de cobre (I). Resolución: Nom bres correctos de los com puestos dados:

NA

.-. Solo el compuesto (I) es incorrecto. Indicar en qué caso el nombre no corresponde a la fórm ula química: I.

N2O s: pentóxido de dinitrógeno.

II. N20 3: trióxido de nitrógeno. III. NO: monóxido de nitrógeno. IV. N 0 2: dióxido de nitrógeno.

Óxido de sodio

CO (O H)2

Hidróxido de calcio

FeO

Óxido de hierro (II)

LiOH

Hidróxido de litio

CuO

Óxido de cobre (II)

V. N20 : monóxido de dinitrógeno.

.-. Es incorrecto V.

Resolución: Nomenclatura sistemática para óxidos no metálicos, de )

Indicar la alternativa incorrecta:

prefijo / función / prefijo / no metal

I.

FeBr3: bromuro de hierro (III).

II. FeS: sulfuro de hierro (II). III. CuCI: cloruro de cobre. IV. Na2S: sulfuro de sodio.

mono, di, tri, ...

Pólvora

Na20 2

Perióxido de sodio

III. FeH2(sl: hidruro de hierro

2.

azufre

V. CaCI,: cloruro de calcio.

178

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

7.

Nom enclatura de sales haloideas: no metal

uro

+3

FeBr3

metal

I.

valencia

Sulfuro de hierro (II)

CuCI

Cloruro de cobre (I)

Na2S

Sulfuro de sodio

CaCI2

Cloruro de calcio

Na2S 0 4: sulfito de sodio.

II. Fe2(S 0 4)3: sulfato férrico. III. L¡NH4S: sulfuro doble de amonio y litio.

Bromuro de hierro (III)

FeS

Indicar la cantidad de sales que están correcta­ mente nombradas:

IV. KFIS04: sulfato ácido de potasio. V. C a3(P 0 4)2: fosfato de calcio. Resolución: Los nombres correctos para las sales siguientes son: +6

sulfato de sodio

Na2S 0 4

Luego, es incorrecto el nombre del NaCIO.

/

+6

,

sulfato férrico.

Fe2( S 0 4) 3

5.

Identificar la sal que no es neutra. I. II. III. IV. V

l ¡n h 4s

Cloruro de sodio. Nitrato de potasio. Bisulfuro de calcio. Cloruro de calcio. Hipoclorito de sodio.

+6

khso

Cloruro de sodio

NaCI

Nitrato de potasio Bisulfuro de calcio

kno

3

C a (H S 0 4)2

Cloruro de calcio

CaCI2

Hipoclorito de sodio

NaCIO

Es C a (H S 0 4)2 es una oxisal ácida (no neutra). Según la nom enclatura clásica, indicar lo incorrec­ to respecto a las sales oxlsales neutras. C a C 0 3: carbonato de calcio.

II. N a N 0 3: nitrato de sodio. III. K C I0 4: perclorato de potasio. IV. NaCIO: clorito de sodio. V. Ca3(P 0 4)2:fosfato de calcio. Resolución: Nombres clásicos de oxisales.

8.

Indicar que proposiciones son verdaderas (V) o fal­ sas (F): I.

Los ácidos y los hidróxidos cuando se com bi­ nan forman sales oxisales. II. Los óxidos ácidos al disolverse en agua, for­ man hidróxidos. III. Los ácidos hidrácidos se encuentran siem pre en form a líquida. IV. En los hidruros metálicos, el hidrógeno tiene carga 1+. Resolución: De acuerdo a las siguientes afirmaciones: I. Verdadero Las sales oxisales son com puestos iónicos ter­ narios, por lo general se producen por reacción entre un hidróxido y un ácido (oxácido): hidróxido + oxácido —>- oxisal + H20 A esto se denom ina reacción de neutralización, por ejemplo: NaOH + H N 0 3 —

+4 CaC03

Carbonato de calcio

NaN03

Nitrato de sodio

KCÍÓ4

Perclorato de potasio

NaCIO

Hipoclorito de sodio

Ca3( P 0 4)2

fo sfa to de calcio.

Se observa que II, III, IV y V llevan nombre.

Fórmulas de sales:

I.

sulfato á c id o de potasio

4

C a3(P 0 4)2

Resolución:

6.

sulfato d o b le de amonio y litio.

Fosfato de calcio.

Luego, es incorrecto el nombre del NaCIO.

N a N 0 3 + H20

II. Falso La reacción entre los óxidos ácidos (no m etáli­ cos) y el agua produce oxácidos. S03+

h 2o

—► H2S 0 4 ácido sulfúrico (oxácidos)

III. Verdadero Los ácidos hidrácidos son hidruros de no meta­ les de los grupos VIA y VINA que se encuentran en solución acuosa.

Q

HF(ac): ácido fluorhídrico H2S(ac): ácido sulfhídrico. IV. Falso Estados de oxidación del hidrógeno: H 9.

+ 1: generalm ente - 1: hidruros metálicos

Indique la pareja incorrecta: I.

no;1

Nitrato

s'o;2

Sulfito

po;3

Fosfato

c ío 1

Hipoclorito

nh4

F 7 floruro

II. Br": bromito

u ím ic a

■

179

Am onio

El ión amonio se produce por unión del NH, y H", luego, la fórmula: .-. NH3 es incorrecto.

III. M n 0 4: perm anganato IV. PO 3 : fosfato V. CN: cianuro

12. Indicar si las siguientes proposiciones son verda­

Resolución:

deras (V) o falsas (F).

Nom enclatura de aniones:

I.

M onoatómicos:

Los ácidos oxácidos que son dipróticos presen­ tan el no metal con estado de oxidación par.

Raíz del no metal

II. El ácido carbónico es un ácido oxácido diprótico. F": floruro Br": bromuro CN": cianuro (excepción). Poliatómicos:

Prefijo

III. El nombre del H2S e 0 3 ácido selenloso. Resolución: no metal

sufijo

M n 0 4: perm anganato

Respecto a las proposiciones: I.

Verdadero Formas genéricas para los oxácidos. Dipróticos (2PT liberables).

P O ¡3: fosfato. (5 + )

H2X O n =4 n = 1 ^ 1 + 1 ; EO(X): par

.-. Es incorrecto: II 10. Indicar verdadero (V) o falso (F), según co rre s­ ponda: I.

Monoprótlcos (1H* liberable) HXOn =4 n = —

' 1 , EO(X): impar

Na": ¡ón sodio II. Verdadero De acuerdo a la estructura del ácido carbónico:

II. Mg2 : ión magnesio III. Fe3": ión ferroso

H2C 0 3

Resolución:

O

Nombres de cationes m onoatómicos:

II

C N a" 1

EO(Na)

lón sodio

H— O

1-

Mg2'

EO (M g)

Fe3'

2+

EO (Fe) 2-.3 -

III. Verdadero Ión m agnesio

(-4)

El compuesto: H2S e 0 3 Ión férrico

.-. Se observa el nombre incorrecto del ¡ón FE+3 11. Indicar la relación incorrecta: I.

: ácido diprótico O— H

N 0 3, nitrato

EO(Se): ± 2; +4; + 6 Corresponde al ácido selenioso. 13. Señalar el número de ácidos oxácidos monopróticos en la siguiente lista de ácidos: HCI, H N 0 2, HCN, H2S 0 3, H3P 0 4i H3P 0 2 y HCIO.

II. SO 2 , sulfito

Resolución:

III. PO 3", fosfato

Oxácidos. Son ácidos ternarios que en su estructu­ ra poseen al átomo de oxígeno, se producen:

IV. CIO", hipoclorito V. N H ¡, armonio

óxido ácido + H20 —* oxácido

Resolución: Para los iones poliatómicos del problema, sus nombres correctos son:

Se caracterizan por liberar uno o más hidrógenos (4+ ).

180

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

De los oxácidos:

HCN: nítrico; H2S: hidruro

H N 0 2, H2S 0 3, H3P 0 4, H2P 0 2 y HCIO

Pero todos poseen com portam iento ácido, tie­ nen el mismo grupo funcional (H+).

Son m onopróticos (liberan 1H4).

.-. Es correcto I y II. H N 02 / H— O 14.

HCIO

Ñ % O

H — O — C l:

16. indique con verdadero (V) o falso (F) a las proposi­ ciones siguientes: I.

En la relación de compuestos quím icos siguientes, indicar cuántos ácidos hidrácidos existen:

El estado de oxidación del oxígeno en el O F2 es +2.

II. Los compuestos de una misma función química se diferencian en sus propiedades químicas.

CuO; CaH2; M n 0 3; AgOH; H2S(ac)

III. Las especies químicas: H~; 0 2ó C L; L; S2ó

Resolución:

0H~ son grupos funcionales de diferentes fun­

Ácidos hidrácidos: Vienen a ser hidruros de no metales de los grupos: VIA: anfígenos (excepto el O) VIIA: halógenos En solución acuosa:

ciones químicas inorgánicas. Resolución: Respecto a las proposiciones: I.

Verdadero Debido a que el único EO del flúor (F) es 1, en

Ácido sulfhídrico

el compuesto: F20

N2Te(ac )

Ácido telurhídrico

E 0 (0 ) = +2

H2Se(ac)

Ácido, selenhídrico

H2S(ac,

HF (ac)

Ácido fluorhídrico

HCI(ac)

Ácido clorhídrico

HBr(ac) Hl(ac)

La presencia del grupo funcional en todos los compuestos de una misma función química hace

Ácido brom hídrico Ácido yodhídrico

Luego, de la lista de compuestos: CuO: CaH2; M n 0 3; AgOH; H2S(ac) 15.

El flúor es el elem ento mas electronegativo. II. Falso

Indicar qué proposición(es) es(son) correcta(s): I.

El CuO y el HCI representan dos compuestos de grupos funcionales diferentes. II. Los com puestos N a H C 0 3; A g N 0 3; K2Cr20 7; re­ presentan a un mismo grupo funcional. III. Los com puestos H N 0 3; HCN; H2S y H3P 0 4 per­ tenecen a grupos funcionales diferentes.

que estos posean las mismas propiedades. III. Falso De las especies citadas: H~; O -2; OH ; Cl ; I"; S~z; solo los 3 primeros son grupos funcionales. .-. VFF 17. Indique el número de hidróxidos y ácidos oxácidos respectivamente. I. NaOH IV. Sn(OH)4

II.H C I0 4 V. KNaS

III. H2S 0 3

Resolución: Reconocimiento de compuestos: •

Hidróxido: Función ternaria

Resolución: Respecto a las proposiciones. I.

Correcto Los compuestos CuO: óxido cúprico HCI: cloruro de hidrógeno. Pertenecen a funciones diferentes.

II. Correcto Los compuestos: N a H C 0 3; A g N 0 3; K2Cr20 7 Corresponden al mismo grupo funcional: sales. III. Incorrecto Los compuestos: hno

3

h 3p o 4

oxácidos

M (O H) b

M: Metal

Oxácido: Función ternaria H |No metal| O De acuerdo a esto los com puestos citados son: NaOH

i l Hidróxidos Sn(OH)4 } H C I0 4

1 1 Oxácidos

h2s o 3

j

El compuesto: KNaS Es una sal haloidea doble. .-. Se tiene 2 hidróxidos y 2 oxácidos.

Q

ácido ácido ácido ácido ácido

IE O = carga del ión Para el oxianión del azufre: (S 0 4) 2 EO(S) + 4 E 0 ( 0 ) = - 2 EO(S) + 4 ( - 2 ) = - 2 .-. EO(S) = + 6

Para los oxácidos dados sus nombres correctos son:

h c ic 4 hño

2

h 2s o

3

Nombres

EO Cl - 1 , . 3 .-5 ,

21.

+7

N

Ácido perclórico

I.

Ácido Nitroso

III. OH : Hidróxido.

s 3 2, + 4. - 6 Cl

HCIO

3 1, - 3 , 3 5, , 7

H B r0 5

-1 ,3 3 ,3 5 ,-7

IV. H~

Ácido sulfuroso

V Ácido hipocloroso

P b (C I0 4)2

: Hidruro metálico.

O j- : Sal haloidea.

Resolución: Se denom ina grupo funcional

No existe

Al átomo o grupo de átomos, que está siempre pre­ sente en una función química. Función

¿Cuál de las siguientes relaciones fórm ula-nom en­ clatura es incorrecta? I.

H+ : Ácido

II. 0 2~ : Óxido.

Observam os que la fórm ula del último compuesto es incorrecta. 19.

Indique el grupo funcional que no corresponde a la función indicada.

-3 ,-5

Br

Grupo Funcional

Óxido

H‘

Peróxido

o \O H-

Perclorato de plomo.

II. K C r0 2

Cromito de potasio.

Hidróxido

III. Cr2(S 0 4)3

Sulfato crómico.

Ácido

H"

IV. K A I(S 0 4)212H20

Sulfato doble de aluminio y potasio dodecahidratado.

Hidruro metálico

H

V.

N aHSO j

.-. No corresponde V

Sulfitohidrógeno de sodio.

Resolución:

22.

Fórmulas-nombres para los compuestos siguientes I.

181

Todo ión poliatómico cumple:

perclórico. nitroso. sulfuroso. hipocloroso bromoso.

Resolución:

Fórmulas

■

Resolución:

18. Determine la relación incorrecta: I. h c io 4 II. h n o 2 III. h 2s o 3 IV. HCIO V. HBrOs

u ím ic a

P b (C I0 4)2: Oxisal +2

Perclorato de sodio (M)

Los elem entos 16A, 13B, 34D y 37E, form an com pues­ tos con el hidrógeno. Indique cuántos de estos compuestos son hidruros metálicos y cuántos son hidruros no m etálicos respectivam ente. Resolución:

+3

II. K C r0 2: Oxisal Cromjto de potasio

Los hidruros son funciones quím icas binarias del hidrógeno que se producen según:

+6

III. K A I(S 0 4)12H20 : Oxisal doble hidratada. Sulfato doble de aluminio y potasio dobecahidratado. 33

— m etal ______ metálico — no m e ta l no metálico

3-6

IV. Cr2(S 0 4)3: Oxisal Sulfato crómico V.

Elemento + H — hidruro

N a H S 0 3: Oxisal ácida Sulfito ácido de sodio

Luego, el nom bre el últim o com puesto es in co ­ rrecto. 20. Determ ine el estado de oxidación del azufre en el ion sulfato (S 0 4)2~

Los elementos: 15Á CE: [10Ne] 3s23p3 VA (no metal) 13B CE: [ 10Ne] 3s23p1 NIA (metal) 3.D CE: [ 18Ar] 4s23d'°4p2 IVA (no metal) 37E CE: [36Kr] 5s1 IA (metal)

182

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

De acuerdo a esto se deduce que B y E forman

25.

Identifique el com puesto que no contiene átomo(s)

hidruros metálicos, m ientras que A y D forman h¡-

centrales con estado de oxidación + 5

druros no metálicos.

I.

2y2

Decaóxido de tetrafósforo.

II. Fosfato de amonio. III. Pentacloruro de fósforo.

23. indique la relación com puesto-nom enclatura inco­ rrecta. I. NaHSe II. LINaS

: Sulfuro ácido de sodio. : Sulfuro doble de litio y sodio.

III. CsHS

: Sulfuro ácido de cesio.

IV. Ca(HS)2

: Sulfuro ácido de calcio.

V

FeHS2

IV. Nitrito férrico hexahldratado. V

Ácido difosfórico.

R e so lu ció n : Escribimos las fórm ulas de los compuestos nom ­ brados:

: Bisulfuro de hierro (II). Nom bres

Resolución:

Decaóxido de tetrafósforo

Se tiene las sales haloideas siguientes: I. NaHSe Seleniuro ácido de sodio.

P A

III. CsHS Suturo ácido de cesio.

nitrito férrico

24. Indique la proposición verdadera (V) o falsa (F) se­

-5

PCI5 decahldra-

-3

Fe(NO,);,10H,O

tado

IV. Ca(HS)2 Sulfuro ácido de calcio.

Se observa en el problema que la fórm ula del último com puesto es incorrecta.

•5

(NH4)3P 0 4 Pentacloruro de fósforo

Fe(HS)2 Bisulfuro de hierro (II) Sulfuro ácido de hierro (II)

-5

Fosfato de am onio

II. Linas Sulfuro doble de sodio y litio.

V

Fórm ulas

Á cido difosfórico

*5

h ; p 4o

„

26. Indique la relación correcta entre fórm ula-nom bre del com puesto se indica: I.

N20 5 : Pentóxido de dinltrógeno (V).

II. NaH : Hidruro de sodio. III. C 0 2 : Dióxido de carbono.

gún corresponda:

R e so lu ció n :

I.

Los grupos funcionales típicam ente iónicos son

Los compuestos citados poseen por nombres:

cuatro: óxidos, hidróxidos, ácidos y sales.

I.

II. El estado de oxidación del carbono en el meta-

N A Pentóxido de dinitrógeno

nal o form aldehído, (HCHO), es cero. III. En los óxidos, hidróxidos, oxácidos y oxisales el

II. Hidruro metálico

oxígeno presenta estado de oxidación - 2 .

NaH Hidruro de sodio

Resolución: De las afirmaciones: I

III. Óxido no metálico (ácido)

co 2

Verdadero Son grupos funcionales Iónicos: • Óxidos (metálicos)

Óxido no metálico (ácido)

Dióxido de carbono. Se observa en el problem a que el com puesto N A

• Hidróxidos

no lleva el nombre de form a correcta.

• Ácidos

.-. Son correctos II y III

• Sales II. Verdadero

27. En relación a los com puestos I y II indique verda­

En el m etanal (HCHO):

dero (V) o falso (F), según corresponda:

EO(C) + 2EO(H) + EO(O) = 0

Com puesto I

Com puesto II

H N 02

H2C r0 4

EO(C) + 2 (+ 1 ) + - 2 = 0 .-. EO(C) = 0 III. Verdadero En todo com puesto donde participa el oxíg e ­ no (salvo los peróxidos y el F20 ) este posee EO = - 2 .-. VVV

I.

El nitrógeno tiene número de oxidación + 3 y el cromo +6. II. El nombre tradicional del com puesto I es ácido nitroso. III. La nomenclatura stock del com puesto II es ácido tetroxocróm ico (VI)

Q

IV. C a '2 : Catión

Resolución:

H N02

I.

Verdadero Se observa de las fórmulas: EO(N) = +3 EO(Cr) = + 6

estos casos el sufijo se elimina. V. H g‘ 2 : Catión m ercúrico =* N. Clásica Catión mercurio (II) => N. Stock •

presenta dos estados de oxidación (+1 y + 2 ) 30.

Cr20 2” : ión dicrom ato

IV. N H ¡

: ión amonio : ¡ón sulfato

SO2

1

2

Fórmula

FeS04

C u (N 0 2)2

I.

1 y 2 son sales oxisales neutras.

II.

1 es sulfato de hierro (II)

IV. El FI2S 0 4 y Fe(OFI)2 da origen al com puesto 1. V

El estado de oxidación del azufre en 1es menor que el estado de oxidación de nitrógeno en 2.

R e so lu c ió n : I.

Resolución: I. Correcto IV. Correcto

Com puesto

III. 2 es nítrico cúprico.

II. M n O ¡ : ión permanganato

V

En relación a los com puestos siguientes:

¿Cuál proposición es incorrecta?

28. ¿En qué caso no corresponde a la especie indicada?

: ión nitrito

Para el Hg, si es necesario especificar la no­ menclatura ya sea clásica o stock, puesto que

III. Falso Los oxácidos solo poseen nombre clásico y sis­ temático: FI2C r0 4 • Ácido crómico • Tetra oxocrom ato de hidrógeno. .-. VVF

III. N 0 2

necesario

ne un único número de oxidación y en

II. H2C r0 4

II. Verdadero El nitrógeno posee estados de oxidación + 3 y + 5; por lo que su oxácido se llama: Ácido nitroso

I.

es

números romanos, ya que el calcio tie­

-6

I.

=> No

183

especificar el sufijo “ico'1 u “oso" o los

De acuerdo a las fórm ulas de los oxácidos si­ guientes: (3

cálcico

■

u ím ic a

II. Correcto V. Incorrecto

F e S 0 4 y C u (N 0 2)2: Son sales oxisales neutras porque no tienen presencia de hidrógenos ni

III.Correcto

“O H” en su composición. (Correcto) 0 -6

S 0 32 proviene de:

II. F e S 0 42: Sulfato de hierro (II) (Correcto) 0 H2S 0 3 + H20 —. 2 H ' + S 0 3Ácido sulfuroso

® III. C u (N0 2) 2' : Nitrito cúprico (presenta el Cu su m ayor EO = + 2 ) (Correcto)

Sulfito

29. Identifique, cual especie quím ica no está acom pa­ ñado de su nombre respectivo: I. Fe3” catión hierro (III) II. Cu catión cuproso III. C L anión cloruro IV. Ca2” catión calcio V Hg2^ catión mercurio.

V

® > FeS04

Sulfato de hierro (II) © C u (N 0 2)2 (Incorrecto)

¿Cuál de las combinaciones: nomenclatura-ión m onoatómico es incorrecta?

F e ® : Catión hierro (III) (presenta mayor estado de oxidación) Nom enclatura moderna - stock

II. C u ® : Catión cuproso (presenta menor estado de oxidación) Nom enclatura clásica. III. C l® : Anión cloruro. Proviene del siguiente ácido disuelto en hl20 : HCI + H20 — H30 + Cl ácido Clorhídrico

(Correcto)

31.

Resolución: I.

IV. H2S 0 4 + Fe(OH)2 — F e S 0 4 + 2H20

Cloruro

Terminación: hídrico —►uro

I. III.

Sulfuro S2 Silicuro Si4

II. TelururoTe2” IV. Carburo C4

V Seleniuro Se2” R e so lu ció n : I.

Sulfuro: S2 (correcto)

II. Telururo: Te2” (Correcto) III. Silicuro: Si4” (Correcto) IV. Carburo: C4 (Correcto) V

Seleniuro: Se2” (Incorrecto) Seleniuro: (Correcto)

184

■

32.

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

I

Indique la relación incorrecta entre el ión y su nombre:

Verdadero

I.

Cu2' : Ión cúprico.

Son grupos funcionales iónicos:

II.

Fe21: Ión hierro (III)

• Óxidos (Metálicos) • Hidróxidos

III.

Fe2' : Ión ferroso.

IV.

Ca2' : Ión calcio.

V

Pb2' : Ión plúmbico.

• Ácidos. • Sales. II. Verdadero

Resolución:

En el m etanal (FICFIO): EO(C) + 2EO(H) + EO(O) = O EO(C) + 2 (+ 1 ) + - 2 = 0

Nomenclatura de iones metálicos (cationes) Ión

Nombre

Cu • 1: ■2

C u '2

Ión cúprico

Fe -2. -3

Fe 2

Ión hierro (III)

Fe I 2, i 3

F e '2

Ión ferroso

Ca .2

Ca 2

Ión calcio

Pb +2; +4

P b '2

Ión Plumboso

Metal (EO)

33.

EO(C) = O III. Verdadero En todo com puesto donde participa el oxige­ no (salvo los peróxidos y el F20 ) este posee E 0 = -2 VVV 35. Nombre los siguientes ácidos oxácidos respectiva­ mente: I. H2C 0 3 II. H2S 0 4 III. H2T e 0 4 Resolución: I.

Relacione las colum nas según la nomenclatura clásica. I. Fe2, a. Ión plumboso II. I b. Ión férrico III. Pb2' c. Ión yoduro

II. FI2S 0 4 (presenta mayor EO = + 6 ) — ► ac. sulfúrico

Resolución: Nombres de iones: Elem ento - Ión

Nombre

Fe *2: +3

F e '3

Ión férrico

1 ±1; +3; +5; +7

r'

Ión yoduro

Pb -2 -4

© III. H2T e 0 4 (presenta m ayor EO = + 6 ) —► ac. Telúrico 36. Indique la cantidad de sales que están correcta­ mente nombradas: I. Na2S 0 4 Sulfito de sodio. II. Fe2(S 0 4)3 Sulfato férrico. III. LiNH4S Sulfuro doble de amonio y litio. IV. K H S 0 4 Sulfato ácido de potasio Ca3(P 0 4)2

Fosfato de calcio.

Resolución: Pb

Nom bres correctos para las sales siguientes

lón plumboso

Recordar que los aniones m onoatóm icos se nom­ bran: uro Luego la relación correcta es: Ib; lie; Illa.

+6 Na2S 0 4

Sulfato de sodio

-2 L¡NH„S

Los grupos funcionales típicam ente iónicos son

-r6

cuatro: óxidos, hidróxidos, ácidos y sales.

khso

II. El estado de oxidación del carbono en el metanal o form aldehido, (HCHO), es cero.

Sulfuro doble de litio y amonio Sulfato ácido de Dotasio

4 Fosfato de calcio

C a3(P 0 4)2

III. En los óxidos, hidróxidos, oxácidos y oxisales el oxígeno presenta estado de oxidación - 2 .

De las afirmaciones:

Nombres

Sulfato férrico

gún corresponda:

Resolución:

Fórmulas

Fe2(S 0 4)3

Indique la proposición verdadera (V) o falsa (F) se­

I.

H2C 0 3 (presenta mayor EO = + 4 ) —► ac. carbónico.

©

V

34.

0

En el problem a se observa el nombre incorrecto del ión P b '2.

Se observa cuatro nombres correctos. 37.

¿Cuál de los siguientes com puestos no es una sal haloidea neutra?

Q

I. IV.

MgCI2

II.PCI3

FeCI3

V Na2S

III. NaBr

Las sales haloideas son compuestos binarlos con m etales y no metales y son neutras porque no pre­ senta ni hidrógeno, ni oxígenos en su composición. Ac. hidrácldo + base —► sal haloidea + H20 I.

2HCI(acl + M g(O H)2 — MgCI2 + 2 H ,0 Sal haloidea

II. No es sal haloidea porque en su composición hay 2 no metales (P y Cl). III. HBr(ac) + Na(OH) —► NaBr + H20 Sal haloidea

IV. 3HCI(ac, + Fe(O H)3 — FeCI3 + 3H20

H2S(ac) + 2Na(OH)

Na,S + 2H20 Sal haloidea

38.

© II. C u (OH)2: hidróxido cuproso (II) => Incorrecto hidróxido de cobre (II) => Correcto III. AI(OH)3: hidróxido de aluminio (III) => Correcto IV. Fe(OH)3: hidróxido de hierro (III) => Correcto .-. No corresponde solo II 40. Form ular las siguientes sales oxlsales neutras: I.

Trioxoclorato (V) de calcio.

II. Tetraoxosulfato (V) de sodio. III. Hipoclorito de sodio. Resolución: ,2 © C a (C I0 3) 21: trioxoclorato (V) de Ca.

I.

© II. Na2S 0 4: Tetraoxosulfato (V) de Na.

Indique si la proposición es verdadera (V) o falsa (F): I.

Los oxácidos son com puestos ternarios deriva­ dos de aniones que contienen oxígeno.

II. Los oxácidos m onopróticos tiene un átomo de hidrogeno capaz de ser sustituido por otros ele­ mentos. III. Los oxácidos m onopróticos tienen por fórmula general HXO i^¿ en la que "p" es el estado de 2 oxidación im par del elem ento X.

185

O NaOH: hidróxido sódico (I) => Correcto

Sal haloidea

V

■

Resolución: I.

Resolución:

u ím ic a

‘

10-2

III. Hipoclorito de sodio: NaCIO (El presenta menor EO = + 1 ) 41. Para el H C I0 4 los nombres son: I. Tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno II. Ácido tetraoxoclórico (VII). III. Ácido perclórico. El nombre o nombres sistem ático(s) IUPAC para este ácido es (son): Resolución:

Resolución: I.

Incorrecto Los ácidos oxácidos, son compuestos ternarios de hidrógeno, oxígeno y otro no metal. Liberan iones hidronio (H ‘ ) - Provienen de: Anhídrido + H ,0 — oxácido

II. Correcto

-7 H C I0 4: ácido perclórico tetraoxoclorato (VII) de hidrógeno .-. Solo I y III 42. Señale la alternativa que contiene un hidruro m etá­ lico y un hidruro no metálico, en ese orden. I.

Ejem plo: HCIO + H20 —►CIO(ac) + H3CT Oxácido monoprótico

III. Correcto Ejem plo:

II. N a H y A lH j

KH yC aH 2

IV.CH4 y B 2He

V. KH y PH3 Resolución: Metal + hidrógeno —►Hidruro metálico (EO = - 1 )

© HCIOjj], el Cl tiene EO = + 5 => p - 5 =*

NH3 y H20

III.

P+ 1

5+ 1 _ Q = —£------- 3

No metal + hidrógeno —►Hidruro no metálico (EO = + 1)

FW I. 39.

¿Cuál de las nom enclaturas no corresponde al nu­ meral Stock? I. NaOH hidróxido sódico (I) II. C u (OH)2 hidróxido cuproso (II) III. AI(O H)3 hidróxido de aluminio (III) IV. Fe(OH)3 hidróxido de hierro (III)

NH3 y H20 N ’ X

hQ

—►n h 3 Hidruro no metálico

O ! X H 0 —- H2p Hidruro no metálico

186

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. N a H y A IH 3

II. 2 no es ácido hidrácido. III. 1 es un com puesto ternario.

Na+1 X H ® —►NaH Hidruro metálico

A I‘ 3 X H ^ — A lH j

1 es hidróxido cobaltoso.

Resolución:

Hidruro metálico

I

Correcto

II. Correcto

III. KH y CaH2 K '1 X

IV. 2 es un com puesto binario. V

HCI(gl es un hidruro no metálico

—►KH

Cuando:

Hidruro metálico

hidruro no m etálico + H20 —►áÁcido hidrácido HCI(gl + H20

C a '2 X H ® —►C aH 2 Hidruro metálico

IV. CH4 y B2H6

HCU,

III. Correcto C o (O H)3 es un com puesto terciario porque pre­ senta 3 elementos:

c

4x

h

(5 ) —

ch4

Cobalto, oxigeno e hidrógeno.

Hidruro no metálico

2B 3 + 6 H "1—

IV. Correcto

B2H6

HCI(gl es un com puesto binario porque presenta

Hidruro no metálico

V

KH y PH3

dos elementos: H y Cl. 0 V. Co(OH),: hidróxido cobáltico

K * 'x H 0 —

KH

(Presenta mayor EO = +3

Hidruro metálico

45. Marque verdadero (V) o falso (F) en las siguientes P 3 X H ® —► PH3 Hidruro no metálico

proposiciones: I. Los com puestos AIH3, LiH, CaH2, son hidruros

Solo cum ple V

metálicos. II. Las soluciones acuosas del HCI.

43. Para los hidruros m etálicos y no metálicos, ¿cuál de las nom enclaturas no corresponde al hidruro? I. Plumbano : PbH4 II. Sulfuro de hidrógeno : H2Siacl III. Oxidano

: PoH4

IV. Azano

: NH3

HBr y Hl son ácidos hidrácidos. III. Las sales Na2S 0 4, C a C 0 3 y NaCI pertenecen al tipo de haloideas. Resolución: Respecto a las proposiciones: I.

Verdadero

Resolución:

Los compuestos: AIH3, LiH, CaH2 son hidruros

I

m etálicos, ya que: Al, Li y Ca son metales.

Correcto PbH4: Hidruro metálico

II. Verdadero

II. Incorrecto

Son hidruros ácidos: HCI, HBr y Hl (halogenu-

^2^(g) + H20 sulfuro de hidrógeno

*■ H2S(ac|

ros), por esta razón al disolverse en agua for­

ácido sulfihídrlco

man ácidos hidrácidos:

(ácido hidrácldo)

HCI:

Ácido clorhídrico.

HBr: Ácido bromhídrico.

III. Incorrecto Polano —► PoH4

Hl:

hidruro no metálico

IV Correcto Azano, Am oniaco —►NH3

Ácido yodhídrico

III. Falso Las sales siguientes, son de los tipos: Na2S 0 4 | Oxisales CaC03 |

.-. No corresponden II y III

NaCI } Haloidea

44. En relación a las especies químicas

VVF Com puesto

1

2

fórmula

C o (OH)3

HCI(g)

46. Indique la alternativa que contiene com puesto y nombre comercial incorrecto:

¿Cuál es la proposición incorrecta?

I.

I.

II. NaCIO

1 es un hidróxido.

NaOH

: Soda cáustica. : Lejía

Q

III. SIC

: Carborundum

IV. Ca(O H )2 : Cal viva V. M g(O H)2 : Leche de m agnesia Resolución: El nombre comercial de un compuesto, hace re­

■

u ím ic a

C om puesto - N. Quím ico

N. C om ercial

NaOH Hidróxido de sodio

Soda cáustica

NaCIO Hipoclorito de sodio

Lejía

187

SiC Carburo de silicio

Carborundum

Ca(OH)2 Hidróxido de calcio

Cal apagada

Mg(OH)2 Hidróxido de magnesio

Leche de magnesia

ferencia a una muestra Impura, donde este es el com ponente principal.

@ | PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

®

PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II)

PRO BLEM A 3 (U N I 2 0 1 2 - I I)

Señale la alternativa que presenta la secuencia correc­ ta, después de determ inar si la proposición es verdade­ ra (V) o falsa (F), respecto a la correspondencia entre el nombre y su fórm ula química: I. Nitrito de mercurio (I)- Hg2(N 0 2)2 II. Sulfuro de potasio - KS III. Fosfato de m agnesio M g3(P 0 4)2

Entre los siguientes compuestos del Sn(IV), ¿cuál está mal form ulado?

A) VVF D) FFV

B) VFV E) FFF

C)FVV

Cloruro estánnico: SnCI4 Clorato estánnico: S n (C I0 3)4 Hipoclorito estánnico: S n(C IO )4 Perclorato estánnico S n (C I0 4)4 Clorito estánnico: Sn(CI20 2)4

Resolución: Para la sal oxisal: Sn ‘ .— . C I 0 21

Resolución: De las proposiciones: I. (V) Nitrito de m ercurio (I) ¡ón nítrico: (NO ,)' ión mercurio: (I): H g i2 —►Hg2(N 0 2)2 II. (F) Sulfuro de potasio ión sulfuro: S2 ¡ón potasio: K 1 —►K2S III.

A) B) C) D) E)

ión estánnico

=4

ión clorito

S n (C I0 2)4 Clorito estánnico

.-. S n(C i20 2)4: Mal form ulado Clave: E PRO BLEM A 4 (U N I 2 0 1 3 - I) ¿Cuántos de los siguientes iones nombrados? I. N n 0 4 —► ión perm anganato

(V) Fosfato de M agnesio ión fosfato: (P 0 4)3 ión magnesio: Mg2 —►M g3(P 0 4);

II.

N 0 3 —► ión nitrito

III.

Cr20 ;

IV.

0 2 —► ión peróxido

PROBLEMA 2 (UNI 201 2 - I)

V.

C rO ;

Los estados de oxidación del circonio en Z r0 ( N 0 3)2 y del mercurio en Hg2(N 0 2)2 son. respectivamente:

A)

1

A) D)

I.

Clave: B

+2; +1 +1; +1

B ) + 2 ;+ 2 E ) +4: 4 1

C ) + 4 ;+ 2

bien

—► ión dicrom ato —► ¡ón cromito B) 2

C )3

D) 4

E) 5

Resolución: 6-

7-

Mn( + 6 : + 7 ) M n 0 42: ión manganato; M n 0 4 ión per­ manganato

Resolución: Piden los EO del Z r y Hg en:

II.

X 2 Z rO (N 0 3)2

III.

Hg2( N 0 2)'2-

están

En un com puesto neutro la suma de los estados de oxidación es cero, x + ( - 2 ) + 2( —1) = O x = + 4 — EO(Zr) = +4 2y + 2 (—1) = O y = +1 — EO(Hg) - +1

35N( + 3 + 5 ) N 0 2 : ión nitrito N 0 3~ ión nitrato Cr( + 3-r-6) C r0 21 ión crom ito C r0 42 ; ión dicrom ato Cr20 72"

IV.

( 0 2) 2 ¡ón peróxido

V.

C r0 4 2 ión cromato

Están correctam ente nombrados: I, III y IV Claves: E

Clave: C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMA 5 (UNI 2013 - II)

2 4 7 12

A)

Perclorato de plomo (II)

B)

Tetróxido de dinitrógeno

C)

Decaóxido de tetrafósforo

D)

Hidrógeno carbonato de sodio

Identifique el com puesto que contiene átom os con número de oxidación +5. A)

perclorato de plomo (II)

B)

tetróxido de dinltrógeno

C)

decaóxido de tetrafósforo

D)

hidrógeno carbonato de sodio

E)

hidróxido mangánico

R e s o lu c ió n : De las alternativas:

P b (C I0 4); 4+ 2 -

n 2o 4

o ^

C

p s

■

o

188

1+ 1+ 4 + 2 -

NaHC03 3+

E)

Hidróxido m angánico

2- 1 +

Mn(OH)3

En el decaóxido de tetrafósforo, el fósforo actúa con estado de oxidación + 5 Clave: C

Q

PROBLEMAS Un átomo X es isóbaro con el Isótopo natural más abundante del azufre (Z = 16), también es ¡sótono con el Isótopo más abundante del cloro (Z = 17). ¿Cuál es la fórm ula del hidruro de X?

2.

A)

XH3

B) XH

D)

X ,H 5

E) XH4

3.

7.

+ H2 ......+ H2

III. H2C 0 3 + NaOH — IV. C a C 0 3 + HCI —

........+ H20 ........+ C 0 2 + H20

V. M gC O , + H2S 0 4 —► A) 3 8.

B) 4

+ CO, + H20

C) 6

D) 2

E) 5

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

T ¡0 2

Son com puestos covalentes que pueden ser binarios o ternarios principalm ente. II. Sus propiedades ácidas se intensifican en so­ lución acuosa debido al aum ento de los iones hidrógeno H \ III. En su estructura solam ente hay elem entos re­ presentativos (grupo A). IV. Sus soluciones acuosas enrojecen la fenolftalelna, siendo agrias al gusto.

a. verde b. amarillo

III. Fe20 3

c. azul

IV. U 0 2

d. blanco

A) la, llb, lile, IVd C )lc , lia, 11Ib, IVd E) le, llb, Illa, IVd

B) D)

A) V V W D) FVFV

Id, lie, Illa, IVb Ib, lid. Illa, IVc 9.

El aceite de vitriolo es un ácido muy utilizado en la industria para fabricar fertilizantes como agente oxidante cuando esta concentrado y caliente, en descapado del acero, en m etalurgia, etc. ¿Cuál es su fórmula? HN03 H2S 0 4

C) 4

Zn + H2S 0 4 —

II. Na + HCI —

II. CoO

A) D)

B) 3 0 E) 2

Indicar en cuántas reacciones es posible obtener una sal (oxisal o haloidea). I.

Algunos óxidos por el color que presentan son utili­ zados como pigmentos, entonces relacione correc­ tamente. I.

4.

A) 1 D)

C) X2H3

B) 1 :2 ; 5:1 D) 2; 2; 3; 2

189

PROPUESTOS

De los siguientes óxidos: CaO, N ,0 , NO, ZnO, AUO,, PbO,, Cr20 3, SiO, N20 5, indicar respectivam ente el número de óxidos básicos, ácidos, anfóteros y neutros. A) 0: 1 :4 : A C) 3; 2; 1; 3 E) 1; 2; 4; 2

■

u ím ic a

B) H2C 0 3 E) H C I0 4

C) HM nQ4

Señalar la relación incorrecta ión-nombre. A) N 0 2S23: ditioorbonitrato B) [Fe(CNO)6]* 3: ferricianuro C) C N S * : tiocianato

B) VFFF E) VVFF

C) VFVF

¿Cuál de los siguientes ácidos posee el mayor nú­ mero de enlaces dativos? I. Ácido carbónico III.Ácido sulfúrico. V. Ácido nítrico A) II

B) I

II. Ácido fosfórico. IV.Ácido perbrómico

C )IV

D)

V E) III

10. Cierto oxácido del arsénico (As) de fórm ula H,A yOz se deshidrata y se obtiene un óxido ácido heptatómico. Determine la atomicidad del ácido polihidratado de dicho elem ento tipo orto, si actúa con el m ismo número de oxidación que en el oxácido inicial. A)

7B) 14

C )1 6

D)

10 E) 8

D) S20 22 : bisulfato E) B40 72 : tetraborato Según la química analítica, los m etales con núm e­ ro de oxidación +3; +4; + 6 forman cationes oxige­ nados a partir de su sal cloruro dibásicos y tetrabásico, parte luego descom ponerse en oxisal y H20 . El nombre del catión tiene la term inación “ilo” . Indicar el número de proposiciones correctas: I.

A lO ' : alumínilo

II. B iO *3: bismutilo III. NO* : nitrito IV. U O ;2: uranilo

11. Señalar la fórm ula del ácido peroxiácido del azufre y cloro, respectivam ente: A) S2S 0 3 y H2CI20 5 B) H2S 0 4 y H2C I0 7 C) H2SO s y H C I0 5 D) HS20 4 y H C I0 8 E) Faltan datos de valencias de los elementos. 12. ¿Qué com puesto tiene m ayor número de átomos por unidad fórm ula? I. Tiosulfato de magnesio. II. Cloruro de calcio pentahidratado.

190

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III. Peroxlperm anganato argéntico. IV. Ferricianuro plúmbico. V. Pirosilicato básico de magnesio. A) III

B) V

C )IV

D) II

E) I

13. Un oxácido de un elem ento arifigeno, tiene como atomicidad 7. Si este elemento forma una sal neu­ tra al reaccionar con el hidróxido de aluminio, su atomicidad será: A) 12

B) 14

C ) 20

III. Los hidruros del grupo VA tienen por fórmula general EH5, por lo que son compuestos bina­ rios hexatómicos. IV. El com puesto LiAIH4 es un hidruro simple usa­ do como agente reductor en síntesis orgánica.

D ) 17

E) 15

A) VFVF D) W F V

A) H2M o0 4 : ácido molíbdico B) H,VO , : ácido vanádico

Sulfato de amonio: (NH4)2SO

C) H2UO j : ácido uránico

II. Ortofosfato diácido cúprico: C u(H ; PO ,)¿

D) H M n 0 4 : ácido perm angánico

III. Bisulfuro estanoso: SnHS

E) H2W 0 4 : ácido wclfrám ico

IV. Ferrocianuro de potasio: K4Fe(CN)6 V. Dioxoyodato (III) de plomo (IV): P b l0 2 , A) 2

B) 3

C) 4

D) 1

E) 5

15. Indicar el número de átomos presentes en una unidad fórm ula del pirosilicato básico de m agnesio (talco) y sulfato doble de aluminio y potasio dodecahldratado (alum bre) respectivam ente. A) D)

12: 24 8; 35

B) 13; 26 E) 21; 48

21. Hay una segunda forma de nombrar a los ácidos oxácidos recom endada por la IUPAC por su sen­ cillez y carácter sistemático. Indicar el ácido mal nombrado A) H-.SO,: trioxosulfato (IV) de hidrógeno. B) H N 0 2: dioxonitrato (III) de hidrógeno. C) H C I0 4: pertetraoxoclorato (VII) de hidrógeno.

C) 15: 30

16. Señalar el nombre común incorrecto de las si­ guientes sales hidratadas.

D) H2C 0 2: trioxocarbonato (IV) de hidrógeno.

E) H3P 0 4: tetraoxofostato (V) de hidrógeno. 22.

A) M g S 0 4.7H20 : sal de Epsom C) Nol2B4O 7.10H2O: sosa de lavar D) C a S 0 4 . 2H20 : yeso E) Na2S20 3.5H20 : hiposulfito de fotógrafos

tes, etc. C) El ácido sulfúrico es usado como agente deshi­ dratante. como electrólito en baterías, etc. D) El ácido clorhídrico es usado como catalizador para obtener glucosa y otros productos por hi­ drólisis del alm idón. E) El ácido nitroso es estable, aun cuando su so­ lución acuosa es calentada, siendo usado para reconocer los tipos de aminas.

17. Hallar la suma del estado de oxidación del platino, oro, nitrógeno y carbono respectivam ente en las siguientes especies químicas: [P t(N H ,)J 2: N H. HCN; C H. O. B ) +4: - 3 ; - 3 : - 2 D ) + 2 ;+ 1 /3 ;-3 ; 0

18. Cuál de las reacciones químicas es incorrecta. A) O xácido + base —► oxisal + H20 B) Hidrácido + base —► haloiclea + H20 C) No metal + 0 2 —► anhídrido D) Metal activo + H2 —► hidrácido E) Óxido ácido + H20 —» oxácido 19. Señalar verdadero (V) o falso (F) según correspon­ da, respecto a los hidruros. I.

Los hidruros no metálicos son gases a tem pe­ ratura ambiental y tóxicos por lo general. II. Los hidruros del grupo EH6, por lo que son com ­ puestos binarios hexatómicos.

¿Qué afirmación, respecto a los usos o propieda­ des de los ácidos, es incorrecta? A) E! ácido fluorhídrico es usado para grabar vi­ drio. produciendo un grabado liso en el vidrio. B) E! ácido nítrico diluido mancha las manos de amarillo, por su acción sobre las proteínas, siendo usado para fabricar explosivos, coloran­

B) C u S 0 4 ,5H20 : vitriolo azul

A ) + 2 :+ 3 ;- 3 ;+ 0 C )+ 2 ;-1 /3 ;-3 ; 0 E) +2; +3; - 3 ; + 4

C) V W V

20. Existen oxácidos que presentan en su estructura elem entos de transición. Indicar el ácido inorgánico mal nombrado.

14. ¿Cuántas fórm ulas correspondientes a los nom­ bres dados no son correctas? I.

B) FFFV E) VVFF

23.

Las sales hidratadas tienen muchas aplicaciones, ¿qué aplicación de la sal dada no es correcta? A) M g S 0 4.7H20 purgante, tintura, curtido. B) C u S 0 4. 5H20 insecticida, conservador de madera, plaguicida. C) Na2B4O 7.10H2O ablandam iento de agua, vidrio pírex. D) C a S 0 4.2H20 placas de muro seco, cemento, fracturas. E) Na2S20 3.5H ,0 agentes de limpieza, lavado de tejidos.

Q

A) D )2

24. Respecto a las sales hidratadas ¿qué proposición es falsa? A) Una sal anhidra es higroscópica cuando absor­ be agua form ando un hidrato. B) Una sal anhidra es delicuescente cuando ab­ sorbe humedad del aire hasta producir una so­

iónico. E) Las sustancias higroscópicas se usan para conservar m edicam entos, piezas de metal,

mediante enlace dativo. II. El anión S 0 42, se une a una molécula de H20 m ediante enlace puente de hidrógeno. III. Si se Introduce cierta cantidad de esta sal a un horno sufre un proceso de delicuescencia. A) V W D) VFV

B) FVF E) FFF

A) Forma parte del vidrio, cemento, arena, etc. B) Actualm ente en algunos países europeos, se usa cal viva para atenuar las consecuencias. C) La hematita es la mena del hierro, el cual se extrae en un proceso m etalúrgico llam ado side­ rurgia. D) El óxido de aluminio tiene una entalpia de for­ m ación exotérm ica muy grande, esta propiedad confiere utilidad al aluminio como propelente en los trasbordadores espaciales. E) El dióxido de carbono C 0 2 es usado para fabri­ car hielo común, en cervecerías, en la prepara­ ción de bebidas gaseosas, etc. 27. ¿Cuántas aseveraciones son correctas, respecto a los hidróxidos? I.

Son compuestos iónicos ternarios generalm en­ te, cuyo grupo funcional es el ión hidróxilo (O H- ) II. Pueden producirse directam ente cuando cual­ quier metal activo reacciona con el agua a tem ­ peratura ambiental. III. Sus soluciones acuosas son untuosas al tacto, presentando sabor cáustico. IV. Los álcalis son los hidróxidos del grupo IIIA, de­ bido a que presentan propiedades anfóteras.

III. NH„OH(ac,

c. detergente industrial

IV. Mg(OH)2

d. lim piador de hornos B) le, lia, llld, IVb D) le, lid, lllb, IVa

29. En base a la capacidad de combinación (valen­ cia) reconozca la fórm ula del com puesto que se obtiene al com binar los elem entos Sn(Z = 50) y F(Z = 19). A) SnF D) SnF5

B) SnF2 E) SnFe

C) SnF4

30. Indicar la alternativa que presenta la relación inco­ rrecta sal-nombre. A) Na3S b 0 4: antimoniato sódico B) M g S 0 4: tetraoxosulfato (VI) de magnesio C) NiCr20 7: dicrom ato de níquel (II) D) (AsH4)2S 0 4: sulfato de arsénico E) HgCNO: cianato de m ercurio (I)

C) VFF

26. Respecto a las aplicaciones de los óxidos, indicar la alternativa incorrecta.

a. antiácido estomacal b. lim piador de vidrios

NaO H(acl

A) la, IIb, lile, IVd C )Ib, lie, llld, IVa E) Id, lia, 11Ib, IVc

25. Sobre la sal hidratada CuSO 4.7H20 , indicar verda­ dero (V) o falso (F), según corresponda. 6 m oléculas de H20 están unidas al catión C C r2

191

C )4

II. KOH(ac¡

I.

acondicionadores de aire, etc.

I.

■

28. Relacionar correctam ente el hidróxido y su aplicadon.

lución líquida. C) La pérdida de agua de una sal hidratada (par­ cial o total) por elevación natural de la tem pera­ tura o dism inución de la presión atm osférica se llama eflorescencia. D) El agua en la sal hidratada se une a la sal anhi­ dra mediante enlace covalente dativo y enlace

1 B) 0 E )3

u ím ic a

31.

Nombre de los siguientes ácidos oxácidos respec­ tivamente: I. H2C 0 3 II. H2S 0 4 III. H2T e 0 4 A. Carbónico, sulfúrico, teluroso B. Carbonita, sulfuroso, teluroso C. Sulfuroso, carbonato, telurioso D. Carburo, sulfúrico, tecnésico E. Carbónico, sulfúrico, telúrico.

32. Al com parar al NH3 y H20 podem os concluir que: I.

Am bas presentan una geom etría electrónica tetraédrica.

II. El NH3 es una molécula angular mientras que el H20 es una molécula piramidal. III. El H20 presenta menor ángulo de enlace que el nh3

A) Solo I D) I y III

B) Solo II E) I; II y III

C) Solo III

33. En las ferreterías se conoce como alumbre y car­ buro, respectivam ente: A)

C u S 0 4; NaOH

B) H2S 0 4; N a H C 0 3

C)

AI2(S 0 4)3; CaC2

D) C u S 0 4.5H20 ; NaCI

E)

CaCI2.2H20 ; CaC2

34. Señale la relación fórm ula-nom bre comercial inco­ rrecta:

192

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

A)

NaOH(acJ

: soda cáustica

B)

H20 2(ao|

: agua oxigenada

a p ie n s

C) C a S 0 4.2H20 (s) : yeso D) Ca(OH )2(ao| : agua de cal E)

H N 0 3¡acj

: agua regia

35. Indique en cuál de las siguientes alternativas se nombra correctam ente los siguientes compuestos, en el orden en que se presentan: HaHSO,; CuBr: F e (N 0 3)3; Na2H P 0 4; Ni(CIO )2

C) I - 1; II - 2; III D) I - 2; II - 1; III E) I - 1; II - 3; III -

3; IV - 4 4; IV - 3 2; IV - 4

39. Señale la alternativa que contiene un hidruro m etá­ lico y un hidruro no metálico, en ese orden. A )N H 3 y H 20 D) CH4 y B2H6

B) NaH y A IH 3 E) KH y PH,

C) KH y C aH 2

40. En un almacén se encuentran las siguientes sus­

A) Bisulfito de sodio, brom uro cuproso; nitrato fe­ rroso; ortofosfato disósdico; hipoclorito nique-

tancias: NO; C 0 2; K20 ; MgO; S 0 3; ¿Cuáles de las

loso. B) B isulfito de sodio; brom uro cuproso; nitrato

I.

férrico; fo sfa to ácido sódico, hip o clo rito ni­ quelóse. C) Bisulfito de sodio; bromuro cuproso; nitrato fé­ rrico, fosfato ácido sódico; clorito niquélico. D) Bisulfito de sodio; bromuro cúprico; nitrato fe­ rroso; ortofosfito sódico; hipocloroito niqueloso. E) Bisulfito de sodio, hipobromito cuproso; nitrato férrico, ortofosfato disódico, clorito niqueloso.

siguientes proposiciones son correctas? El número de óxidos básicos es m ayor al de óxidos ácidos. II. Son óxidos básicos: K20 y MgO III. Son óxidos ácidos: NO; C 0 2 y SO, A) Solo I D) II y III

B) Solo II E) I, II y III

C) I y II

4 1 . Indique verdadero (V) o falso (F) a cada una de las siguientes proposiciones: I.

36. En relación a los com puestos siguientes:

En los hidruros metálicos, el hidrógeno tiene estado de oxidación +1.

II. El HCI,gi en m edio acuoso, forma un ácido h¡Compuesto

I

II

Fórmula

h 2s o

3

H2Cr20 7

drácido. III. Los metales de transición forman hidruros me­ tálicos con su m ayor estado de oxidación.

¿Cuál proposiciones es incorrecta? A) B) C) D)

I y II son ácidos ternarios I es ácido sulfuroso II es dicrómico El estado de oxidación del azufre es mayor que el estado de oxidación del cromo. E) El S 0 2 y el agua origina el com puesto I.

A) W F D) VVV

B) FVF E) VFF

C) FFV

42. Las fórm ulas de un óxido básico y un óxido ácido, respectivam ente, son: A) Cr20 3; C 0 3 B) S 0 3; C u 0 2 D)

Fe20 3;

S02

C ) C u 0 2; S 30 E) A l20 3; ZnO

37. Se tiene los siguientes compuestos: C 0 2lui, Mn20 7(5), C r 0 3(sl, S 0 3(tJI, Fe20 3{s), N20 5(g). Indi­ que la proposición verdadera: A) Existen más óxidos ácidos que óxidos básicos. B) El número de óxidos ácidos es menor que le número de óxidos básicos. C) Existe igual número de óxidos ácidos y óxidos básicos. D) Todos son óxidos básicos. E) Todos son óxidos ácidos.

43. Señalar la relación correcta entre la fórm ula del óxido y la nom enclatura Stock correspondiente: A) Ni20 - óxido de niquel (II) B) Cr20 3 - óxido de crom o (IV) C) Pb30 4 - óxido de plomo (II) D) Fe20 3 - óxido de hierro (III) E) Fe30 4 - óxido de hierro (II) 44. Sobre los compuestos se puede decir que: I.

38. ¿Cuál de las cuatro relaciones ión-nombre, es correcta? IÓN

NOMBRE

I. cio21 II. CIO

2. Clorato

ni. cío; iv. cío;

4. Hipoclorito

1. Perclorato

3.

Clorito

A) I - 3; II - ¿t; III - 1; IV - : B) I - 2; II - 0i; III - 4; IV -

Se forman cuando los elementos se combinan en proposiciones definidas.

II. Se representan mediante una fórmula. III. En la fórm ula los elem entos participan con un número de oxidación. IV. La capacidad de com binación de un elem ento en una fórmula, depende de su ubicación en la tabla periódica. A) VFVV D) F W F

B) VVVV E) VVFF

C) F V W

Q

45. De las proposiciones:

I.

El estado de oxidación representa la carga eléctrica real o aparente. II. El signo del estado de oxidación depende de la electronegatividad de los átomos enlazados. III. En una misma estructura molecular un elemen­ to puede tener átomos con diferentes estados de oxidación. Es(son) correcta(s): A) Solo I D) I y II

B)Solo II E)I, II y III

C) Solo III

46. Indicar el compuesto de mayor cantidad de átomos

a. Cr(OH) 2 d. NH A) B) C) D) E)

la; le; le; la; Id;

Mb; He; Ha; He; llb;

lile; Illa; lile; lile; Illa;

■

193

c. Na,O

b NaH e C r03 IVd; IVb; IVd; IVb; IVc;

u ím ic a

Ve Vd Vb Vd Ve

52. Identifique las sustancias que no son hidróxidos: I. NaOH II. H O - N 0 3 III.B (0 H )3 IV. Fe(O H)2 A) Solo II D) I y IV

B) II y III E) I, III y IV

C) I y III

por unidad fórmula: A) Hidróxido de calcio C) Óxido ferroso E) Peróxido de bario

B) Óxido de galio D) Hidróxido de aluminio

III. Se form a el hidróxido de calcio a partir de:

47. Marcar lo incorrecto:

A) B) C) D) E)

CaO (s) + H20 (l)—►Ca(OH )2(ac)

Hidróxido de potasio: KOH Óxido de litio: Li20 Óxido de magnesio: MgO Hidróxido cloroso: CI(OH)3 Óxido cúprico: CuO

A) D)

48. Respecto a los nombres de iones que se indica,

¿cuál es incorrecta? I. Ca2+: Catión calcio II. Fe2+: Catión hierro (II) III. Cr3+ : Catión cromo (IV) IV. C r : Ión cloruro V. 0 2“ : Ión peróxido VI. OH": Ión hidróxido A) II, IV y IV D) II y IV

B) III y IV E) I, II y V

C) Solo III

siguientes compuestos: I. NaH(s) : Hidruro de sodio (I) II. H2S(g) : Sulfuro de hidrógeno MI. FeH2(s) : Hidruro de hierro B) W F E) FFF

C) FFV

50. En la relación de compuestos químicos siguientes,

indique cuantos ácidos hidrácidos existen: CuO; CaH2; Mn03; AgOH; H2S(ac) A) 1 D )4

B) 2 E )5

51. Relacionar:

I. II. III. IV. V.

Óxido básico Óxido ácido Hidróxido Hidruro metálico Hidruro no metálico

VV V FFV

B) W F E) FVF

C) VFV

54. Los átom os de los elem entos “J” y “L" poseen una carga nuclear cuyos valores son 20 y 17, respecti­ vamente. ¿Cuál es la posible fórm ula del com pues­ to que form an “J” y “L”? A)

J2L2

B) JL2

D)

J3L2

E) JL4

C)

j 2l 3

55. Determ ine el estado de oxidación del elem ento su­ brayado, respectivam ente:

49. Indique la relación correcta nombre - fórmula de los

A) VVV D) F W

53. Indique verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda: I. NaOH Hidróxido de sodio II. Fe(O H)3 : Hidróxido de hierro (III)

C) 3

I. NH3

II. K,C r,Q 7

III.M n O ,

IV.H2S 0 3

A. —3; + 5 ; + 7 ; + 6 C. + 3 ; + 6 ; + 7 ; + 4 E. + 3 ; +6; +7; + 6

B. —3: +6; -f-6; + 4 D. - 3 ; + 6 ; +7; + 4

56. Una de las reacciones quím icas no es verdadera: A. O xácido + Base —►O xisal + H20 B. Hidrácido + Base —♦ Sal haloidea + H20 C. No m etal + 0 2 —* Anhídrido D. M etal + H2 —►Hidrácido E. Óxido ácido + H20 —* Oxácido 57. Determ ine lo(s) incorrecto(s), según sea el caso: I.

El crom o es un anfótero y en el óxido cróm ico actúa como no metal.

II. Cuando la “cal viva” se hace reaccionar en agua, se form a “lechada de cal”, que es una suspensión básica. III. La “m agnetita” es una mezcla de óxidos de hie­ rro que son alótropos. IV. La soda y potasa cáustica son Ca(OH)2 y KOH disueltos en agua, respectivam ente.

194

■

C

o l e c c ió n

A) I y II D) Solo IV

U

B) E)

S

n ic ie n c ia

Solo III I, III y IV

a p ie n s

C) I y I

III.

58. Marque la pareja de com puestos que correspon­ den a ácidos oxácidos dipróticos: A) H2S; H2S 0 4

B) H C I0 3; H3P 0 4

C) E)

D) H2C 0 3; H3P 0 3

H2Se; H2S 0 3 H2S20 7; H2T e 0 3

A) FVV

B) FFV

C )W F

D) VFV

E) VFF

64. Indique en las siguientes proposiciones verdadero (V) o falso (F): I.

59. Indicar el com puesto que tiene menor cantidad de átomos de oxigeno: A) Óxido niquélico B) Óxido carbónico C) Hidruro de potasio D) Óxido sulfúrico E) Hidróxido m ercurioso

Los ácidos oxácidos que son dipróticos presen­ tan el no metal con estado de oxidación par. II. El ácido carbónico es un ácido oxácido diprótico. III. El nombre del H2S e 0 3 es ácido selenioso. A) VVV

B) VVF

C) VFV

D) FVV

E) FFV

65. Señale el número de ácidos oxácidos m onopróti­ cos en la siguiente lista de ácidos.

60. Indique el com puesto cuya nom enclatura es inco­ rrecta: A) B) C) D) E)

El sulfato de aluminio form a sales dobles llam a­ das alumbres.

Na20 : Óxido de sodio C a(O H )2: Hidróxido de ca ld o FeO: Óxido de hierro (II) LiOH: Hidróxido de litio CuO: Óxido de cobre (I)

HCI; H N 0 2: HCN; H2S 0 3; H3P 0 4; H3P 0 2; HCICT A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

66. Dadas las siguientes fórmulas: I. NIS

II. CuSI2

IV.A u HS0 4

V. Z n3(A s 0 4)2

III. (NH4)2S¡20 5

Considerando orden correlativo, ¿qué nombre es incorrecto?

61. Indique en que caso el nombre no corresponde a la fórm ula química: A) N2O e B) N2Ó, C) NO D) N 0 2 E) N20

Pentóxido de dinitrógeno Trióxido de nitrógeno Monóxido de nitrógeno

67. En la siguiente relación de sales, ¿cuántas son sa­ les acidas?

Com puestos organom etálicos Com puestos de naturaleza ácida Ácidos hidrácidos Hidruros Hidrocarburos

I.

M g S 0 4 + 7H20 —►M g S 0 4.7H20 es un proceso de eflorescencia. II. Las sales que presentan delicuescencia son usadas como detectores de humedad.

E D B D D A E E C

10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

E C C D B E C D D

19. 20. 21. 22.

NaHC03

C a (H S 0 4)2

Na2H P 0 3

KH2P 0 2

CaOHCIO

HMnCb

F e (N 0 3)3

(NH4)2S 0 4

A) 2

63. Indicar ve rdadero (V) o falso (F) según co rre s­ ponda:

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Sulfuro de níquel (II) Cloruro cúprico Silicato de amonio Sulfato ácido de oro (I)

E. Tetraoxoarsenlato (V) de zinc

Dióxido de nitrógeno Monóxido de dlnitrógeno

62. Los compuestos: CaH2; KH; AIH3 y CuH2, son: A) B) C) D) E)

A. B. C. D.

E B C E

23. E 24. D 25. C 26. E 27. A

28. D 29. C 30. D 31. E 32. D 33. C 34. E 35. B 36. D

B) 4

C) 7

D) 5

E) 8

68. Según la nomenclatura clásica, Indique lo incorrec­ to respecto a las sales oxisales neutras: A) C a C 0 3

Carbonato de calcio

B) N a N 0 3

Nitrato de sodio

C) K C I0 4

Perclorato de potasio

D) NaCIO

Clorato de sodio

E) Ca3(P 0 4)2

Fosfato de calcio

37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44.

A A E B B D D B

45. E

46. D 47. D 48. C 49. B 50. A B

51. 52. 53. 54.

B A B

55. D

64. A

56. D 57. E

65. A

58. E 59. E 60. E 61. B 62. D 63. A

66. A 67. A 68. D

Conceptos físicos

O D

Q .

O O

D a n ie l G a b rie l F a h re n h e it (G dansfe, 24 de mayo de 1686-La Haya, 16 de septiembre de 1736) fue un físi­ co, ingeniero y soplador de vidrio alemán étnico, célebre entre otras cosas por haber desarrollado el termómetro de mercurio y la es­ cala Fahrenheit de temperatura.

T ra s la m u e rte d e su s p a d re s e fe c ­ tu ó v ia je s d e e s tu d io a A le m a n ia , In g la te rra y D in a m a rc a . S e esta­ b le c ió lu e g o e n Á m s te rd a m , en e sa é p o c a u n o d e lo s p rin c ip a le s c e n tro s d e fa b ric a c ió n d e in s tru ­ m e n ta l c ie n tífic o , d o n d e tra b a jó c o m o s o p la d o r d e v id r io . A h í c o ­ m e n z ó a d e s a rro lla r in s tru m e n to s d e p re c is ió n al c re a r lo s te rm ó m e ­ tro s d e a g u a (1709) y d e m e rc u rio (1714). En 1714 publicó en Acta Eruditorum sus investigaciones, pro­ poniendo una nueva escala para la medición de temperaturas. Fahrenheit diseñó una escala, empleando con referencia una mezcla de agua y sal de cloruro de amonio a partes iguales, en la que la temperatura de congelación y de ebullición es más baja que la del agua. El valor de con­ gelación de esa mezcla lo llamó 0 °E a la temperatura de su cuerpo, 96 °E y a la temperatura de congelación del agua sin sales la llamó 32 °E El motivo de asignar a la temperatura del cuerpo el valor 96 era la necesidad de que entre el cero y el 96 hubiera una escala formada por una docena de divisiones, cada una de ellas subdividida en ocho partes.

F u e n te : W ifeip ed ia

196

■

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a p ie n s

Resolución

<4 DENSIDAD Es una unidad de concentración física de toda especie homogénea. Nos indica la masa (m) existente por uni­ dad de volumen (V).

D = 2 g/L; m

48g

como: D = ?

=» V =

m D

48 g 2 g/L

Densidades conocidas D :

m V

D: densidad absoluta

1.

D H2o

2.

D H2

3.

D N H3=

Considerando en los 3 estados de la materia.

4 .

D Fe

La densidad de una sustancia varía de acuerdo con su estado, ejem plo H20 .

5.

D aoelte

6-

D aCeite =

(I)

Unidades:

9 . kg. Ib . Ib -r2-; mL L pie ’ gal

A 0 °C hielo tiene una densidad de 0,9998 g/mL. A m edida que aum enta la temperatura, la estructura rígida del hielo colapsa aumentando la densidad. A 4 °C no predom ina ningún efecto y el agua alcan­ za su m áxima densidad de 1,0000 g/mL. Por encima de 4 °C existe el efecto de un aum en­ to m olecular y el líquido continúa dilatándose, por consiguiente dism inuye su densidad.

= 1,0 g/mL = 13,6 g/mL 2,1 g/mL

= 7,8 g/mL = 0,8 g/mL 1 ,3

9/ L

<4 DENSIDAD DE UNA MEZCLA Cuando varios com ponentes se unen para form ar una mezcla. Su densidad se halla: D_ =

m,

masa total Volum en total

M

E je m p lo : 2 Com ponentes: A y B

D(g/mL)

Da D„

T(°C) Para el H20 : D = 1 g mL g Dh2° “ 1 ÍÍÍL V

1 L 5 = 62,4 L pie

Para “n” componentes:

M, -t- M2+ M 3 + ... + Mn

kg Dh2° " 1 L

V, + V2 + V3 + ... + Vn

m = DV D m á D i I" D2 + D3 + ...

Reem plazando en ecuación (ó) y DH20: m = (1)V m = V

^menor

numéricamente

^ ^mayor

E je m p lo s : E je m p lo s :

1.

•

m = 1g

V = 1 mL

•

m = 4 g

V = 4 mL

•

m = 100 g

V = 100 mL

•

m = 3 kg

V = 3 L

•

m = 40 kg

V = 40 L

•

m = 135 kg

V = 135 L

Hallar la densidad de una mezcla com pues­ ta en volúm enes iguales de agua y alcohol (D = 0,89 g/mL) Resolución: VH 2o = V alc. = V ;

DH2o = 1 g/mL Dalc = 0,8 g/mL

La densidad de un cuerpo depende de la presión y temperatura; am bos parám etros modifican el volu­ men del cuerpo, pero no su masa. Alcohol

E je m p lo : Hallar el volum en de un cuerpo cuya densidad es 2 g/L, sabiendo que contiene 48 g de masa.

m alc. +

m 'H i 20

V ,ln + VH20 —

H20

Q

D aic V

+

ale. T

D „ 20V

D alc +

D , h20 <-'

Generalizado: (I) Para “n" componentes: V, = V2 = V3 = ... = V„ D 4+

D 2 +

D 3 + . . .

-t- D

n

Media aritmética

Unidades: 9 . kg. _lb_ pie3 9 -1 mL

J L

mL

(II) m, = m2 = m3

f: fuerza ...(a)

W = mg D m =

2.

_1_ j _

j_

JL

D 1 +

D 3 + , " +

D n

D 2 +

Media armónica

Relación entre y y D w = Mg = D V V a

Hallar la densidad de una mezcla form ada de vina­ gre y H20 , si se unen en masas iguales. 0,75 g/mL

DH2o = 1 g/cm 3

197

Peso especifico absoluto

w y= ■

= 0,9 g/mL

D u =

■

...(a)

2V Dm =

u ím ic a

Resolución:

y = Dg

fS E B S L Si la g = 9,8 m/s2 y 45° ]La masa y el peso son latitud sobre el nivel del m ar.) numéricamente iguales.

Si m„ = m.h 2o M edia armónica

Dm = Dy

numéricamente

DH20 i 0,86 g/mL

1

D

y

0,75

<4 DENSIDAD RELATIVA (Dr)

E je m p lo s :

Es la comparación (cociente) entre dos densidades ab­ solutas. No tiene unidades dimensionales.

1.

Dr =

=

D .d e l cuerpo D. de la sustancia de comparación

Asi: D -2 * ° A/B - DR

Densidad del cuerpo A respecto al cuerpo B.

a) masa = 5 g b) masa = 50 g c) masa = 10 g

peso = 5 g peso = 50 g peso = 10 g

a) DHg = 13,6 g/L b) DH20 = 1 g/mL c Dalre = 1 , 3 g/L

yHg = 13,6 g/mL

masa

(g; kg; Ib) S. Abs

Se asume sustancias de comparación: H20 : para sólidos y líquidos

W

(g; kg; Ib)

S. técnico gravltacional (STG)

E je m p lo : W = 10 kg (STG)

E je m p lo : a, L __ n o r\r _ D‘-'aceite _0,8 w' u g/m a,l,,LD r(aM.le) - 1 g/L - 0 '8 Da¡,e = 1,3 g/L : _ DNh3 _ 2,1 g/L Dr
yH2o = 1 g/mL •/aire = 1 , 3 g/L

para gases: 1,6

g = 9 ,8 m /s2 1 kg = 9,8 N = 9,8 kgm/s2 Hallar: m (S. Abs) Resolución: W

m = — W mg ^ m

g

PESO ESPECÍFICO (PE) O (y) Es una unidad de concentración física de toda especie homogénea que resulta de la comparación entre el peso (W) de la especie por cada unidad de volumen (V).

m =

10 kg

9-Sk9(¡})

9 ,8 ^

1 kg

m = 1 0 kg

198

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^ácido batería

Si la masa está en el sistema absoluto y el peso en el sistem a técnico. m = W = 10

numéricamente

1285 g 40 , (m á, 100

40 (1285 g) 100

= 514 g

Como: D = y => D ,= yr 3.

GRAVEDAD ESPECÍFICA (GE) Es una pr o yr Y se obtiene al com parar los pesos de 2 sustancias cuando se considera volúm enes iguales de ambas sus­ tancias. La sustancia de comparación es necesariamente: H20 : sólidos y líquidos Aire: gases

Yh 2o

GE,

_

Resolución: D m = 0,96

Mv = Ma = m mM= 2 m

Va = § V M

De: D = — => -•?- = V D„ 5 \ D, D =

iX

g cm

v„=fvM

_D a d h„

Ya

G Ea =

La densidad de una mezcla de aceite y vinagre es 0,96 g/cm 3. Determ inar la densidad del aceite, sabiendo que para masas iguales el volumen del vinagre es 2/5 del volumen de la mezcla.

Gases

/a ire

5D m 3x2

r(0,96) =» D3= 0,8 g/cm 3 6'

La densidad de un cuerpo es 2 kg/L. Determinar el vo­ lumen en galones peruanos para 44 Ib de este cuerpo.

Aplicación:

Resolución m D = V

V = 10 mL.

i

D = 2 kg/L

H ,0

v=

WA = 20 g Hallar: GE

m = 44 ib

m = 4 4 lb /_ 2 k g _ \ = 1Q| D 2 kg /L \ 2,2 Ib /

1 galón peruano = 4 L

Resolución: V = 10 L

V H2o = 10 mL.

VA = VH2o

11 galón 4L

2,5 galones

■■■ W H20 = 10 g GE a

WA V ^ 2o

La densidad relativa de un cuerpo A con respecto a un cuerpo B es 12 y la densidad relativa de B es 2. Determ inar la densidad de una mezcla form ada por volúm enes iguales de los líquidos A y B.

= 20 g 1 0g

GEa = 2 E je m p lo s :

Resolución:

1.

D a

2.

¿Cuál es el costo de 3 litros de aceite importado cuya densidad es 0,8 g/mL y se vende a S/,7,00 el kilo?

= 12

= 12

Resolución:

Dr,R) — 2

1 kg -> S/,7,00 V = 3 L r = 0,8 g/m L = 0,8 kg/L

DH2o = 1 g/cm

H20

j

3

Si: r = n i => m = rV =* m = 0,8 x 3 = 2,4 kg

en (a): DA = 24 Dm: volúm enes iguales

Hallando el costo en SI. :

_ Da + Db L-,M— ^

.(P)

S /.7 ,0 0 ) 2,4 kg 1 kg

Reem plazando en (p): DM =

= 13 g/cm 3

S/,16,8

Un ácido de batería tiene una D = 1285 g/mL y contiene 40% en masa de H2S 0 4 puro. ¿Cuántos gram os de H2S 0 4 puro contendrá un litro de ácido de batería? Resolución:

Se tiene una mezcla de un líquido X con H20 , de tal manera que la densidad total es 1,4 g/cm 3 y 1 litro de volumen. Si se extraen 400 g de agua, determ i­ nar la nueva densidad de la mezcla. Resolución:

% H2S 0 4 = 40% m„

6.

Dáda„Vác¡do = 1285 ^

1 L = 103 L x 103 mL

D = 1,1 g/cm 3

a

V = 1 L = 1000 cm 3

mT = DV => mT = 1,4(1000) =» mT = 1400 g

Q

( T ) mT - 1 400 g

T

C

Q

1L

X

I

h 2o

®

extrae 400 g (H20 ) ----------------- ►

■

u ím ic a

199

Agrega 30 cm 3 H_0

X

h 2o

mT = 1000 g ii 3 Hallando: mT (mezcla) m ' = 1400 - 400 = 1000 g Hallando: V (mezcla): V = V in¡

V„

V ( = 1000 cm 3

V M= 1000 cm 3

D, = 1,3 g/cm 3

D m = 1,1 g/cm 3

m. = D.V. = 1 3 0 0g

m = 1100 g

Se extrae: 400 g (H20 ) Se sabe: MH20 <> V H20 numéricamente VH h. 2 o = 400 cm 3 (extraído)

400 g (H20 )

- V„ = 1000 - 400 = 600 cm 3 m T„ 1000 * D mii = 1,6 g/cm 3 D m.. = V, 600 Se tiene 2 líquidos A y B cuya masa total es 1200 g en un litro de volumen; se extraen 200 gra­ mos de un líquido A y como consecuencia la den­ sidad de la mezcla aumenta en 0,3 g/cm 3. Hallar la densidad del líquido A.

Caso II:

m M= m, = m IKx) + mH20 (añadido)

1100 = 1300 - 30DX

.-. Dx = 6,7 g/cm 3

Un recipiente lleno de aceite (Dr = 0,8) tiene una masa de 750 g. Si está lleno con agua su masa será 930 g. ¿Cuánto será su masa cuando esté lleno con cerveza (Dr = 1,1)? Resolución: m = DV (2) D = 1

(3) D = 1,1

H,0

Cerveza

Resolución:

t, +

= 930

m „

m,1 +

m cerv.

I

i

\

0,8 V

1V

1,1 V

(2) - (3): V - 0,8V = 180 => V = 900 Hallando la m ,(m asa del frasco) en (2): Caso I: MT| = 1200 g

m, + 1 x 900 = 930 => mf = 30 g

rm, VT = 1 / L= 1000 cm 3 =» D t = Tl 'I VT DT| = 1,2 g/cm 3

1200 1000

Caso II: Mt = 1000 g !l a DT|| = 1,2 + 0,3 = 1,5 g/cm 3 VT„ = V, - V „ tr (A)

1000 1,5

1000

■

200 Da

En (3): mf + mce„ = 30 + 1,1 x 900 = 1020 g 10. Una aleación de metales A y B tiene una densi­ dad de 5 g/cm 3. Si las densidades de A y B son de 4 g/cm 3 y 10 g/cm 3 respectivam ente, ¿qué porcen­ taje en masa de A hay en la aleación? Resolución : D

D a = 0,6 g/cm

n\

M v

B

Se tiene una mezcla del líquido “x ” con H20 de tal m anera que contiene un volum en total de 1 L y su densidad es de 1,3 g/cm 3. Se extraen 30 cm 3 del líquido “x" y se agrega igual cantidad de agua, como consecuencia la densidad de la m ezcla dis­ m inuye a 1,1 cm 3. Determ inar la densidad del lí­ quido “x ” .

10VB; DM= 5 g/cm 3

4Va; mB m

%mA =

m_

(

100 )

mA + mB VA + VB I______

De: D „

..(a)

me 10 mA 4

: 2m „ 2m „ E n (a ):% m A = | ^ ( 1 0 0 )

6 6 ,6 %

200

■

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a p ie n s

11. Si tenem os una mezcla que posee 40% en volu­ men de A. (D a = 1,2 g/cm 3), 20% en masa de B (D b = 2 g/cm 3) y el resto es agua. La densidad de la mezcla es:

Resolución: Diseño: 1 batería:

Resolución:

B H ,0

Vs = 1,8 L = 1800 mL rs = 1,22 g/mL ms = DSV S = 1,22 X 1800 = 2196 g

D

m

g/mL

V

1,2

0,4V

2

0,2m

0,1m

1

0,8m - 0,48V

0,6V

d

Um

m.H2SO4

mL

g 0,48V

300

30%m, w w r v ...s

^Q Q

x 2196

mH2so4 = 663,2 g

... 1 batería

Damajuana:

0,1m

- m v

Du = 1,84 g/mL V u = 60 L = 60 000 mL

Solución H,SO

m: masa de la mezcla V: volumen de la mezcla Líquido A:

mso, = 1 ,8 4 x 6 0 000 = 110 400 g

VA = 40% V =* VA = 0,4V mA = DaVa = 1,2 x 0,4V = 0,48V

m H2so 4 = ^

Líquido B: n Om m w _ mB 0,2 B D “ 2

x

110 400

=

105 984 9

Hallando el número de baterías: 1 batería -» 663,2 g

0,1m

H ,0 - • m;H2O ' V H o (num éricam ente) 0,8m - 0,48V = 0,6V - 0,1m => 0,9m = 1,08V

n.° de baterías <- 105 984 g n.° de baterias = 199 9^ 4 = 160 663,2 160 baterías

D- v

= :ü f = 2'2g/cm3

<4 PRESIÓN (P)

12. D eterm inar la masa de H N 0 3 puro disuelto en 400 mL de una solución acuosa cuya densidad es 1,3 y contiene 30% en masa de ácido. Resolución: (C

F„

T hno

Vm I

3

30%

Dm = 1,3

Es una magnitud física de tipo tensorial, es decir, que sus efectos se perciben en todas las direcciones. Se obtiene al com parar el m ódulo de una fuerza (FR) per­ pendicular resultante por unidad de área (A).

i

mL

rnm = DmVm = 1,3 ^ ( 4 0 0 mL) =» mm = 520 g mHN03 — 30%rnm

30

100

x 520

.-. mHNO = 1 5 6 g

13. Un fabricante de baterías encuentra que su diseño requiere aproxim adam ente 1,8 litros de ácido sul­ fúrico al 30,2% en masa, D = 1,22 g/cm 3. ¿Cuántas baterias podrá preparar con una dam ajuana de 60 litros de ácido sulfúrico al 96% en masa cuya den­ sidad es 1,84 g/cm 3?

P: presión Fr : fuerza resultante perpendicular A: área Unidades: STG:

9

kg '

9-

kg

Q

inglés:

^ pulg

p _ F sen« A

general:

201

PN = Yh9(20 cm)

1 b a r= ld ™ cm

= psi

■

Resolución:

= - ^ = Pascal (Pa) m

m

u ím ic a

(13,6 g/cm 3)(20 cm) : 272 g/cm 2

En un m ismo líquido, las presiones a un m ismo ni­ vel son ¡guales.

Tipos de presión Presión de líquidos. También denominada presión hidrostática (líquidos en reposo) Es la presión ejercida por toda aquella sustancia que se encuentra en estado líquido y que depende de la naturaleza del líquido (yL) y la altura que alcanza la columna del líquido (h).

--(P)

Presión de un líquido: ...(X)

P* = yLh Py = YLH

PL= y Lh £_ Pl = A

...(a)

FL= W L = yLV W L= yL Ah en (a): PL =

...(a) PY = PE

yLAh

---()

( p ) es DP a (Ñ ) Como: H > h => PY > é - (x) Py _ P, = Yl (H _ h)

... (0)

Vasos comunicantes. Es un sistema de depósitos que se encuentran unidos por sus bases, conteniendo líquidos.

PL = yL h

De la relación anterior se deduce que la presión hidros­ tática depende solamente de la altura del liquido, ya que el peso específico de todo líquido es constante.

P, = P2 * P3 P < = P 5= P 6 E je m p lo :

E je m p lo : Hallar la presión del líquido en el punto N. (en un mismo nivel, el mismo

1 - S ) h = 1 1 3 , 6 - ^ 1 ( 5 cm) cm I ' cm 1 h = 68 cm

202

■

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a p ie n s

Presión atmosférica (PatJ o presión barométrica (Ptór).

Pero:

Es la presión ejercida por el peso del aire sobre la su­ perficie terrestre.

1 mmHg = 1 torr

en honor al descubridor

Equivalencias: Patm = 1 atm = 760 mmHg P

_

Peso del aire

760 torr 76 cmHa

Área

1033 14,7 Ejemplo: ¿Cuál es la presión que ejerce la atmósfera sobre una persona?

14,7 PSI = 29,92 pulgH g

De la fig. (I), hallar la Patm en: 9 . kg , cm 2’ cm 2 '

Si la presión del aire atm osférico se mide a nivel del mar se denom ina: presión atmosférica normal (Pa^m) y si se le mide en lugares diferentes al nivel del m ar se le denom ina: presión atmosférica local (P aLtm).

Experiencia de Torricelli

= 10,33 m H ,0

cm

Aplicaciones:

a

Fue Evangelista Torricelli el primero en m edir la presión atm osférica al construir el “baróm etro de m ercurio”. La experiencia fue realizada a nivel del m ar a 45° de latitud y O °C.

= 10,33

p u lg 2

1.

^ ^ a ir e atm ATM —

cm Ib

Resolución: P, = P2 yHg(76 cm) = Pa,

atm

(76 cm )(13,6 g/cm 3)

atm(1033 g/cm 2) = 1atm 2.

C onvertir a psi I, Ib \ pulg" Resolución: Datos: 1 Ib = 454 g 1 pulg2 = 6,45 cm 2 De:

100 cm

1 atm =

Hg

Hg cubeta

1 atm = 14,7 lb/pulg2 = 14,7 PSI

Ib

Baróm etro de m ercurio. Al invertir el tubo con Hg en la cubeta se observa que el sistema se estabiliza como se m uestra en la fig (I). La presión atmosférica equilibra una altura de 76 cm en el tubo (Hg) y se le asigna el valor de una atmósfera. 1 atmósfera

Por conversión de unidades: 1 cm = 10 mm;

11b \/ 6,45 cnT cm 2/ 2K'4 5 4 g / \ 1 pulg

De la figura, hallar la presión en “x” , en

tubo (1cm2 área) 1m de longitud

Patm = 76 cmHg

1033

en (ó)

PaLtm = 760 m mHg = 1 atmósfera

...(ó)

Resolución:

Q

P„=P, P ,: Presión de la columna del líquido Hg de altura 16 cmHg. P* = 16 cmHg P„ = 160 mmHg Dato:

u ím ic a

■

203

Presión (gases). El gas ejerce presión igual sobre todo el recipiente que lo contiene, debido al choque de las moléculas con las paredes del recipiente. Existen dispositivos (equipos) que miden la presión del gas denominados manómetros, estos miden la presión relativa de un gas sin considerar la presión del medio ambiente. E je m p lo :

760 mmHg <> 14,7 PSI P ,.( 1 6 0 m m H g ) ( U iIÍ|L ) - P ,.3 p .¡

Tubo en U, bourdón, etc. A.

Presión manom étrica (Pman). Es aquella presión relativa que toma en comparación la presión atmos­ férica y nos indica la diferencia entre la presión real y la atm osférica del sistema. Pueden ser:

Localidades

a. Positivas. SI la presión del sistema es mayor que la presión atmosférica. b. Negativas o de succión. Si la presión del sis­ tema es m enor que la presión atmosférica. B.

PA =

Presión absoluta (Pabs), real o total. Es la verda­ dera presión de un fluido (liquido o gas). Se consi­ dera a la Patm y está dada por la siguiente relación.

P alm

P B; P CÍ P D < >

P ai

Real

lis is E r a m La altitud es la altura tomada como referencia a nivel del mar. La presión atmosférica varia en forma inversamente proporcional con la altitud. a mayor altitud, menor presión

1.

Mientras no se indique lo contrario, las presiones siempre se consideran absolutas.

2.

En el sistema inglés, las presiones se representan de la siguiente manera: p.bs = P S IA : Pman = PSIG

E je m p lo s : 1.

Presiones positivas

E je m p lo : La altitud: Ticlio H La altitud: Lima h

De la figura: P, = P2 P

=

'g a s

P gas

p

' L

+ p

'a l

=

YLh

1

+

P at

1

Presión absoluta

Presión manométrica

(gas)

En Ticlio: temperatura bien baja (bajo cero). En Lima: tem peratura normal 25 °C (alta). P : presión PaT T : temperatura La presión es directam ente proporcional a la tem pera­ tura, por lo tanto varía con el clima.

2.

(gas)

Presión negativa

o .O -

,

Gas

,-yc»rP

r *

_ ___

° 'J

204

■

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a p ie n s

De la figura: P ,

Pa s 'g

= P

Resolución:

2

+' 'PL :

Pgas + \h = Pa,m Se observa =>

Pgas < 1 Patm 1

Pgas = Pa.m+ (“ Y^) Indica presión de vacío o vacuom étrica P l = P ;

En general: P a tm

D abs

=

P l ,H 20 ) “

Y h 20 ^

Palm = 1 atm = 1033 g/cm 2 E je m p lo s : 1.

Reemplazando: 1033 -S — = ( l - ^ cm \ cm

Calcular la presión m anom étrica en mmHg de un tanque en el cual la presión absoluta es el cuádru­ ple de la presión m anométrica.

h = 1033 cm = 10,33 m (H 20 )

Resolución: Paim = 760 mmHg =* Pabs = 4 P man

Como en la experiencia de Torricelli se utilizó un tubo de 1 m de longitud.

Sabem os que: Pabs = Pman + Patm

Como se puede observar, se requiere un tubo de 11 m.

Reemplazando: 4Pma„ = Pman + Patm

Pman = m f = ^

9

P™" = 2533 mmH9

.-. El tubo inicial revienta. 5.

Hallar la presión absoluta de un gas, si su presión barom étrica es 800 mmHg y su presión m anom é­ trica es de 80% de la presión atmosférica.

En el siguiente esquem a, ¿cuál es la presión del gas a nivel del mar?

Resolución: Pbar = 800 mmHg = Patm %

1 100

Sabemos:

Pabs = Pman + Pal Paha = 180% Pat„

» Pabs = 80% Pman + 100% Pat Resolución:

Pabs = | ^ x 8 0 0 mmHg

Pabs = 1440 mmHg 3.

La presión de vacío de un gas es 160 mmHg. Ha­ llar la presión absoluta en kg/cm 2. Resolución: D ato:P ma„ = - 1 6 0 mmHg P„ | 76 cmHg

160 + 760 = 600 mmHg

P,= P2 abs = 600 mmHg

1,033 kg/cm 2 760 mmHg

J^atm = 35 cmHg + Pgas

abs = 0,81 kg/crrv 4.

De la experiencia de Torricelli, si en vez de conte­ ner Hg se le cambia por agua (yH20 = 1 g/cm 3), y se invierte en la cubeta con H20 , ¿qué ocurre con el tubo?

76 cmHg Pgas = 41 cmHg 6.

De la figura, hallar “x” , si Yacaite = 0,8 g/cm 3 y Y„ = 13,6 g/cm 3.

Q

■

u ím ic a

205

P m

= y L (2 0 ) + Patm(1|

P„,

...( a )

Analogía:

()

Pman = 20Yl En Huancayo: Phar =

P„,

P a tm d )

^

= l i o (20Yl: 100

Resolución:

110 ,

Pgas = yg^(20yL) + Patmd)—4

En (ó):

P a,„

..(P)

De (ct) = (P): Pgas = cte. Yl (2 0 ) + Patm(1) = l l g (2 0 y l ) + Patm(1) - 4 .-.

8.

Del gráfico: x + y = 16

...(a)

P M= P N

y l

= 2 g/cm 3

¿Cuál es la presión absoluta de una burbuja de cer­ veza contenida en un vaso, si se encuentra a 4 pulg. de profundidad? El densímetro marcó en esos mo­ mentos 1,02 g/cm 3, el barómetro indica 14,7 psi. Resolución:

-(P)

Com o los 2 ram ales están abiertos, existe la pre­ sencia de la presión atmosférica, que actúan en ambos miembros. Esta presión se elimina. P m Pm

P h ^O =

7 h 2o ( 7

P ace¡te ) +

Y a c e . te W )

PM = (1)7 + (0,8)4 « PM = 10,2 g/cm 2 Pn =

yHg(y -

5) => PN= (13,6)(y - 5) g/cm 2

Reem plazando en (5: 10,2 = 13,6(y - 5) =» y = 5,75 cm En a: x = 10,25 cm 7.

14,7

PT = p , 0 2 x 1 0 ,1 6 -

En Pisco se tiene el recipiente que se indica en la figura; al llevarlo a Huancayo se observa que la presión barom étrica dism inuye en 4 g/cm 2 y que la presión m anom étrica aumenta en un 10%. Hallar el peso específico del líquido que contiene dicho manómetro.

14,7

1033 PT = 14,85 psi 9.

Una máquina que trabaja dentro del agua puede so­ portar una presión hasta de 8 atm. ¿Cuál es la profun­ didad máxima en la que se puede sumergir en el mar? (Y h 2o =

1.033 g/cm 3)

Resolución: 20 cm

P. = 8 atm

Resolución: En Pisco:

20 cm

8 atm = YH20h + 1 atm. 7 atm. /1 0 3 3 g/cm 2 \ 1 atm 1,033 g/cm

7 atm h =

h = 7000cm => h = 70m

206

10.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A qué altura sobre el nivel del m ar se encuen­ tra un paracaidista que soporta una presión de 450 mmHg. (yaire = 1,3 g/L). Resolución:

12. El aire de Trujillo ejerce una fuerza de 14 550 kg sobre un habitante que tiene 1,8 m de altura y 1,5 m2 de superficie. ¿Qué presión en torricellis, soportaría la cabeza de dicha persona en el fon­ do de una piscina cúbica de 4 m de lado, llena de agua a 4 °C? Resolución: En Trujillo: 14 550 kg

I

Aplicando el principio de diferencia de presiones: ecuación (0). P, - P2 = Yh 1Patm

(760 - 450) m mHg = (1,3 g/L)h

Palm = 9700 kg/m 2 = 713,6 torr

310 mmHg = (1,3 g/L)

Piscina:

,. /1 0 3 3 g /o m 2\ 3 1 0 m m H Sl( 7 6 0 m m H g ) h

= £^ ■

1L ' 103 cm 31 h = 324 11 9 cm => h = 3,2 km

11.

¿Cuál es la presión total en atm ósferas a 80 m de profundidad en el mar, si un baróm etro en la super­ ficie indica 75 cm Hg.? Considere: 1 atm = 105 D h2o = 1,1

x

10

m 10:

Pe — V

kg

h A ^ a,m

Pc = 1(220) - J L / . 7 6 0 -torr \ + 713,6 torr cm 1033

Resolución:

i 875,5 torr 13.

¿A cuántos km tendría el submarino que cali­ brar su alcance para darle a un avión que se en­ cuentra sobre él? El subm arino está sumergido 500 m bajo el nivel del m ar y la diferencia de presio­ nes entre avión - subm arino es de 54 565 g /c n f (GEaire = 1,0; GEH20(mar)= 1,09) Resolución:

P L = d g h = (1,1 x 103)(10)(80) = 880 000

GE„ =

2\l 1 atm \ PL= (880 000 N/m = 8,8 atm \1 \ iu 0 5 N/m 2/ P„a, = Pa,m = 75 cm H g ( 761-^

Yh 2o

m

ñ g ) = 0,987 atm

7h, o = 1

7a,re = 1 ,3

7„ = GE„'/ h 2o

Reem plazando en (1): PTN = 8,8 + 0,987

TN

9,787 atm

,= 1 .0 9 - ^

7ai,e = 1 ,3 g/L

Q

u ím ic a

■

207

Resolución: Dato: P, - P, = 54 500 Aplicando: P2

—P l

P, = P2 Pgas + 19 cmHg = Patm = 76 cmHg Pgas = 57 cmHg

...(a)

P„ - P„ = 7h

“ ^aire^

+X

I.

20 (m ar)( 5 0 0 m )

El m anóm etro M indica: La diferencia de la presión exterior ■ P m = Pal

54 500 —i - = ( _ L li-\h + ( l , 09 - ^ 9 ( 5 0 0 0 0 cm) cm 2 ' 10 cm / \ cm 2' h = 50 000 cm = 500 m

_g cm

=> Alcance = d, _2 = h + 500 =» d12 = 1000 m

¿Cuál es la presión del gas, según se muestra en la figura? Ya ceite =

° '8

'

Pgas = 57 cmHg

i 1033 g/cm 2 Pgas = 57 cmHg( ) = 774,75 g/cm 2 H 76 cmHg

d,_2 = 1 km 14.

57 cmHg => PM = 19 cmHg

= 76 cmHg

Yh9= 1 3 , 6 ^ 4 cm

Pgas -> mmHg Pgas = 57 cmHg

570 mmHg

16. Hallar la presión absoluta del gas que se indica, sabiendo que el manómetro M marca 0,5 atm, la presión de la cámara S es 10 psi y la presión baro­ métrica es de 74 cmHg. Dar respuesta en Torricelli. s 0,3 m

— @ r'TVQ 'X ¿¿Gas;/

Resolución: PM = 0,5 atm = 380 torr Pstm= 1033 g/cm2

- H?0

p

I

i cGas J o 3 rñ Aceite 1,5 m

Pgas + 0,8(300) + 1(150) = 13,6(30) + 1033 P„a = 1051 En el siguiente gráfico, a nivel del mar determinar: I. El valor que marca el m anóm etro M. II. La presión del gas en mmHg. III. La presión del gas en g/cm 2

p

1 m an(gas)

+

p

1 atm

..(1)

+ Ps + Patm

T

Hg

15.

=

740

Pabs = 1637 torr

0,3 m

i

J.

Ps = 10 psi = 517 torr 1 abs(gas)

17. La lectura del m anóm etro A colocado en el Interior de un depósito de presión es 0,9 kg/cm 2, otro ma­ nómetro B colocado en el exterior del depósito de presión y conectado con él, marca 1,4 kg/cm2 y un baróm etro marca 750 mmHg. ¿Cuál es la presión absoluta que mide A en mmHg? Resolución:

208

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Patm= Pbar = 750 mmHg

Resolución:

PmaniBi = 1.4 - ^ 7 = 1030 mmHg cm P

1 gas D

= 1 Pman(A)

1 interior

=

4-

p

r man(B)

Pr _L

(

interior

• • •V 1/

p

r atm

P,„ten„ = 1030 + 750 = 1780 mmHg

PmaniAi = 0,9 kg/cm 2 = 662,1 mmHg En (1): Pgas = 662,1 + 1780 = 2442 mmHg 18.

En el siguiente gráfico hallar “a” , si: P|íq + Pa — P»g + Patm 2(10) + PA = 13,6(5) + 1033

PA - p e = 342 - 2 - j = 662,1 mmHg

PA = 1081 g/cm 2 20. Determ inar la presión que Indica el m anóm etro M en el gráfico. PA = 12 cmHg Palm = 76 cmHg.

Resolución: Resolución: Del gráfico:

P = PM Pgas —Phg ‘ Pa Pgas = 10 cmHg + 12 cmHg =» Pga5 = 22 cmHg (dato) P

—

M

P

' ext

_

p

'g a s

.

p

_

M

p

r atm

p

'g a s

Pu = 76 - 22 = 54 cmHg 21.

Pm = Pn

Pgas = P m = 7h2o(3) + P g Pa = P Hg + Pgas PA = 13,6(10) + a +

PG

P b = PHg + P g PB = 13,6(15) + PG

■■■(1) ...(2) ...(3)

Desarrollam os (2) - (3): PA — PB— —68 + a 4 342 (dato) => a = 410 cm 19. Hallar la presión total en el punto A del gráfico: Yüq = 2 g/cm 3

Determ inar el diám etro del recipiente esférico con 22 Q agua. Si la presión del gas es ==y su volu, 3 cm men es 11n cm en el gráfico.

Q

Pgas = y

VV^ _ Yh2oVh20

El term óm etro Termocupla (sensibilidad por generación de electricidad) Term óm etro de resistencia (electricidad) Pirómetro óptico (temperaturas elevadas de altos hornos)

/ 'tubo

n 4 n R 3-i--

2 - (6 )

J IX

4

Calor

x2 = 4R 3 De volumen del gas:

...(1)

11 ti = | n ( V 3 ) 3 + ^ l ( 7 )

En (1) => R = 1 22.

209

Es la medida relativa del grado de calor de un cuerpo. Existen diversos instrum entos que perm iten m edir la tem peratura de un cuerpo:

Pm = P n

22 3

■

<♦ TEMPERATURA

g/cm 2

tubo

u ím ic a

x = 2 cm

Es una form a de energía producto del m ovimiento vi­ bratorio molecular. Se mide en los calorím etros y se expresa en calorías o en Btu. Q = m CeAT

D = 2R = 2 cm.

Un tubo en U cilindrico de 4 cm 2 y 20 cm 2 de sec­ ción transversal, como se muestra en la figura, contiene mercurio a un mismo nivel. Por el tubo de m ayor sección, se vierte lentamente 816 gramos de agua. Determ inar la altura que sube el nivel del mercurio en el otro tubo. 7Hg = 13,6 g/cm 3

E je m p lo : Movimiento vibratorio m olecular a Ec. Ec2 ■2 : Ecuación de Boltzman:

ec

= |

kt

si Ec, > E c2

.-. T, > T2

© (Energía en tránsito) El calor (Q) fluye de m ayor tem peratura a menor tem ­ peratura.

m „20= 816 g dH2o = 1 g/cm 3

CALO R / TEM PERATURA

Al añadir H20 (altura): Equivalencia: 1 BTU = 252 calorías. A h = V => h = 4 y

= 40,8 cm

Termómetro Instrum ento de medición de la temperatura. Características: a. b. c.

Sensibilidad (al grado calórico). Precisión (resultados cercanos al real). Rapidez para llegar al equilibrio térmico.

Características del líquido usado en el term óm etro a.

Deben estar muy distanciados sus puntos de fu­ sión y de ebullición. E je m p lo :

El volumen que desciende (ramal h,) es igual Al volumen (Hg) que asciende (ramal h2). V = Ah ...( a ) 20h, = 4h2 h2 = 5h,

Hg Alcohol

P. fusión

P. ebullición

- 2 0 °C - 1 3 0 °C

357 °C 76 °C

Del gráfico: PM = PN V

6h i) =

b. c. d.

yh2o(40,8)

En (a): h2 = 5(0,5 cm )

: 2,5 cm

Ser observable (opaco) Sensible a la dilatación (sin evaporarse). Tener alto grado de pureza.

Líquido usado: term óm etro (Hg)

210

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Escalas de temperatura

Por Tales: °C -0 100^0 100

Relativas. Son aquellas que toman como referencia el punto de congelación de un cuerpo. Celsius (°C) Farenheit (°F)

°_C

R - 492 672_-_492 180

K - 273 373 - 2 73 100

°F - 32 __ R - 492 _ K - 273

5

Absolutas. Son aquellas que toman como punto de re­ ferencia al cero absoluto.

»C y K : ^ = K ^ Z 3 o 5

Kelvin (K) Rankine (R)

°F - 32 9

°F y R:

Cero absoluto Es una temperatura ideal en la que se considera que no existe m ovim iento molecular, es decir, han perdido toda su energía.

o. R

rr\ K

K = °C + 273

R - 492 9

R = °F + 460

E je m p lo s : 1.

PRINCIPALES ESCALAS q 'F

°F - 32 2 1 2 -3 2

2.

Convertir 20 °C a K Resolución: °C = 20 =» K = °C + 273 K = 20 + 273 =■ K = 293

20 °C O

293 K

Convertir 77 °F a R. Resolución:

Punto de ebullición (H20)

100

672

212

373

°F = 77 De: R = °F + 460 3.

Punto congelación (H20)

32

R = 77 + 460

R = 537

C onvertir 113 °F a °C,

273

492

Resolución: °F = 113

Punto congelación desales (amonio + H20)

-16,6

Cero absoluto

-273

460

-460

Relaciones de escalas Se utiliza el teorem a de Tales: Paralelas cortadas por 2 secantes, determ inan segmentos proposicionales. E je m p lo :

°x

°Y

a

c

í

d

a- b

45 °C

Variación de temperatura i

b

°C °F - 32 Relación escalas: = Reemplazando: °C 1 1 3 -3 2 =» °C = 45 113 °F O 5

256,3

Nos indica los increm entos de aumento o dism inución de temperatura. + aumenta < - Disminuye Del gráfico: 100 div(°C) = 180 div(°F) = 1 0 0 div(K) = 180 div(R) h-

100 => 1 A°C = 1,8 A°F = 1 AK = 1,8 AR A°C = AK

t c -d

A

A°F = AR

E je m p lo : x- b _

y-

d

La tem peratura de un cuerpo aumenta en 5 °C. Hallar el aumento en °F. Resolución:

Utilizado en construcción de escalas:

5 A°C ~ ►A°F A°C = + 5 (increm ento + : aumenta)

a.

Relación de lecturas. Son relaciones puntuales utilizadas en la conversión de una escala a otra.

Relación: variación: 1 A ° C ___ 1,8 A°F 5 A ° C ___ x (5 A °C )(1 ,8 A °F ) x

Ta ^ c

9TF

.’. 5 A°C « 9 A°F E je m p lo s : 1.

Se construye una nueva escala de tem peratura °M en donde el agua congela a 10 °M y hierve a 150 °M ¿A qué tem peratura se cum ple que la lectura en °C coincide con la lectura en "M?

Q

u ím ic a

Resolución:

Resolución:

Relacionando escalas:

263 K -> °F y com parar con el 2 ° cuerpo. Relación de escalas: K - 273 °F - 32 5 9 ^

2 6 3 -2 7 3 5

■

211

°F - 32 9

°F = 14 => 263 K < > 14 °F Comparando: 1.e,C: 14 °F 2

Por Tales: x 2.

do c .

_13 o F

.-. El 1.er cuerpo es el más caliente. 10 140

-0 100

-25°

5.

Se construyó una nueva escala M que marca - 2 5 "M y 75 °M para el punto de fusión y ebullición del agua respectivam ente. ¿A cuántos °C equiva­ len 20 °M?

Resolución: Sean las temperaturas: °C = x °F = 40 + x Hallar: x en K De la relación de lecturas: X °F - 32 5 9 x (40 + x) - 32 _ 5 “ 9 X"

Resolución: Relacionando escalas: °M

El valor numérico de la tem peratura de un cuerpo en °F es de 40 unidades más que cuando se escri­ be en °C. Calcular la tem peratura en K.

°C

.-. 42 °C < > 82 °F a K K = °C + 273 => K = 42 + 273 6.

Por Tales: 45 100

x 100

x = 45 °C

Un cuerpo ¡nicialmente a 122 °F sufre aumentos sucesivos de tem peratura en 54 R y en 360 R para luego dism inuir en 300 K. ¿Cuál es su temperatura final en °C? Resolución: 1 2 2 °F

Se construye una escala de tem peraturas absolu­ tas °A, de tal manera que el agua ebulle a 500 °A. ¿A cuántos grados A corresponde 0 °F? Resolución: Relacionando escalas: °A

°F

K = 315

a

°F

A°F

t Éü

+ 54 AR

+

360 AR

300 AK

Se sabe: 1 A°C = 1 AK A°F = AR 1 A°C = 1,8 A°F = 1,8 AR = 1 AK (variaciones) /1 ,8 A °F \ = -4 K (122 + 54 + 360) °F - 300 K | AK T, = - 4 °F De la relación de lecturas: °C °F - 32 °C -4 -3 2 °C = - 2 0 5 9 5 9 Un cuerpo está a 357 °C, luego se enfría en 514° de una nueva escala absoluta Z alcanzando la tem peratura de ebullición del agua a nivel del mar. ¿A cuánto equivale 50 °Z en grados Rankine? Resolución:

0 °F < > 342,2 °A 4.

SI la tem peratura de dos cuerpos son respectiva­ mente 263 K y - 1 3 °F, ¿cuál será la temperatura del cuerpo más caliente?

-5 1 4 °Z 357 °C °Z: Escala absoluta: ¿50 “Z a R ?

□

100 °C (ebullición H20 ¡

212

■

C

o l e c c ió n

U

n ic íe n c ia

S

a p ie n s

De la figura: 357 °C - 514 A°Z = 100 °C

°U

257 A°C = 514 A°Z A°C = 2 A°Z

...(a)

De la relación de variación: A°C = 1,8 AR ~2A°Z 50 °Z

8.

20 x

Determinar el valor del cero absoluto en cierta esca­ la N, sabiendo que la temperatura de fusión del H20 es - 1 0 °N; y una variación 3 °F equivale a 2 °N.

3 A°D = 2 A °U

Resolución:

90 A°D => x 90x2 = 60 A°U x =

3 A°F = 2 A°N ¿a es cero absoluto de la escala °N? Relacionando escalas:

=s Para 90 A°D 3 A°D <> 2 A°U

10. Un cuerpo está a 80 °F y su tem peratura aumenta en 90 °C, al m edir con otro term óm etro cuya efi­ ciencia es del 95%, ¿Cuál será la tem peratura del segundo term óm etro en K que marque? Resolución: A 90 °C

T,

80 °F Convertimos: 80 °F -> °C a = -3 3 8 9.

Hallar el valor de “x” y una variación de 90 °D en °U.

De la relación escalar: °F = 80 °_C _ °F - 32 °_C 5 9 5

8 0 -3 2 9

°C = 26,66

T ,= 26,66 + 90 = 116,66 °C 2.° term ómetro: (eficiencia 95%) T = 0.95T, = 0,95(116,66) => T = 110,82 °C K = °C + 273 = 110,82 + 273 =» K = 383,82 11. Simplificar: E =

K-

Resolución: Resolución: I.

Hallando “x ” por Tales: De la figura: °A - °D x- 5 6 0 -2 0 50 - 5 ~ 80 - 20

Sabemos: K = °C + 273 => K - °C = 273

...(a)

R = °F + 460 =* r _ °F = 460

...((5)

Reem plazando en E: II. 90 A°D — - A°U Relación de variaciones: escala °D - °U

R -°F K - °C

460 273

1,68

Q

RESUELTOS

PROBLEMAS

>Q

En un balón, se encuentra un gas con una presión absoluta de 5 atmósferas, si la presión atmosférica es 700 mmHg, ¿cuál es la presión m anom étrica del gas? (en atm).

3.

B

u ím ic a

■

213

1 " '

Señalar el concepto correcto acerca de la tem pera­ tura absoluta para un gas. I)

Es una m edida de la energía potencial prom e­

dio de las moléculas. II) Es una medida de la energía vibracional de las moléculas. III) Es una m edida de la energía interna de las m o­ léculas. IV) Es una m edida de la cantidad de calor que libe­ ran las moléculas. V) Es una medida de la energía cinética promedio traslacional de las moléculas.

Resolución: La presión absoluta (Pabs) se determ ina según:

••■(a) Donde: Patm : presión atmosférica o barométrica. Pman: presión m anométrica Para cierto gas se tiene: Pabs = 5 atm

Resolución:

Pa.m = 700 mmHg

Temperatura. Es una m edida relativa del grado de

1 atm = 760 mmHg

agitación de las partículas de un cuerpo (moléculas

1 atm Palm = 7 0 0 m rn H g (760 mmHg

en los gases). En los gases se debe al movimiento

Como:

= 0,92 atm

traslacional, por lo que se relaciona con la energía

Reem plazando en a:

cinética. Por lo tanto, la alternativa V es la correcta.

. P„

; 4,08 atm 4.

Al m edir la presión de un gas con un m anóm etro de extrem o abierto, se han obtenido los siguientes datos. Calcular la presión absoluta de dicho gas (en torr). Pa,m= 738,4 torr

Una lámina de metal se encuentra a 86 °F, si se ca­ lienta sucesivam ente en 200 K y en 360 R. ¿Cuál es su tem peratura final, si finalm ente se enfría en 150 °C? Resolución: Relaciones numéricas entre escalas termométricas: X 5

°F - 32 K - 273 = R - 492 9_________5_________ 9 conversión

1,8 A X = A°F = 1,8 AK = AR variación Para cierto metal se tiene: [

l

Resolución:

Calentam iento (AK = 200) A°F = 1,8 x 200 = 360

En el m anóm etro siguiente: p

T = 86 °F

= 738,4 mmHg Calentam iento (AR = A°F) A°F = 360 23,88 cm

Enfriamiento (A°C = 150) A°F = 1,8 x 150 = 270

1----------- 1

=■ T = 86 + 360 + 360 - 270 .-. T = 536 °F

Convertim os esta temperatura a la escala Kelvin: Nos piden hallar la presión absoluta del gas. Sabemos:

Pabs = Pman+ Paim=» Pabs = 238,8 mmHg + 738,4 mmHg

Pabs = 977,2 mmHg

°F - 32 9 536 - 32 9

K - 273 5 K - 273 5

.-. T = 553 K

214

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Considere el sistem a en el cual los tanques se en­ cuentran interconectados a las condiciones m os­ tradas. Si se abren las válvulas y la mezcla al final tiene una tem peratura de 20 °C, calcular la presión final de la mezcla (en atm). NOTA: solo considere el volumen de los tanques.

III. Cuando un cuerpo (A) con tem peratura 80 °C, se pone en contacto con otro (B) de tem peratu­ ra 104 °F, ocurrirá una transferencia de calor tal que (A) se calentará. Resolución: Respecto a las proposiciones:

V = 4L

I.

Falso La temperatura es una m edida del grado de agitación m olecular de un cuerpo y correspon­ de a una propiedad intensiva, no es igual de calor (energía).

II. Verdadero La temperatura term odinámica en el sistema internacional (1 L) posee como unidad el Kel­ vin (K) correspondiente a una escala absoluta, cuya medida mínima es el cero absoluto T = 20 °C

T = 40 °C

T = 30 °C

0 K = 273,15 °C = - 4 6 0 °F

Resolución:

Falso

Las m uestras gaseosas: 02

, =» n =

V = 1L P = 1 atm T = 20 °C

I = 293 K J

Relación de conversión entre escalas termométricas:

PV RT

°F - 32

1 x1 n = 0 ,0 8 2 x 2 9 3

Cuerpo B: T = 104 °F, en °C es: °_C 1 0 4 -3 2 °C = 40 5 9

N2 V = 2 L P = 2 atm T = 40 °C = 313 K PV 2x2 n = = 0,156 RT 0 ,0 8 2 x 3 1 3

Luego, se transfiere calor desde A (más caliente) hacia B el cual se calienta. A (80 ° C ) -------calor— „ B (40 °C ) 7.

: 0,322

Se conectan entre sí por lo que el volumen total es 7 L y su tem peratura es 20 °C (293 K), la presión de dicha mezcla es: P = nR T

R - 492

Cuerpo A: T = 80 °C

n = 0,042

Aire V = 4 L; P = 2 atm T = 40 °C = 303 K PV 2x4 n RT 0 ,0 8 2 x 3 0 3

K - 273

FVF

Un estudiante inventa una nueva escala term ométrica en la cual el punto de congelación del agua es - 1 0 ° y el punto de ebullición del agua es 190°. ¿Cuánto marcará en la nueva escala 80 °C? Resolución: Se Inventa una nueva escala termométrica (°N), la cual en relación con la escala Celsius toma los va­ lores:

V

100

(0,042 + 0,156 + 0,322)0,082 x 293 7

100 190

100

Ebullición del H ,0

P = 1,78 atm 80

Indicar la proposición verdadera (V) o falsa (F) se­ gún corresponda: I.

La tem peratura es una propiedad extensiva re­ lacionada con el flujo de calor que experim en­ tan los cuerpos.

II. La escala Kelvin es la escala de tem peratura del SI, esta escala se basa en las propiedades de los gases, siendo el cero en esta escala la tem peratura más baja que puede alcanzarse. - 273,15 °C.

0

—

Congelación del FLO

°C Relación: 8 0 -0 1 0 0 -0 °C

x - ( - 10) 1 9 0 - ( - 10)

.-. x = 150 °N

Q

8.

Con respecto a la fracción m olar indicar verdadero (V) o falso (F), según corresponda: La fracción m olar es igual al porcentaje molar entre 100. II. Su valor depende de las condiciones de presión y temperatura. III. Se emplea en el cálculo de algunas propieda­ des de una mezcla de gases.

_ M CHj D alre " Mare "

P ch4

_ 16 _ Daire “ 28,6

D c h .,

u ím ic a

■

215

55

o

'

I.

11. Una vasija abierta se encuentra inicialm ente a 15 °C, se calienta hasta 688 °F en un proceso isobárico. Calcular la fracción de la masa de aire que es desplazado fuera de la vasija con respecto a la masa inicial.

Resolución:

R e so lu c ió n :

Respecto a la fracción molar:

En una vasija abierta se tiene aire, donde: T = 15° C = 288 K m, = m Se calienta hasta 688 °F a presión constante: °F - 32 K - 273 9 5

I.

Verdadero Fracción m olar y porcentaje molar. n¡ x, = — nT

6 8 8 - 3 2 = K - 273 9 5

% molar = x¡(100) II. Falso Su valor solo depende de las masas de los gases, no es afectado por la presión y la temperatura.

La masa expulsada de aire lo hallamos de: m ,!, = m2T2 P y V: cte. m(288) = m2(637,4) => m2 = 0,45m

III. Verdadero Se emplea para determinar: • Presiones parciales • Masa m olar aparente, etc. 9.

Indicar la propiedad que no es característica del

T _ 637 4 K

.-. Se expulsó de “m” inicial 0,55 unidades. 12. Determ inar la presión absoluta del gas encerra­ do (en atmósferas), si la presión barom étrica es 700 mm de Hg.

enlace metálico. I) II) III) IV) V)

Buenos conductores de la electricidad. Buenos conductores del calor. Son dúctiles. Son maleables. Son de puntos de fusión muy elevados.

Resolución: R e so lu ció n :

Propiedades de los metales: •

Conducción eléctrica y térmica. Los electrones libres se pueden m ovilizar por diferencia de po­ tencial.

•

Dúctiles y maleables. Debido a la disposición regular de sus iones, se pueden deform ar fácil­ mente por presión (láminas, hilos, etc.).

•

Brillo. Por reflexión de la luz sobre su superficie.

•

Punto de fusión. Entre moderado y alto (no muy alto), debido a la elevada intensidad de las atracciones eléctricas.

Hallam os la presión absoluta del gas en el m anó­ metro siguiente:

Donde: Patm = 700 mmHg (dato). Pman = 400 mmHg (gráfico) Pabs = 700 + 400 = 1100 mmHg

10. Se entiende por densidad relativa de un gas a la relación entre la densidad del gas y la densidad del aire. De acuerdo a esto, calcular la densidad

■ p - = 1 10° m - H g ( 7 ^ M

relativa del m etano (CH„) a 20 °C y 1 atmósfera. Maire = 28,9 g/mol

_ )

Pabs= 1,45 atm

R = 0,082 atmL/m olK

Con respecto al enlace metálico, indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

Resolución:

I.

La densidad relativa del CH4 respecto al aire a P y T constante se determ ina según:

13.

Se explica en función de la diferencia de electronegatividad de las partículas estructurales Involucradas.

216

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Los metales generalm ente tienen un número bajo de electrones de valencia, por lo que no es posible form ar entre ellos un enlace covalente.

Resolución: Se tiene la mezcla gaseosa:

III. Debido al bajo potencial de ionización de los metales, los electrones se desprenden del áto­ mo creando una estructura de cationes inm er­ sos en un m ar de electrones.

•

C3H„ (40% molar)

•

C4H10 (60% molar)

Su masa m olecular aparente lo hallamos de: M = M % (C3Ha) + M %(C4H 10)

Resolución:

“ ■ 44©

Valor de verdad de las proposiciones: I.

Faiso A diferencia de la temperatura, el calor es una propiedad extensiva (varia con la masa). 50 °C Poseen igual T

/

Poseen diferente contenido calórico (energia)

50 g H20

50 °C

r,

15. /

* 58S )

■ m = 52 '4

Luego, su densidad a condiciones norm ales la ha­ llamos de: _

M 22,4

L

Dr.

I f í

= 2 ,3 4 g/L

Hallar la presión en atm del gas confinado en un recipiente, si la diferencia de niveles de mercurio es 20 cm, según la figura mostrada. Considerar la presión atmosférica al nivel del mar.

75 g H20 II. Verdadero Toda escala term om étnca relativa como la Cel­ sius y Fahrenheit constituyen tom ando como base:

Resolución: De acuerdo al sistema mostrado:

• Punto de ebullición • Punto de congelación de sustancias conocidas, con la cual se gra­ dúan los term ómetros. III. Verdadero De acuerdo a la relación: 1.8 A°C = A°F Para A°C = 40 1.8 x 40 = A°F .-. A°F = 72 14.

Calcular la densidad (en g/L) de una mezcla de 40% de propano (C 3H8) y 60% de butano (C4H 10) a condiciones normales. Datos: A r : C = 12; H = 1

Adem ás: Palm = 360 mmHg (nivel del mar) 1P man

P* Pabs = 760 mmHg - 200 mmHg

Pabs = 560 mmHg

P * = 5 6 0 m mHg( 76-0 m m H g )

'' P-

= ° ’74atm

Q

PROBLEMAS 1.

El agua regia es una mezcla de H N 0 3 y HCI en un proposición volumétrica de 1 a 3 respectivamente. ¿Cuál es la densidad del agua regia? Dado: DHNC,3 = 1,4 g/mL, DHCl = 1,2 g/mL. A) 1,25 g/m L D) 1,35 g/m L

2.

B) 200 g

B) 10

B) 36,8 mL E) 34,5 mL

C )1 0 0

La densidad del aceite es de dicha densidad en kg/L. A) 0,8 D ) 800

9.

C) 300 g

D )5 0 0 g E )4 5 6 g

C) 66,6 mL

Expresar la densidad del agua en kg/m 3. A) 1

8.

C) 0, 991 g/mL

¿Cuántos mL ocupan 500 g de mercurio,dado que la densidad del m ercurio es de 13,6 g/mL? A) 26,8 mL D) 24,2 mL

7.

B) 0,888 g/mL E) 1,02 g/mL

B) 8 E ) 8000

D) 1000

0,8 g/mL. Expresar

C) 80

Calcular la densidad de un líquido si 18 mL de él tiene una masa de 16 g. A) 8,8 g/mL D) 1,5 g/mL

B) 0,88 g/m L E) 1,15 g/mL

A) 3,2 x 10 3 g/L.

B) 0,0321 g/L

C) 3,21 g/L

D) 1.61 g/L

E)

0.067 g/L

11. ¿Cuál es la densidad del éter, dado que 300 mL tienen una masa de 217,5 g? A) 0,725 g/m L D) 1,21 g/mL

C )1 ,1 2 5 g/mL

B) 1.38 g/mL E) 0.95 g/mL

C) 0, 88 g/mL

12. Un litro de leche tiene una masa de 1032 g, la gra­ sa que contiene es un 4% en volumen y posee una densidad de 0,865 g/cm 3. ¿Cuál es la densidad de la leche descrem ada, libre de grasas? A) 1,078 g/cm 3

B) 1,039 g/cm 3

C)

D) 1.1 g/cm 3

1,0113 g/cm 3

E) 1,309 g/cm 3 13. Sabiendo que la densidad de 100 mL de alcohol etílico es 0,8 g/cm 3, determ inar la densidad de 16 mL de alcohol etílico. A) 0,8 kg/mL D ) 8 kg/L

B) 80 kg/cm ' E) 40 kg/L

C) 0,8 kg/L

14. Si al dilatarse un cuerpo su densidad disminuye en 0,8 g/cm 3 y su volumen varía en 2/3 de su valor inicial. ¿Cuál es la densidad inicial? A) 0.4 g/cm 3 D) 2 g/cm 3 15.

B) 0,6 g/cm 3 E) 1,8 g /cm 3

C) 0,8 g/cm 3

Se tiene 2 líquidos míscibles A y B. m ediados en la proposición volum étrica de 2/1 respectivam en­ te. Si la densidad de A es 1.5 g/cm 3 y la densidad de la mezcla es 2 g /cm ’, determ inar el valor de Da/D„. A) 0,5

B) 1

C ) 1 ,5

D) 2

E) 2,5

16. En qué relación de volúm enes se deben m ezclar el agua y el etilenglicol (D = 1,2 g/mL) para for­ m ar una solución homogénea cuya densidad es 1,08

E) 0,1

217

10. Dado que 140 mL de cloro gaseoso tiene una masa de 0,45 g, determ inar su densidad.

C) 652,6 cm 3

Cuando un recipiente se llena con agua, el conjun­ to tiene una masa de 800 g. Cuando el recipien­ te vacío se llena con aceite, el conjunto tiene una masa de 700 g. ¿Cuál es la masa del recipiente? Dato: Daceile = 0,75 g/mL. A) 400 g

6.

B) 310 cm 3 E) 326,3 cm 3

Un recipiente vacio tiene una masa de 250 g. Com pletam ente lleno con agua tiene una masa de 850 g. Si el recipiente vacío se llena hasta la mitad con un líquido X, el conjunto tiene una masa de 500 g. Determ inar la densidad del líquido X. A) 0,833 g/m L D) 1 g/mL

5.

C) 550 cm 3

Un recipiente vacío tiene una masa de 300 g. Si a 62 °C se llena hasta la mitad de su volumen con agua y el conjunto tiene una masa de 610 g. Hallar el volu­ men del recipiente. Dato: DH¡¡0 = 0,95 g/mL (a 62 °C). A) 620 cm 3 D) 376,5 cm 3

4.

B) 500 cm 3 E) 505 cm 3

■

PROPUESTOS

C) 1,3 g/mL

Un recipiente vacío tiene una masa de 200 g. Lleno con agua tiene una masa de 750 g. Hallar el volu­ men del recipiente. A) 200 cm 3 D) 450 cm 3

3.

B) 1,29 g/mL E) 1,34 g/mL

u ím ic a

g/mL,

A) 8/3

B) 3/2

C )3 /4

D) 1/2

E) 1/1

17. Convertir 80 °C a grados Fahrenheit. A) D)

144 °F 100 °F

B) 176 °F E ) 124 “ F

C)112 °F

18. Determ inar el valor numérico de la expresión (°F - °C), sabiendo que se cum ple la relación te rm o m é trica para la tem peratura de un cuerpo: R = 1. °C + K

218

■

C

o l e c c ió n

A ) - 9 3 ,5 D ) -1 0 8 ,5

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

24. La masa de un cuerpo es 5 veces la de otro y su vo­ lumen es la mitad de la del segundo. Determinar la densidad relativa del primero respecto al segundo.

B) 93,5 C) 108,5 E) Todos son iguales.

19. Señalar la menor temperatura. A ) 20 °C D) 75 °F

A) 2,5 D) 0,25

B ) 294 K C ) 530 R E) Todas son iguales

20. La tem peratura del hielo seco (en su punto de su­ blimación normal) es - 1 0 9 °F y la tem peratura de ebullición normal del etano es - 8 8 °C. ¿Cuál de las siguientes afirm aciones es correcta? A) La tem peratura del hielo seco es m enor que la temperatura de ebullición normal del etano en 32 °C. B) Am bas tem peraturas son iguales. C) La tem peratura de ebullición del etano es 32 °F mayor que la del hielo seco. D) La tem peratura del hielo seco es m ayor que la tem peratura de ebullición normal de etano. E) Entre las tem peraturas hay una diferencia de 21 “C. 21. Una aleación de cobre y oro pesan 370 g y tiene un volumen de 30 cm 3. Si las densidades del oro y el cobre son 19 g/cm 3 y 9 g/cm 3 respectivam ente. Hallar la masa de cobre en la aleación. A) 80 g D ) 300 g

B) 100 g E ) 120 g

C )1 8 0 g

A) Aum enta en 8,3%

B) Dism inuye en 8,3%

C) Aum enta en 83%

D) Aum enta en 0,83%

E) Disminuye en 83% 23. Calcular la densidad de un líquido sabiendo que 800 mL de él tienen una masa 30% mayor que la masa de un volumen triple de agua. A) 0,34 g/m L B) 2,4 g/mL C) 1,2 g/mL D) 2,45 g/m L E) 3,9 g/mL

1. A | : :

5. 6. 7. 8.

A B D A

9. B 10. C 11. A 12. B

13. 14. 15. 16.

C D A B

C )0,1

25. De acuerdo con los siguientes datos de densida­ des relativas: D(x,Y) = 8/9; D(y(zl — 9/5, D(z/a1 — 1,2. Determinar: D(XA). A) 1,92 D) 1,5

B) 0,5 E) 3

C )2

26. ¿Cuál es la masa de 0,0002 m3 de m ercurio líqui­ do, si su densidad es 13,6 g/mL? A) 2,72 kg D) 272 kg

B) 3,16 kg E) 316 kg

C )4 ,1 2 k g

27. Hallar la densidad de una mezcla form ada con vo­ lúmenes iguales de agua y glicerina. Dato: (Dglcerina = 1,25 g/mL). A) 1,125 g/mL D) 1,05 g/m L

B) 1,1 g/m L E) 1,22 g/mL

C) 1,2 g/mL

28. Hallar la densidad de una mezcla form ada por vo­ lúmenes iguales de alcohol y etilenglicol. Dato: (Daicoho, = 0,8 g/m L) y (Detilenglicol = 1,20 g/mL). A) 1,1 g/mL D) 1,05 g/mL

22. Se tiene un cubo de hielo de 10 cm de lado. Al ca­ lentarse se funde pasando a la fase líquida. ¿Cuál es la variación de volumen que se ha producido en dicho cambio de base? Dato: Dhíel0 = 0,917 g/mL

2. C 3. C 4. A

B) 10 E) 5

B) 1,15 g/m L E) 0,96 g/mL

C) 1 g/mL

29. Hallar la densidad de una mezcla form ada por ma­ sas iguales de agua y alcohol. Dato: (Dalcohol = 0,8 g/mL). A) 0,88 g/m L B) 0,9 g/m L D) 0,81 g/m L E) 0,99 g/mL

C) 0,93 g/mL

30. Sean las siguientes mezclas: Mezcla A: volúm enes ¡guales de agua y alcohol. Mezcla B: masas iguales de agua y alcohol. Mezcla C: volúm enes ¡guales de A y B. Hallar la densidad de la mezcla C, si la densidad del alcohol es 0,78 g/mL. A) 0,88 g/mL B) 0,883 g/m L D) 0,889 g/mL E) 0,89 g/mL

17. B 18. A 19. A 20. D

21. 22. 23. 24.

C B E B

25. 26. 27. 28.

A A A C

C) 0,887 g/mL

29. A 30. B

Unidades químicas de masa

o D Q .

D U

Amedeo Avogadro (Lorenzo Ro­ mano Amedeo Cario Avogadro). conde de Quaregna y Cerreto (Turín, 9 de agosto de 1776-Turín, 9 de julio de 1856), fue un físico y químico italiano, profesor de F ís i­ ca en la Universidad de Turín des­ de 1820 hasta su muerte. Formuló la llamada «ley de Avogadro», que señala: «Volúmenes iguales de ga­ ses distintos bajo las mismas con­ diciones de presión y temperatura contienen el mismo número de partículas». Avanzó en el estudio y desarrollo de la teoría atómica y en su honor se le dio el nombre al número de Avogadro. Fue nombrado docente de Física matemáticaen la Universidad de Turín, precisamente en los años transcurridos entre el primer y el segundo nombramiento, cuando publicó su más famosa memoria: Ensayo sobre un modo de determinar las masas relativas de las moléculas elementales, en el que se enuncia por vez primera el conocido principio de química general que lleva su nombre. En 18 1 1. en París, publica en el Journal de Physique, el ensayo sobre un modo de determinar las masas relativas de las moléculas elementales que puede considerarse como la pieza clave de las teorías sobre la constitución de la materia.El nombre de Avogadro ha quedado ligado al del número de las moléculas contenidas en un mol. Fuente: Wifeipedia

220

■

C

U

o l e c c ió n


S

n ic ie n c ia

a p ie n s

E je m p lo s :

(Ar)

Es la masa relativa de un átomo, com parada con la doceava parte de un átomo de carbono 12, la cual recibe el nombre de "unidad de masa atómica" (u).

1.

H20 M h2o = 2Ar(H) -f 1A r(0) = 2 (1 ) + 1 (1 6 )

1 u = 1,6 x 1(T24g

¡ V

Con referencia a esta unidad, cada elem ento tiene su masa atómica, representada por un número abstracto ya que expresa una relación.

2.

=18

H2S 0 4 M h2so4 — 2ArlHl + 1Ar,S) + 4A rlOI = 2(1) + 1(32) + 4(16)

Na

Hg;

H

1,008

M h2so4 = 98

: 22,99

200,59 fe

3.

La masa atómica es un cociente entre la masa del áto­ mo y la doceava parte del carbono. La masa atómica se encuentra tabulada en la tabla pe­ riódica y generalm ente es dato en un problema. Elemento

Ár

Elemento

Ar

H

1

Cl

35,5

Be

9

K

39

B

11

Ca

40

C

12

Cr

52

N

14

Fe

56

O

16

Cu

63,5

Na

23

Br

80

Mg

24

Ag

108

Al

27

Ba

137

P

31

Au

197

S

32

U

238

Hg

200,6

M = 2Ar(Fe) + 3Ar(S) + 12Ar(0l M = 2(56) + 3(32) + 12(16) M = 400 Las especies como: 0 2, N2, H2, He, Ne, ... (las m olécu­ las de los gases son "diatóm icas" a excepción de los gases nobles que son "monoatómicos"). - 2Arl01 = 2(16) => •

MH2 = 2Ár(Hl = 2(1)

• •

m

k, = 1(36)

32

MH2 = 2

= 2Ar(N) = 2(14) ^Ne = 1(10)

M o2 =

M n2

=>

= 28

MNe = 10 M k, =

36

1 mol de átomos. 1 mol de átomos de un elem ento es num éricam ente igual a su masa atómica expresada en gramos. 1 mol átomos (E) = A r(E)

(g)

1 mol átomos (H) = 1 g 1 mol átomos (Ca) = 40 g 1 mol átomos (S) = 32 g

<4 MASA MOLECULAR (M) Es la masa relativa de una molécula. No tiene unidades y se obtiene sum ando las masas atóm icas de los ele­ m entos que form an una sustancia. Bromuro de níquel (III)

Yodo - I,

Fe2(S 0 4)3

También se puede expresar en Ib, kg, t, etc. 1 mol átomos (P) = 31 kg

1 mol de moléculas. 1 mol de m oléculas es num éri­ cam ente igual a la masa m olecular de una molécula expresada en gramos: 1 mol de m oléculas = M(C)

(g)

1 mol H20 = 1 mol de m oléculas H20 = 18 g 1 mol de m oléculas H2S = 34 g 1 mol de m oléculas C 0 2 = 44 g También se pueden expresar en kg, t, Ib, etc.

126,9

126,9 M = 253,8

M = 299

Por lo tanto, la masa m olecular es la suma de las m a­ sas de los átomos que forman la molécula.

Mol Es la cantidad de sustancia que contiene tantas enti­ dades elem entales (átomos, m oléculas u otras partícu­ las). equivalente a 6,023 x 1023.

Q

1 mol = 6.023 x 1023 partículas Na = 6,023 x 1023 (núm ero de Avogrado) 1 mol Na = 6,023 x 102' átomos de Na 1 mol es numéricamente igual a la masa m olar de dicha sustancia en gramos.

Fe

■

22

Aplicación: Hallar cuántas mol de átomos de Al existen en 108 g de dicha sustancia. A r(A

27

Resolución: m„ A iy .

1 mol = 56 g

u ím ic a

108 g = 27

1 mol átom os (Al) -

27 g

n.° mol átomos (Al)

-

108 g

1 -

n.° mol átomos

h 2s o 4

LT

-

1 mol = 9i8 g

(Al) =

A r. 1 mol = 100 g

1 mol = 17 g

O O Fe O O y - y -v -v -v -v -y i 1 mol átomos Fe = 6,023 < 102' átomos

108g x 1 mol átomos (Al) 27 g

J

n.° mol átomos (Al) = 4 mol átomos (Al) En general: n.° mol átomos (E) = =■ Ar, F Número de m oléculas o núm ero de moles n. Es igual a la masa en gram os de una sustancia sobre la masa de 1 mol de m oléculas de dicha sustancia. Aplicación:

1 mol de moléc. = 6,023 x 10-3 moléc. 1 mol de moléc. = 6,023 x 1023 moléc.

1 mol de moléc. = 6,023 x 1023 moléc.

Hallar el número de moles (o n.° mol de m oléculas) de H2S en 272 g de dicha sustancia. Resolución: = 272 g

En 1 mol de cualquier sustancia hay el mismo nú­ mero de m oléculas

M H2s = 34 g

Del ejemplo:

1 mol de m oléculas (H2S) -----► 34 g n 272 g

En 98 g de H2S 0 4 (1 mol de m oléculas) existen las m is­ mas moléculas que hay en 100 g de C a C 0 3 y 17 g de gas NH3.

mn =

En general: El número de Avogadro se puede expresar: 1. 2.

Como la cantidad de átomos existentes en 1 mol de átomos. Com o la cantidad de m oléculas existentes en 1 mol de moléculas. 6 023 x 1023

átomos 1 mol átomos

moléculas 1 mol m oléculas

1 mol de moléculas

34 g

M n = 8 mol En general:

<4 ATOMICIDAD Nos indica el número de átomos por molécula.

1 mol átomos = 6,023 x 1023 átomos _ átomos z ~ molécula

1 mol moléculas = 6,023 x 1023 moléculas Núm ero de mol de átom os (n.° de mol átom os). Es la masa en gram os de un elem ento sobre la masa de 1 mol de átomos de dicho elemento.

1

O : 2

2.

H20 : 3 at° mof = triatómica molécula

molécula

= diatómica

222

3.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

H2SO„: 7 átom os _ heptaatóm lca m olécula

Resolución: 2 mol de átomos (x)

40 g

Ar,,, ...g

<4 VOLUMEN MOLAR (Vm)

2Ár,, ,g = 40 g =* Á rM = 20 g

Es el volumen que ocupa 1 mol gram o de cualquier gas. Determinar la masa atómica de Y en Y20 3, si 3 moles de dicho compuesto contiene una masa de 306 g. Resolución: : 306 g M = 306

3(2Ár,Yl + 3(16))

¿Cuántos átomos existen en 80 g de calcio?

Condiciones normales o estándar (CN)

Ar,Col = 40

Son condiciones cuando: P = 1 atm = 760 mmHg T = 0 °C = 273 K = 32 °F

m (Ca) = 80 g 1 mol átomos C a

Resolución:

En estas condiciones:

80 g ------V , = 22,4

V m = 359

6,023 ■ 1023 átomos Ca

40 g

mol - g

pie mol - Ib

También se puede expresar: 1 mol - g (c) » 22,4 L

- n.° átomos Ca

80, n.° átomos Ca = :,023 x 1023) átom os Ca 40' n.° átomos Ca = 12,046 x 10” átomos Ca ¿Cuántas moléculas existen en 392 g de ácido sul­ fúrico? Resolución:

CN

Ác. sulfúrico: H2S 0 4

M = 98

1 mol de moléculas— 6,023 -, 1023 moléculas (H2S 0 4)

En conclusión:

98 g 392 g

n= S = N M N0

V V„

Donde: m: masa en gram os N: número de m oléculas Na: número de avogadro = 6,023 X 10” V: volumen ocupado por el gas Vm: volum en m olar (22,4 L en CN)

n.° moléculas 392, n.° moléc. = - ^ ( 6 , 0 2 3 x 102J) moléc. (H2S 0 4) yo n.° moléc. = 2,4 x 1024 moléc. (H2S 0 4) Determ inar la masa de 3 * 1023 m oléculas de agua destilada. Resolución: Agua destilada: H20

M = 18

n ." moléc. H20 = 3 x 1023 moléc. H20 1 mol de m oléculas

6,023 x 1023 moléc.

E je m p lo s : 1.

18 g

Hallar la masa m olecular del ácido ortoantim ónlco. m

A r(3b) = 122 Resolución: Ácido ortoantim ónico: H3S b 0 4 M = 3Ár(H| + 1Ár(sb| + 4Á r(0l M = 3(1) + 1(122) + 4(16) M = 189 2.

SI 2 mol de átom os (x) tienen una masa de 40 g, hallar la A r,,.

-

- 3 x 1023 moléc. H20

3x10 3(18) 6 ,0 2 3 x 1 0 '

m

m = 8,96 g HzO

PB Para ser más sencillas las operaciones ma­ temáticas: 6,023 x 1023 se puede usar como 6 0 x 1023.

Q

7.

C a C 0 3: M = 100

Resolución:

1 mol C a C 0 3 -------

Ár 1.2 x 10 22 g

-------

■

223

Resolución:

La masa de un átomo es 1,2 x 10 22g. Determ inar Ar de dicho átomo.

1 mol átomos ------- 6,023 x 1023 átomos

u ím ic a

i 100 g 800 g

3 mol de átomos O i 3(16) g m

-------------

1 átomo m = |5 0 (3 )(1 6 ) = 3 8 4 g O

X _ 1 ,2 x 10 22x 6 ,0 2 3 x 1023 A r -----------------------^ 11. ¿Cuántos átomos de P existen en 1960 g de ácido fosfórico (H3P 0 4)7

Ar = 72,27 8.

La molécula de un com puesto tiene una masa de 7.3 x 10 23g. Hallar M.

Ár: H = 1; P = 31; O = 16

Resolución:

n.° átomos P

1 molécula

.71353 . 7,3 x 10 23g

1 mol de m oléculas -------- 6,023 x 10 23 moléc.

Resolución: 1960 g H3P 0 4

1 mol H3P 0 4 = 98 g 1 mol H3P 0 4 ---------

1

mol de átomos P

M ... g 1 7.3 x 10 23g -------- 1moléc. x; 7 , 3 x 10 23(6 ,023 x 1023) M = A; 1

6,023 x 1023 átomos P

-

1960 g

-------

( 1 | | 0 ) ( 6 023 x 1023) = 1,2 x 1025 átomos P.

M = 43,96 9.

1

98 g

¿Cuántos mol de átomos de carbono existen en 220 g de propano (C ,H a)? Ár: H = 1; C = 12

12. ¿Cuántos gram os de calcio existen en 22 moles de hidruro de calcio (H2Ca)? Ár: H = 1; Ca = 40

Resolución:

Resolución:

M c 3H8 = 4 4

1 mol H2C a

1 mol Ca

22 mol H2C a

m

1 molécula de propano C3H„

40 g

RELACIONES ATÓMICAS a) M icroscópica /

1 m olécula

► C: 3 átomos

N

H: 8 átomos

m = ^ p (4 0 ) = 8 8 0 g Ca

13. ¿Hallar la masa que ocupa 112 litros de H2S(g) a condiciones norm ales (CN)? Ar(H1 = 1; S = 32

b) M acroscópica

C

C: 3 mol de átomos

Resolución: M „ 2s = 34

H: 8 mol de átomos

(1 mol)

x mol de átomos C - 3 mol átomos C

x

2 2 0 (3 mol átomos) x = ------ 1------—------------- C = 15 mol átomos C 44 10.

I P = 1 atm = 760 torr = ...

normales (CN) 1 T = 0 °C = 32 ° F = ...

220 g C 3H8

44 g 220 g

Condiciones

¿Cuántos gram os de oxígeno se encuentran en 800 g de C a C 0 3? Ár: C = 12; Ca = 40; O = 16

1 mol (cualquier gas) 1 mol H2S

-------

co n tie n e .

22,4 L

i 34 g m

-------

112 L

m = ^ | ( 3 4 ) = 1 7 0 g H 2S

22,4 L

(CN)

224

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

14. ¿Qué volumen ocupara (CH.) a CN?

5

S

a p ie n s

m oléculas de metano

m

336 = 2 moles 168

n = ñM

Á rH = 1 : C = 12 R e s o lu c ió n 1 mol CH,

18. Una dieta humana consiste en 0,008 onzas diarias de fósforo. Si en 3,1 libras de pescado contiene 8 m ol-oz de fosfato de sodio. ¿Cuántas libras de pescado se consumirá para satisfacer esta dieta?

5 moléc. (CH4) -------

22,4 L

I n.° moléc. CH4 5 n .' moléc. CH. --------

Resolución:

V

Fosfato de sodio: Na3P 0 4 Datos:

V = ^ —-(22,4) = 112 L(CHj)

Ár: Na = 23; P = 31; 0 = 16 1 Ib = 16 oz

15. ¿Cuántos átomos de hidrógeno habrá en un reci­ piente de 3360 litros de gas butano (C4H ,0) a CN? Ár:

Dieta:

H = 1: C - 12

3 ,1 lbpesca do

Resolución:

8m ol-oz(Na3P 0 4

x

n.° átomos H

31 onzaP

1m ol-oz(Na3P 0 4)

0,008 onza P

3360 L

1 mol de moléc. C .H ,, 10 mol átomos (H)

CN —

22.4 L

22.4 L

í 10(6,023 x 10 ) átomos (H) n,c átomos (H) n 0 átomos (H) =

22,4 L 3360 L

19. Una expedición científica trae de un planeta X una muestra de un mineral que resulta ser el óxido de un meta! M. desconocido en la Tierra. Si el análisis de 1,820 g de la muestra arroja un contenido de 0,320 g de oxígeno, ¿cuál será la Ar del metal desconocido, asumiendo que la fórmula mínima es M 0 2? Resolución:

3360 (10)(6,023 x 1023) 22,4

Sea el mineral: MO -

n.° átom os (H )= 9,03 * 102°

Masa (M) = 1,820 - 0,320 = 1,5 g

16. ¿Cuántos neutrones existen en 89,6 L de cloro ga­ seoso a condiciones normales?

Fórmula: MOz 1 mol (M)

Resolución: 1 átomo cloro: 17CI35

n.° = 18

Cloro gaseoso: Cl2

(diatómico)

1 molécula Cl2 =»

0,320 g

1^820 g

-----

2 mol O

Ar,Ml

2Ar,ri,

I Ar,M) 1,5

2(16) g 0,320 g

_

n = 36 neutrones

n 89.6 L CN Sabemos: 1 mol-g ------- 22.4 L ...CN

Ar

- 1 .5(2X 16) ~~ 0 320

tM| ~~

I 6.0 x 1023 moléc. 6.0 x 1023 moléc.Cl2 --------- 22,4 L 89,6 L

20.

Por análisis del Fe2(S 0 4)3 proporciona 0,4 mol de hierro. ¿Cuántas moles de oxigeno están presen­ tes en la muestra? Resolución:

= 1 ^ 1 (6,0 x 1023) = 24 x 1023moléc. Cl2

Muestra:

Fe2(S 0 4)3

n.° neutrones = 8,64 < 1026 Molécula oxígeno: O,

17. El dinitrobenceno se obtiene som etiendo al bence­ no a una mezcla de ácido nítrico y sulfúrico fum an­ te. ¿Cuántas moles de dinitrobenceno se tiene en una muestra de 336 gramos de dicho compuesto?

Relación

X=

602

2 mol Fe

6 mol 0 2

0,4 mol Fe

x

= 1,2 mol 0 2

Resolución: m = 336 g M = 168 g/mol Dinitrobenceno

21.

¿Qué masa de azufre existe en la misma cantidad de átomos que en 0.7 gram os de nitrógeno? Ár: S = 32; N = 14 Resolución: Condición: n.° átomos (S) n.° átomos (N) n.° mol átomos (S) = n.° mol átomos (N)

Q

u ím ic a

■

22o

Resolución: m (N)

m (S)

l<

i

Z

Ar(S)

: 0.7 g

"(N)

reemplazando:

32

, „ \ fosgeno: COCL ' a 2 1 mol átomos C

1 mol COCI2 -

07 14'

'" 'S I

m = 22 kg — __“ , M = 99 g/mo

m(S) = 1,6 g

1 6,0 x 1023 átomos C

99 g 22. Determ inar el número de átomos de oxígeno, que existe en cierta cantidad de C a S 0 3 que presenta igual número de m oléculas que 300 gram os de C a C 0 3. Na = 6,0 x 1023 Ár: C = 12; O = 16; Ca = 40 Resolución: C a C 0 3:

m = 300 g

M = 100

n.° átomos O en C a S 0 4

22 000 g

-

X

X = 22 ° 00 (6.0 x 1023) = 1,33 x 1026 átomos C yy 24. Cierta m uestra de cobalto forma un óxido doble, el cual presenta 96,368 x 1023 átom os de oxígeno. Se com prueba experim entalm ente que la muestra de óxido doble presenta 36 gram os de impureza. Hallar el % de impureza de la muestra. Ar: Co = 59

Condición: n.° m oléc.(C aC 03) = n.° moléc. C a S 0 4

Resolución: Óxido doble: C o30 4

n

N

n.° moléc. CaSO,

(M = 241)

300

100

36 g (N0 moléc. C a S 0 4) = n.° moléc. C aS 04

1 moléc. CaSO,

— • 4 átom os O

Por conversión:

% im pureza

36 - ( 100 ) muestra

■(P)

4 mol de átomos O

1 mol óxido i

n.° átomos O = f ^ ( n . ° moléc CaS04 4 átomos__ 100' Im olec CaS04 n.° átomos 0 = 12 n.° átomos O.

4(6,023 x 1023) átomos O

24 L

96,868 x 1023 átomos O 9 6 ,3 6 8 / 102-

23. En la Segunda Guerra Mundial los alemanes arro­ jaron 22 kilos de gas fosgeno (COCI2) venenoso. ¿Cuántos átomos de carbono estarán contenidos en dicha masa? Ár: C = 12; O = 16; Cl = 35,5

PROBLEMAS 1.

¿Cuál de los siguientes sistemas químicos, tiene m ayor masa? (NA = 6,02 x 1023) I. II. III. IV. V.

2 moles de agua. 5 moles de ozono. 42 x 1023 m oléculas de hidrógeno. 1 mol de m oléculas de metano. 9 mol de átomos totales en el etanol (CH3CH2 OH).

Resolución: Se tienen las muestras I.

(a)

Muestra: óxido puro + impureza

i

2 m oles de H20 (M = 18) M = 2(18) g = 36 g

4 (6 ,0 2 3 x 1023)

(241) = 964 g

en (a): mmueslra = 964 + 36 = 1000 g en ((3): % im pureza

36 (100) = 3,6% 1000

RESUELTOS

s>

. 5 moles de 0 3 (M = 48) M = 5(48) g = 240 g II.

42 x 1023 m oléculas H2 (M = 2) n.° moles =

n m o le c . _ 42 x 10 = 7 Na 6 x 1023

m = 7(2) = 14 g IV. 1 mol de metano: CH4 (M = 16) m = 1(16) g = 16 g V. 1 mol de CH 3CH2OH (M = 46) 9 mol de átomos en total. m = 1(46) = 46 g Por lo tanto, tiene mayor masa la de ozono ( 0 3).

226

2.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Indicar ve rdadero (V) o falso (F) según co rre s­ ponda:

Incorrecto El cloro tiene los isótopos Cl - 35 y Cl - 37, si

I.

La unidad de masa atómica (u) se define como la doceava parte de la masa de un átomo de \2C .

su A r es 35,453; se aproxim a m ucho a 35, el

II. Muchos elementos se presentan en la natura­ leza como mezclas de isótopos, por lo cual la masa atómica de un elemento es, en realidad, la masa media ponderada de las masas isotópicas.

Incorrecto Para que dos m uestras de elementos químicos

Cl - 35 es más abundante.

tengan igual cantidad de átomos deben poseen igual número de moles, no igual masa.

III. En el caso de sustancias m oleculares, la masa de esta sustancia se denom ina masa fórmula.

Correcto Se sabe que en una molécula:

Resolución:

M = SPA

Respecto a las proposiciones: I. Verdadero Definición de unidad de masa atómica (u): 1u

Para el fósforo (P4) M = ■

Masa átom o(C -12) 12 5.

II. Verdadero

La m uestra contiene 3 m oles de átomos de Ca.

II. La m uestra contiene 1,8 x 1024 átomos. III. La muestra contiene igual número de átomos que 3 moles de átomos de cloro. Resolución: Se tiene una m uestra de 120 g de calcio: I.

Se sabe que cierta cantidad de sustancia X2Y3 con­ tiene 7,525 x 1022 átom os de X. Calcular el número de moles de Y en la misma cantidad de sustancia.

Verdadero Com o el peso atóm ico (PA) del calcio es 40.

Esto representa 3 moles de átomos. ¡I. Verdadero En base al número de Avogadro (6,02 x 1023) se tiene:

Resolución: En el compuesto: X 2Y 3 se tiene: 7,525 x 1022 átomos de X.

n.° átomos = 3(6,02 x 1023)

n.° átomos _ 7,525 x 1022 Na 6, 0 2 x 1O23

n.° átomos = 1,8 x 1024 III.

n.° moles = 0,125 2 3

.-. n.° m oles Y = 0,1875 Indicar qué proposiciones son correctas. I.

4

En relación a 120 g de calcio, indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda.

I.

M = masa m olecular • Com puestos iónicos (unidades fórmula). MF: masa fórm ula

4.

—

Masa atómica del: Ca = 40 Na = 6,02 x 1023

La A r de un elem ento químico. Es el prome­ dio ponderado de las masas isotópicas de sus isótopos componentes. III. Falso A nivel de la quím ica se tiene dos tipos de com ­ puestos cuyas m asas se expresan como: • Com puestos m oleculares (moléculas).

Adem ás de la fórm ula se observa: n.° moles X __ 2 0,125 n .° m o le s Y _ 3 n° moles Y

=

Luego, es correcto solo I

C - 12 átomo patrón.

n.° moles :

PA

• ■ r n (P)

El elem ento cloro presenta los isótopos 35CI y 37CI, cuya A r prom edio es 35,453, entonces el isótopo más abundante es el 37CI.

6.

Verdadero Toda muestra de elem ento quím ico que posea 3 moles de átomos posee 1,8 x 1024 átomos.

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I.

Una unidad de masa atómica es 1/12 de la masa de un átomo de carbono ¡2C, por lo tan­ to un átomo de carbono de este tipo tiene una masa de 12 u.

II. Si tengo 54 g de oxígeno m olecular y 54 g de aluminio, entonces tengo igual número de áto­ mos de am bos elementos.

II. La plata (Ag) tiene dos isótopos, uno de 60 neutrones (abundancia porcentual = 51,839% ) y el otro de 62 neutrones, por lo tanto, el que presenta m enor abundancia porcentual posee m ayor número de masa.

III. Si la masa m olecular del P4 es x, entonces la masa de un átomo de P es x/4.

III. La A r es el prom edio ponderado de las masas de los isótopos que constituyen un elemento.

Resolución:

Resolución:

Respecto a las proposiciones:

De acuerdo a las afirm aciones:

Q

Verdadero Por conversión se le asigna al átomo patrón ( C - 12) una masa de 12 u. m 12r 1u 12 Verdadero Isótopos del elem ento plata: Ag (N = 60): Pi: 51,839% Ag (N = 62); PI: 48,161% el más pesado es el menos abundante, I.

Verdadero La masa atómica prom edio (Ar) se determ ina según: Ar =

Y M iP i -----

■

227

X r _ 1 9 ,9 8 (4 )+ 24 ,97 (3 ) y

Á rw = 22,12 u 9.

¿Qué masa de m onóxido de carbono tendrá el m is­ mo número de moléculas como las que hay en 40 g de anhídrido sulfúrico? Resolución: Hallando el número de m oléculas de S 0 3: M(So3) = 32 + 3(16) = 80 80 g S 0 3 ------ ► n.° moléculas 40 g SO, ------ ► x 40 g „ . . . x = -Z7T3- . n. moléculas 80 g

Promedio ponderado de las masas isotópicas (Mi) 7.

u ím ic a

El magnesio consiste en tres isótopos con ma­ sas 23,99; 24,99 y 25,99. Las abundancias relati­ vas de estos tres isótopos son 78.34%; 10,49% y 11,17%, respectivam ente. Calcular la Ar dei m ag­ nesio. Resolución:

1 x = ^

n. moléculas

Hallando la masa de monóxido de carbono: M(C0) = 12 + 16 = 28 28 g C O -----► n.° moléculas i mco ------ ► n.° moléculas =* mc o = 1 (2 8 ) = 14 g

Para el elemento magnesio (Mg) se tiene: Mi (u)

Pi

23,99

78,34%

24.99

10,49%

25,99

11,17%

10. ¿Qué masa de plata tendrá una m uestra impura de 600 g de AgCI que contiene 40% de este com ­ puesto? PA(Ag) = 108: PA:Cli = 35,5 Resolución: M = (AgCI) = 108 + 35,5 = 143,5

Luego su Ar es: Ar

_ 2 3 ,99 (7 8 ,34 ) + 2 4 ,99 (1 0 ,49 ) + 2 5 ,99 (1 1 ,17 ) 100

143,5

gAgCI

^ ( 6 0 0 g AgCI)

* 108 g A g * mAg

Ar(Mgl = 24.3 u 8.

Hallar la masa atómica prom edio (Ar) exacto de un elemento que posee dos isótopos: 20X(19,98 u) y 25X(24,97

u)

mA9= l S r 5 (1°8 ) = I 8 0 '62 g 11. ¿Cuál de las siguientes cantidades de sustancia contiene mayor masa?

Sabiendo que por cada 4 átomos livianos hay 3 átomos pesados.

PA (N = 14; O = 16; H = 1; Fe = 56; Al = 27) I) 2 moles N2

II) 1 mol de N20 5

Resolución:

111)100 g de H2

IV) 3 moles de Fe

Masas isotópicas (Mi) y abundancias relativas (Pi) para un elemento X:

V )5 moles de Al

Isótopos

Mi (u)

Pi

20X

19,98

4

25X

24,97

3

Su masa atómica prom edio (Ar) lo determ inam os de acuerdo con:

Resolución: Analizando las alternativas: I.

2 m o le s d e N 2( i | ^ )

= 56gN2

II. 1 mol de N20 5( 1.0 8 ) = 108 g N2O s ¿ 5 1 m o lN 20 5 5 III. 100 g H2

Á

r =

^ IV. 3 m oles de Fe( ) = 168 g Fe '1 mol F e ' a

228

■

V) '

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

M = pV = (13,354 g/cm 3)(32 cm 3)

5 mol d e A IC2 7 9 , ^ 1, ) = 135 g Al ' 1 mol A l'

M = 427,33 g

Por lo tanto, la mayor masa es IV. 12.

n ° moles =

Determ inar la cantidad de óxido a obtener en la m ención de 12 g de un metal de masa equivalen­ cia a 54 g. M + - lo 2

II.

• 6 moles de H — >• M = 6 g • 3 moles de O — ►18 x 1023 átomos O

n.° Eq(M| = n.° Eq(0)

.

M eq(0)

54

III.

m(0)= l , 7 7 g

Una m uestra sólida de 4,0 g contiene un 65% de carbonato de plomo (IV) y el resto es de fosfato de plomo (II). C alcular el número total de moles.

• 4 moles H2 — * 8 moles H • 2 moles 0 2 — ► 4 moles O 15. Calcular el número de m oles de átomos de hidró­ geno que existen en una mezcla de 800 g de m eta­ no (CH4) y 600 g del etano (C2H6). Ar: C = 12; H = 1 R e so lu ció n :

Resolución: Se tiene 4 g de una muestra que posee: 65% de carbonato de plomo (IV) P b (C 0 3)2:

Para las muestras dadas: •

M = 327,2

M

2,6 - - « X 10~3 327,2

800 g CH4 (M = 16) n.° moles = 2 = ^ M 16

M = 4 ( f L ) = 2 ,6 g

•

V erdadero Se tiene: 4 moles H20

Entonces: m6x¡do = mM + mD = 12 g + 1,77 g = 13,77 g

•

Verdadero Se tiene 54 g de H20 (M = 18)

.-. 3 moles H20

Para la form ación del óxido:

13.

4f | 2 = 2 ,1 6

MO

Resolución:

Meq(M)

^ =

= 50

.-. n.° moles de H = 50(4) = 200 •

35% de carbonato de plomo (II) P b C 0 3: M = 267,2

600 g C2H6 (M = 30) n.° moles = 2 = - ^ M 30

= 20

n.° moles H = 20(6) = 120 M = 4 (W

) = 1 ,4 g

Luego, en total se tiene de hidrógeno: n.° moles: 200 + 120 = 320

n.° moles = 2 = = 5 ,2 x 1 0 -3 M 2 b r,2 Por lo tanto, la cantidad total de m oles es: n.° m olesT = 8 x 1CT3 + 5,2 x 10~3 n.° m olesT = 13,2 x 10^3 14.

Indicar verdadero (V) o falso (F) según correspon­ da a cada proposición. I.

En 32 cm 3 de mercurio. (p = 13,354 g/cm 3 a 25 °C) hay 2,16 moles de esta sustancia.

16. ¿Cuál es la masa en gram os de una m olécula de ácido nítrico H N 0 3? PA (N = 14; O = 16; H = 1) R e so lu ció n : M (H N 0 3) =

63 g ------► 6,023 x 1023moléculas x

II. En 54 g de H20 están contenidos 6 g de hidró­ geno y 18,06 x 1023 átomos de oxígeno. III. A partir de 4 m oles de H20 se pueden obtener 4 moles de H2 y 2 moles de 0 2. Resolución: De acuerdo a las afirmaciones: I.

Verdadero Se tiene 32 cm 3 de Hg (PA = 200) con 0 = 13, 354 g/cm 3 por lo que su masa es:

14 + 1 + 16(3) = 63 g

Por regla de tres: *

1 molécula

x = 10,46 x 10~23 g 17. El número de Avogadro representa: I.

El número de átomos que existe en una m olé­ cula gramo,

II. El número de m oléculas que existe en 1 litro de gas a 0 °C y 1 atm. III. El valor de R en la ecuación general de los gases.

Q

IV. El núm ero de coulom bs en una celda ele ctro ­ lítica.

=> x =

Resolución:

x = ^

Rpta.: V

Resolución: 1 at-g Ca x

------► 40 g * 224 g

x = 5,6 at-g Ca 19. ¿Cuántos at-g de oxígeno contienen 20 g de C a C 0 3? PA(Ca) = 40; PA(C) = 12; PA(O) = 16

NA moléculas moléculas

Hallando la masa de monóxido de carbono: M (CO ) = 12 + 16 = 28 g 28 g CO — N a moléculas ^

moléculas

mc o = 1 ( 2 8 ) = 14 g 23. ¿Qué masa de plata tendrá una m uestra impura de 600 g de AgCI que contiene 40% de este com ­ puesto? PA (Ag = 108; Cl = 35,5) Resolución: M(AgCI) = 108 + 35,5 = 143,5 g 143,5

AgCI

2 ^ (600 g A g C I ) -

Resolución:

229

x

mco -

18. ¿C uántos at-g de Ca existen en 224 g de calcio? PA (Ca) = 40

■

80 g S 0 3 — N a moléculas 40 g S 0 3 -

V. El número de m oléculas que existe en una mo­ lécula gramo.

El número de Avogadro se define como la cantidad de átomos que existen en un átomo-gram o o el número de moléculas existentes en una moléculagram o o 22,4 L de un gas a 0 °C y 1 atm.

u ím ic a

-

108gA g mAg

1 mol-g C a C 0 3 ------ ► 3 at-g O m^ = i H ^ (108) = ”180,63 g

100 g de C a C 0 3 20 g C a C 0 3

— -*

x

24. Por difracción de rayos X se ha determ inado que un cristal ortorróm bico de aragonita tiene distri­

■■■ x = ^ ( 3 ) at-g O = 0,6 at-g O

buidas 2,409 x 1021 m oléculas de aragonita, y por fotom etría de flama se determ inó que tiene una

20. Calcular el número de m oléculas en 4 g de CH4.

masa de 0,4 g. Determ inar la masa molecular de

Resolución:

la aragonita.

M (CH4) = 12 + 4(1) = 16 g =» 1 mol-g CH4 = 16 g

Resolución:

16 g -»

6,023 x 1023 moléculas

Del dato:

4 g

x

2,409 x 1021 m oléculas -

->

=> x = ^ ( 6 . 0 2 3 x 1023) moléculas 1b x = 1,50575 x 1023 moléculas 21. ¿Cuántos at-g de fósforo existen en 15 moles de fosforita Ca3(P 0 4)2? PA (P = 31; Ca = 40) Resolución:

0,4 g

x 1023 m oléculas -

M = 6,023 x 1 0 “ (0,4) 2,409 x 1 0 21

M (aragonila) .-. M = 100

25. Una alumna recibe como regalo un anillo de oro de 20 gramos. Si m edia mol de átomos de oro cuesta 197 soles, ¿cuál es el precio del anillo? PA(Au) = 197 Resolución:

1 mol Ca3(P 0 4)2 — 2 at-g P 15 mol C a3(P 0 4)2 -

6,023

x

x = ^ ( 2 ) at-g P = 30 at-g P 22. ¿Qué masa de monóxldo de carbono tendrá el m ismo número de m oléculas como las que hay en 40 g de anhídrido sulfúrico?

1 a t - g Au = 197 g 197 g — 1 mol átomos 20 g - x => x = ^ ( 1 ) = 0,1015 mol Com o 1/2 mol tiene un precio de 197 soles: 0,5 mol -

197 soles

Resolución:

0,1015 mol -

Hallando el número de m oléculas de S 0 3: M (S Q 3) = 32 + 3(16) = 80 g

... y = ° ’ 1 P !.5 ( 197) = 40 soles

y

230

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

26. Un com puesto tetratóm ico ocupa 1,12 L a condicio­ nes normales. ¿Cuántos átomos existen en dicho com puesto gaseoso?

1 mol-g

310 g

1/2 mol-g

^compue 1 2 (310) = 155 g

Resolución: Como: 6,023

x 1023 m oléculas —22,4 L x - 1,12 L x = 0,30115 x 1023 moléculas

30. Si se consumieron 2,4092 x 1025 átomos de oxí­ geno solo en la form ación del dióxido de m anga­ neso. ¿Cuántos kilogram os de este com puesto se form aron? PA(Mn) = 55

Si una m olécula es tetratóm lca, tenemos: 1 molécula — 4 átomos 0,30115 x 1023 m oléculas — y

Resolución:

y = 1,2046 x 1023 átomos

Dióxido de manganeso: M n 0 2

27. ¿Qué volumen ocuparán 18,069 x 1024 átomos de una molécula pentatóm lca que se encuentra a CN?

M = 55 + 2(16) = 87 g => 1 mol-g Mno2 = 87 g 87 g — 2 at-g O — 2(6,023 x 1023) átomos mMno, -

Resolución: Del dato: 1 molécula x

2,4092 x 1025 átomos

m Mn0z = 1 7 4 0g = 1,74 kg - 5 átomos —18,069 x 1024 átomos

31. Los huesos de una persona adulta tienen una masa de 10,9 kg y contienen 50% de Ca3(P 0 4)2. Calcule los kilogram os de fósforo que existen en los huesos de la persona adulta. PA(Ca) = 40; PA(P) = 31.

=* x = 3,6 138 x 1024 Además: 6,023 x 1023 m oléculas — 22,4 L 3,6138 x 1024 m oléculas - VCN

Resolución:

VCN= 134,4 L m Ca3(P 0 4)2

28. Un á to m o -g ra m o de sodio tiene una masa de 23 g y uno de cloro de 35,5 g. ¿Qué masa de cloro ha­ bría que adquirir para tener tantos átomos de este elemento como átomos de sodio hay en 4,6 g de este otro?

= 10 900 g (—

y )=

5450 g

M (C a3(P 0 4)2) = 3(40) + 2(31) + 8(16) = 310 g Entonces: 310 g Ca3(P 0 4)2 -

62 g P

5450 g Ca3(P 0 4)2 — mp .-. mP = 1090 g = 1,09 kg

Resolución: Hallando el número de átomos de sodio: 1 at-g Na = 23 g - NA átomos 4,6

32. ¿En qué caso se tiene el m ayor número de moles de sustancia?

g — N.° de átomos

=> N.° átomos Na =

E le m e n to

H

O

Na

S

Cl

PA

1

16

23

32

35,5

NA = 0,2NA

Hallando la masa del cloro: 1 at-g Cl = 35,5 g — NA átomos mC| — 0,2NA de átomos

A) 5 g de NaCI

B) 5 g de Na2S

C ) 5 g de H2SO.

D )5 g de HCI

E)

0 ,2 N A , , mc = “ ñ - ^ 3 5 '5) = 7 ’ 1 9 INA

Resolución: Número de m oles para las especies:

29. SI un átomo del elemento X tiene una masa de 6.64 x 1(T 23 g, hallar la masa de 0,5 mol-g del com ­ puesto: X 3(P 0 4)2; si PA(P) = 31 y PA(O) = 16. Resolución:

A)

B)

PA(X) = 39,99 « 40 Calculando la M del compuesto: M = 3(40) + 2(31) + 8(16) = 310 g

C) *

5 g de Na2S (M = 7 8 )

D)

5 78

0,064

5 g de H2S 0 4 (M = 98) n.° moles =

' a

: 0,085

=A

n.° moles =

1 átomo

= 6 ,0 2 3 x 1023 átomos 1 átomo v

5 g de NaCI (M = 58,5) n ° m o ie s

Hallando el PA(X): PA(X) 6,023 x 1023 átomos 6.64 x 10~23 g -

5 g de H20

yo

= 0,051

5 g de HCI (M = 36,5) n.° moles =

36,5

= 0,137

Q u ím ic a

E)

■

231

II. La masa molar es la suma de las masas atóm i­ cas de los elementos que form an el compuesto. III. La unidad de la masa atómica en el sistema in­ ternacional es el UMA.

5 g de H20 (M = 18)

Por lo tanto, posee más moles el H20 .

Resolución: 33.

¿Cuál de las siguientes cantidades de sustancias contiene m ayor masa? Elem ento

H

C

N

O

Al

S

PA

1

12

14

16

27

32

A) C) E)

0,2 moles 0 2 0,1 mol de C 0 2 0,5 moles de Al

I

Falso La masa atómica prom edio se determ ina en re­ lación a las masas isotópicas (promedio ponde­ rado) y sus abundancias.

II. Falso La masa m olar corresponde a la masa de una mol de átomos o moléculas. Átomos: m = (PA) g M oléculas: m = (M )g

B) 0,1 mol de NO D) 0,3 moles de H2S

Resolución: De acuerdo a los datos de masas atómicas, halla­ mos las masas de las muestras:

III. Verdadero Los átomos y m oléculas expresan sus masas en UMA, unidad del sistema internacional.

A)

0,2 moles de 0 2 (M = 32) m = 0,2(32) = 6,4 g

.-. FFV

B)

0,1 moles de NO (M = 3 0 ) m = 0,1(30) = 3 g

C)

0,1 moles de CO, (M = 44) m = 0,1(44) = 4,4 g

D)

0,3 moles de H2S (M = 34) m = 0,3(34) = 10,2 g

E)

0,5 moles de Al ( M = 27) m = 0,5(27) = 13,5 g

36.

rresponden al isótopo 35CI y 2447 al isótopo 37CI. Si las masas isotópicas relativas de cada isótopo son m i(33CI) = 34,97; m i(^ C I) = 36,95, calcule el error (diferencia) que se produce al obtener la masa ató­ mica con los números de masa. Resolución:

Por lo tanto, tiene m ayor masa el Al.

Isótopos del elem ento cloro:

34. Señale verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda. I.

Para calcular la masa atómica del cloro se realiza un análisis estadístico m ediante el cual se determ i­ na que por cada 10 000 átomos de cloro, 7553 co­

Isótopos 35CI 37CI

La masa m olecular del C 0 2 es 44 UMA.

Masas isotópicas 34,97 36,95

Abund. 7553 2447

II. La masa m olar del propano (C,He) es 44 g/mol.

10 000

III. Las m asas isotópicas son valores próxim os a los respectivos números de masa de dichos isótopos.

Flallamos su masa atómica en relación a sas isotópicas y números de masa. PA(CI) '

Resolución: I.

PA(CI) = 35.4545

M (C 0 2) = 44 UMA

PA(CI) = 35,4894

_ 3 5 (7 5 5 3 )+ 37(2447) P A ( U ) ---------------10Ó0Ó Luego el error de cálculo es: 35.4894 - 35,4545 = 0,0349

II. Verdadero M (C 3H8) = 12(3) + 8 = 44 g/mol

.-. W V 35. ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son ver­ daderas? I.

3 4 ,9 7 (7 5 5 3 )+ 36,95(2447) 10 000

Verdadero Debido a que PA(C) = 12 UMA PA(O) = 16 UMA

III. Verdadero Cada átomo (Isótopo) posee un valor de masa llamado masa isotópica que es muy próxim o a su número de masa.

La masa atómica se determ ina sum ando la masa de los electrones, protones y neutrones que posee el átomo.

(+ )

37.

FHalle la abundancia relativa en porcentaje de cada isótopo del antimonio (13]Sb y ’ 253Sb) en for­ ma aproximada, si la masa atómica prom edio es 121,75 UMA. Resolución: Para los átomos del antimonio (Sb): Isótopos 121Sb 123Sb

% abundancia x j_ 100

i | (+ )

232

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Su masa atómica es el prom edio ponderado de sus masas isotópicas o en forma aproxim ada de los números de masa.

D) 48 g de 0 3 (M = 48) n.° moles: -7= = 1 48

Su valor m edido es: PA(Sb) = 121,75 Luego: PA(Sb) = 121(x >+o1 2 3 (y > = 1 2 1 75

n.° moles: 1(3) = 3 (átomos) E) 18 g de C6H,20 6 (M = 180) n.° moles: 7^ - = 0,1 1 oU

121 x + 123y = 12 175 x + y = 100

n.° moles: 0,1(24) = 2,4 (átomos)

Resolviendo: x = 62,5 a y = 37,5 38.

Determine la verdad (V) o falsedad (F) de las si­ guientes proposiciones.

No todos los elem entos presentan isótopos. 1 UMA = Í - L \ = 1,6606 x 10

(¿

Resolución: Respecto a las proposiciones: I.

Falso En todo núclido se cumple: A Z Por lo que para el uranio lo correcto es: 232U

II. Verdadero Existen cerca de 20 elementos que no poseen isótopos naturales: Na-23; CO-59; As-75, etc. III. Verdadero La relación entre la UMA y el número de Avogadro (N„) es de reciprocidad. 1 UMA = - L = 1,66 x 10 N„

40. Marque verdadero (V) o falso (F), según corres­ ponda: I. Una mol de agua en CN ocupa un volumen de 22,4 L. II. En un at-g de sustancia simple existen 6,0 23 x 102' átomos. III. El número de Avogadro señala que hay 6.023 x 1023 m oléculas en una mol de sustancia. IV. Todos los elementos químicos tienen m oléculas monoatómicas. Resolución: I.

Falso El volumen m olar normal se define para los gases en condiciones norm ales (0 °C, 1 atm). A 0 °C el agua no es gas, puede ser líquido o sólido y una mol de esta sustancia tiene una masa de 18 g (M = 18). luego su volumen, a partir de la den­ sidad del hielo (0,9 g/crrv), es: V

= M „ v = 4 4 => V = 20 cm 3 p 0,9

A) 24 g de carbono (C)

II. Verdadero La sustancia sim ple está form ada m ínim am en­ te por átomos. El á to m o -g ra m o es el peso ató­ mico relativo expresado en gram os y contiene 6.023 x 1 0 23 de estos átomos.

B) 20 g de carbonato de calcio (C a C 0 3)

III. Verdadero

FVV 39.

Entonces, posee más moles de átomos el 0 3.

¿En cuál de los siguientes casos hay m ayor núm e­ ro de moles de átomos?

C) 71 g de cloro gaseoso (Cl2) D) 48 g de ozono ( 0 3) E) 18 g de glucosa (C6H120 6) PA (C = 12; H = 1; O = 16; Ca = 40; Cl = 35,5) Resolución: A) 24 g de C (PA = 12) n.° moles:

= 2 (átomos)

B) 20 g de C a C 0 3 (M = 100) n.° moles:

20

= o,2 (moléculas)

n.° moles: 0,2(5) = 1 (átomos) L_ 5 átomos por unidad fórmula C) 71 g de Cl2 (M = 71) 71 n.° moles: é-i = 1 71 n.° moles: 1(2) = 2 (átomos)

La sustancia en general está form ada por m oléculas (que pueden ser m onoatóm icas o poliatómicas). Una mol de sustancia contiene 6.023 x 1023 moléculas; esta cantidad se cono­ ce como número de Avogadro. IV. Falso La mayoría de elem entos químicos tiene m olé­ culas m onoatóm icas como los metales (Fe; Zn) y los gases nobles (He; Ne; Ar; Kr; Rn), pero otros tienen m oléculas diatóm icas (H2; N2; 0 2: F2; Cl2: Br2; l2); triatóm icas ( 0 3); tetratóm icas (P4); octatómicas, etc. .-. FVVF 41. Indique si es verdadero (V) o falso (F) en el orden dado. I. Mol es la unidad de cantidad de sustancia. II. La masa del C - 1 2 es 12 UMA. III. La unidad de masa atómica (UMA) equivale a 1,6 x 10 24 g.

Q

Resolución: I.

> ^ I1 CaC03 A) 3 5 0 g C a C O 3( 1 0 0 g C a C o ;

Verdadero La mol es considerada como la séptima unidad fundam ental del Sistem a Internacional de Uni­ dades.

II. Verdadero La UMA expresa la masa de los núcleos, como por ejemplo: m (10B) = 10 UMA; m (12C) = 12 UMA III. Verdadero Por definición; 1 UMA =

masa de un átomo i : C = 1,67 x 10 12

Luego: 3 a t-g O \ _ a — = 10,5 at-g O 3,5 mol CaCO, 3\1 mol CaCO

= 6,32 x 1024 átomos O ^ / 6,023 x 1023 moléculas C a C 0 3 D) S ^ m o lC a C O ;1 4 1 mol CaCO = 2,11 x 1024 m oléculas CaCO

B) 300 m ilim oles de peróxido de hidrógeno

1 at-g C \/ 6,02 3 X 1023 átomos C 11 mol CaC03 !\ 1 a t-g C

E) 3 ,5 m olC aC 02|

C) 5,6 litros de ozono en condiciones normales D) 25 at-g de nitrógeno

= 2,11 x 1024 átomos C

E) 2,41 x 1022 átomos de hidrógeno

Por lo tanto, la proposición incorrecta es E.

Resolución: Resolverem os este problem a con el método de los factores de conversión. P A (H = 1; O = 16; N = 14)

44. ¿Cuántos átomos de oro existen en una joya que pesa 82 g si tiene aproxim adam ente 40% de oro puro? PA(Au) = 196,97 Resolución:

A) Am oniaco (NH3): M = 14 + 3 = 17

Peso de oro Au puro: WAU = 40% (82) = 32,8 g

5 m oles NH3( ^ ) = 85 g NH-, J\1 mol NH 31 M 3 B) Peróxido de hidrógeno (H20 2); M = 2 + 16(2) = 34 300 milimoles H20 2(------1™1H2° 2------j / 34 9

Aplicando mol: 6,023 x 1023 átomos Au — 196,97 g

j

x

\ 1000 milimoles H20 2 A 1mol H20 2 /

= 10,2 g H A

5 '6 L

° 3

\/

4 8

g° 3

\

_

„

o

(22,4 L Ó 3)(T m o T O ^ ) ~ 1 2 9 ° 3

D) Nitrógeno: 25 at-g

9NKI| = 350 g N . 1 at-g . N /

E) 2,41 x 1022 átomos H|

1at g H

1g h

' 6.023 x 1023 átomos H A 1at - g H /

Resolución: A partir de: 20 gotas — 1 cm 3 1 gota -

=* % gota:

= 0,04 g H Por lo tanto, la muestra de mayor masa es Nitrógeno. 43. Respecto a una muestra de 350 g de carbonato de calcio C a C 0 3, señale la proposición incorrecta. PA (Ca = 40; C = 12; O = 16) A) Contiene 3,5 moles de C a C 0 3 B) Contiene 10.5 at-g de O C) Contiene 6,32 x 1024 átom os de oxígeno D) Contiene 2,11 x 1024 m oléculas de C a C 0 3 E) Contiene 4,22 x 1024 átomos de carbono Resolución: C alculam os el peso m olecular de C a C 0 3: M = 1(40) + 1(12) + 3(16) => M = 100

- 32,8 g

.-. x = 1023 átomos 45. ¿Cuántas m oléculas hay en una gota de agua, sa­ biendo que 20 gotas tiene un volum en de 1 cm 3?

C) Ozono ( 0 3): M = 48 /1 m o 1

3,5 moles CaCO,

1 at-g Ca -► 1 at-g C -► 3 at-g O

1 mol C a C 0 3

A) 5 moles de amoniaco

ra

233

B) En la fórm ula C a C 0 3 se tiene:

g

42. Identifique la muestra de m ayor masa.

i

■

-m c t r \ l 6,023 x 1023 átomos O C) io ,5 at-g 0 ( T i r ^ -----------

VVV

c e

u ím ic a

V, gota 1 20

Como: m P V m.h 2 o

pV; pero pH2o = 1 g/cm

-

V h 2o

" H 20

Finalmente: 1 m o l- g iH20) = 18 g -

■

1 „ 20

6 x 1023 moléculas

1 20 9 .-. y = 1,67 x 1021 moléculas 46. ¿Qué peso de carbono se tiene en una muestra form ada por 300 g de metano CH4 y 200 g de ace­ tileno C2H2?

234

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

M(C2H2) = 2 (1 2 ) + 2(1) = 26

Calculam os el peso molecular de CH4: M = 12 + 4(1) = 16 g

T

C

H

Determ inamos el peso del carbono en el acetileno:

H

C alculam os el peso de carbono en el metano: 3 0 0 ( l|) = 2 2 5 g C Calculam os el peso molecular del acetileno C2H2:

2 0 0 ( | ^ ) = 184,62 g C 2o Finalm ente el peso total del carbono en toda la muestra: W (C) = 225 + 184,62 = 409,62 g

Q

PROBLEMAS

■■■El 1.

En una pepsina purificada, aislada de una prepa­ ración de bovino, se analizaron los am inoácidos y sus productos hidroliticos. El aminoácido presen­ te en menor cantidad fue la lisina, C6H4N20 2, con un composición centesimal de 0,43%. ¿Cuál es el peso m olecular mínim o de la pepsina? A) 17 600 D) 34 600

2.

B ) 5333 E ) 5100

A) ~ 6 x 1023 m oléculas/insecto B) ~ 8 x 1017 m oléculas/insecto C) ~ 2 x 105 m oléculas/insecto D) ~ 5 x 1022 m oléculas/insecto

4.

5.

B) 64%

C )7 4 %

D) 54%

E )3 1 %

Determ inar el peso m olecular de la insulina, sa­ biendo que contiene 3,4% de S. Adem ás, se sabe que cada molécula de insulina contiene 4 átomos de azufre. PA (S = 32). A) 941 D ) 3764

6.

1013 m oléculas/insecto

Una m edalla de oro (Au) y plata (Ag) pesa 4 g. Si contiene 28 m ilim oles en conjunto. ¿Qué porcenta­ je en masa de oro tiene la medalla? Dato: PA (Au = 197; Ag = 108) A) 14%

B) 1882 E ) 5261

7.

8.

C )2 8 2 3

Suponiendo que la unidad de masa atómica toma el valor de (1/2 NA) g. ¿Cuál será el nuevo peso atóm ico del carbono? Dato: PA (C = 12).

235

B) 6 u E) 15 u

C )2 4 u

Definiendo una nueva unidad de mA, "urna", el peso atómico del flúor serla 48 u. ¿Cuál será el nuevo peso atómico del azufre? PA (F = 19, S = 32) B) 46 E) 75

C )28,5

Durante el paseo lunar del Apolo II, se realizó un experim ento sobre el viento solar (asuma que solo consiste de átomos de hidrógeno). El colec­ tor de viento solar era una lámina de aluminio de 3000 cm 2 de superficie. Suponiendo que el vien­ to solar golpea esta lámina y queda adherido a ella con intensidad de 107 átomos crrT2s 1. ¿Qué masa de átomos de hidrógeno se recogió durante 100 minutos de experim ento? A) 1 x 1 0 13 D) 3 x 10~1°

9.

El polvo de cochinilla se obtiene de la pulverización de los cuerpos secos de las hembras del insecto Coccus cacti. Este polvo contiene 10% en masa del com puesto rojo neutro (PF = 492,4) que se emplea como colorante de alimentos. Si se requie­ ren 150 000 insectos para producir 1 kg del polvo. ¿Cuántas m oléculas de rojo neutro están presen­ tes aproxim adam ente en cada insecto?

E) ~ 3 x

A) 12 u D) 18 u

A) 80,8 D) 61,62

C )8100

■

PROPUESTOS

C )3 1 6 0 0

Una sustancia polimétrica, politetrafluoruroetileno, puede representarse mediante la fórm ula (C2F4)X, donde X es un número grande. El m aterial se pre­ paró polim erizando C2H4 en presencia de un catali­ zador que contiene azufre y que funciona como un núcleo sobre el cual crece el polímero. Se encontró que el producto final contiene 0,012% de S. ¿Cuál es el valor de X si cada molécula polim érica contie­ ne 2 átomos de azufre. Considerar que el cataliza­ dor contribuye con una cantidad despreciable a la masa total del polímero PA (S = 32) A) 2700 D) 1 0 0 0 0

3.

B) 31 628 E) 51 000

u ím ic a

B) 5 x 1 0 ''2 E) 1 , 8 x 1 0 ”

C ) 1 ,8 x 1 0 12

El límite permisible de nitrito de sodio, N a N 0 2 en el agua potable es 59 mg de N a N 0 2 por litro de agua, para no im plicar problem as de envenenam iento. Al efectuar un análisis de 200 mL de agua, se deter­ mina la presencia de 1,204 x 1017 m oléculas de N a N 0 2. ¿Qué reportaría Ud ? Dato: PA (Na = 23) A) B) C) D) E)

Está contam inada No está contam inada Tal vez Faltan datos Solo se puede saber experim entalm ente

10. El Hospital de Houston diagnostica anemia ferropénica cuando el paciente tiene menos de 80 pg Fe por g de sangre. Se efectúa el análisis de espectrom étrlco de 400 mg de sangre de un paciente y se determ ina la presencia de 2,4092 x 1017 áto­ mos de hierro. ¿Qué diagnosticaría usted? Dato: PA (Fe = 56) A) Tiene anemia. B) No tiene anemia C) Tal vez D) Faltan datos E) Solo se puede saber consultando al médico 11. Se tiene 708 mg de una aleación de cobre y cinc que contiene 11 m ilim oles de átomos en total. Determ inar lacomposición en masa de la aleación. Dato: PA (Cu = 63; Zn = 65). A) 68,8% Cu D) 60,4% Cu

B) 31,2% CuC) 39,6% Cu E) 32,3% Cu

12. 5,44 g de hidrogenofosfato de calcio se calienta observándose una pérdida de masa de 0,36 g de

236

■

C

agua. mado la del Dato:

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Sabiendo que se produce un com puesto for­ por calcio, fósforo y oxigeno. Hallar la fórm u­ com puesto formado. PA(Ca = 40: P = 31).

A) C a3(P 0 4)2 D) CaP20 7

B) Ca(P20 , ) 2 E) C a P 0 4

C )C a (P 0 3)2

13. El límite de tolerancia de residuos de paratión en el ambiente es de 0,2 mg de paratión por L de aire. Determ inar si un ambiente de 14,55 m ' de volu­ men, que contiene 3,01 x 1019 m oléculas de para­ tión está contam inado. Dato: Mparatlon = 291 g/mol. A) Sí B) No C )T a lv e z D )Faltan datos E) Solo se puede determ inar experim entalm ente 14. La ingestión admisible (IDA) del DDT, 1.1.1 —tricloro —2 ,2 —bis (p -c lo ro fe n il) etano es 7,09 mg DDT por kg de tomate. ¿Cuántas m oléculas de DDT como máximo deben estar presentes en un tomate de 100 g para no sobrepasar los límites del IDA. Dato: (M ddt = 354.5 g/mol). A) 1,204> 1024 C )1 ,2 0 4 x 101S E) 1,806 X 1 0 's

B) 1,204 x 10 '9 D) 1 ,8 0 6 x 1023

15. La dureza del agua está definida por la presencia de sales solubles de calcio y puede ser expresada en ppm: _ Masa de calcio (mg) Dureza = — ppm Volum en de agua (L) En un proceso de ablandam iento, elim inación de calcio, se hace pasar 200 L de agua a través de un intercam biador iónico y quedan retenidos 4,8184 x 10í! átomos de calcio. Determ inar la du­ reza del agua, suponiendo que el intercam biador iónico absorbe todo el calcio. Dato: PA (Ca = 40). A) 16 ppm D) 32 ppm

B) 320 ppm E) 200 ppm

C) 160 ppm

16. Con cuántas m oléculas de agua cristaliza el otofosfaltoácido de calcio, C a H P 0 4.XH20 . Si 3,44 g de sal cristalizada deja por acción del calor un residuo de 2,54 g de pirofostato de calcio anhidro, Ca2P20 7. Dato: PA (Ca = 40; P = 31). A) 1 D )4

B) 2 E )5

C )3

17. El fosfato de 1 -g lu c o s a es de im portancia funda­ mental en el metabolism o de los hidratos de carbo­ no. Su peso m olecular es de 260 y su densidad es aproxim adam ente 1,5 g/ml. ¿Cuál es el volumen prom edio ocupado por una molécula de este com ­ puesto? A) 2,88 x 10 " cm 3 C) 2.88 x 10 23 cm 3 E) 2,88 x 1 0 29 cm 3

B) 2,23 x 10‘2Jcm 3 D) 2,23 x 1023cm 3

18. Se extrajo un alcaloide de la semilla de una planta y se purificó. Se sabe que la molécula contiene 1 átomo de nitrógeno, no más de 4 átomos de oxí­ geno y ningún otro elem ento aparte de carbono e hidrógeno. Se encontró que el peso m olecular cal­ culado por espectrom etría de masas es 297,138. ¿Cuál es la fórmula m olecular probable concordan­ te con este hecho? A) C ,60 , N 5H,4 d

) c ,a

n h

„

B) C .70 3N2H17 e) c

C )C 190 3NH3

18o 3n h ,9

19. Se descom puso un éster orgánico saturado y de cadena abierta dentro de un espectróm etro de masas. Uno de los productos de descomposición tiene el peso molecular de 116,09. ¿Cuál es la fór­ mula molecular de este producto, si se sabe por adelantado que solo contiene carbono hidrógeno y oxígeno y que no más de 4 átomos de oxigeno es­ tán presentes en la molécula. Dar como respuesta la atomicidad de este producto. A) 19 D ) 22

B) 20 E) 40

C )21

20. Las partículas a son átomos de helio doblem en­ te ionizados. Se sabe que 1,82 x 1 0 " partículas a producen 0,00675 mL de gas helio en condiciones normales. Calcular el número de Avogadro con es­ tos datos. A) 6,023 < 1023

B) 6,0397 x 1023

C )6,091 x 1023

D) 6,02 x 1023

E) 6.067 x 1 0 " 21. Al com bustionar com pletam ente un hidrocarbu­ ro se obtiene producto gaseoso de 11 g de C 0 2 y 4,5 g de H20 . Si se cumple que el hidrocarburo gaseoso es 28 veces más denso que el hidrógeno, determ ine la fórmula de! hidrocarburo y masa de oxígeno consumido en el proceso. A) C4Hb y 8 g

B ) C 4He y 1 2 g

D) C2H4 y 6 g

E ) C 4Hl0 y 1 2 g

C ) C 4Hs y 4 g

22. Los espectróm etros de masa son instrum entos que miden la relación entre la carga y la masa de los cationes, estos se enfocan en un rayo muy an­ gosto y se aceleran m ediante en campo eléctrico hacia un campo magnético donde este último logra desviar; el grado de desviación depende de varios factores, indicar aquel que no Influye. A) Carga de las partículas B) Volumen de los cationes C) Masa de los cationes D) Fuerza del campo magnético E) Magnitud del voltaje de aceleración 23. El gráfico muestra datos del espectrógrafo de masa de 5 de los 8 isótopos naturales del cadmio.

Q

Determ inar la diferencia aproximada de masas en gramo entre el isótopo liviano y pesado.

E) 1,26 < 1 0 "

24. En base a la siguiente tabla, calcular la masa ató­ mica promedio del litio. Is ó to p o

Masa a tó m ica

% a b u n d a n c ia

?L¡

6.0167 u

7,4%

7,0179 u

92,6%

A) 6,926 u 6,900 u

B) 6,944 u E) 5,5173 u

C) 7.002 u

B) 320 g E ) 280 g

B) 170,5 g E) 180,7 g

D)

B) 6,44% E) 40,48%

C) 181,4 g

C )20,24%

28. Una mezcla de KBr y NaBr, pesa 0,56 g. Se trató con una solución de nitrato de plata; precipitando todo el bromo como bromuro de plata con una masa de 0,97. Determ inar la composición ponde­ ral de KBr en la m uestra inicial. PA(u): Br = 80; Ag = 108; K = 39. A) 55%

B) 45%

D) 40%

E) 38%

C) 60%

30. La aleación ferrovanadio contiene hierro cuya com ­ posición es 55%. ¿Qué masa de ferrovanadio es necesario añadir al acero de 200 kg de masa para aum entar la composición de vanadio en este des­ de 0,4 a 1,2%? A) 3,56 g D) 3,56 m

B) 3.56 Ib E) 3,56 kg

C )3 5 ,6 k g

A) 16 D ) 48

B ) 32 E ) 95

C )6 4

32. ¿Cuántos gram os de ácido carbónico (H2C 0 3)se necesitan para obtener 8 mol-g de oxígeno? PA (C = 12; H = 1) A) 325,6 D) 342,6

B) 330,6 E) 362,3

C) 335,6

C )4 2 0 g

27. Una mezcla de los com puestos AI(OH)3 y C a C 0 3 contiene 9,6 mol de unidades fórm ula en conjunto y 64 mol de núcleos en conjunto. ¿Cuál es el por­ centaje m olar del catión trivalente en esta mezcla? A) 12,5% D) 5,06%

B) 45% E) 70%

m oléculas de ácido sulfúrico (H2S 0 4)? PA (S = 32; O = 16)

26. ¿Qué peso de AI2(S 0 4)3 con 20% de Impurezas contiene la misma cantidad de azufre que 200 g de Na2S 0 4 con 90% de riqueza? PA(u): Al = 27; Na = 23; S = 32. A) 190,5 g D) 191,6 g

25

31. ¿Cuántos gram os de azufre existen en 120.46 y 1O22

25. Un m ineral contiene óxido calcico al 83.33% de pu­ reza y a partir de ella se obtiene 3,011 x 1024 áto­ mos de carbono con un rendim iento del 80% en la producción del carbonato calcico. ¿Cuál es el peso del mineral? A) 160 g D ) 350 g

■

29. Para m ejorar el Indice antidetonante de la gasolina se le añade piorno tetraetilo Pb(C2H5)4; esta se pre­ para reaccionando una aleación de sodio y plomo con cloruro de etilo C2H5CI. Si cierta cantidad de gasolina requirió 161.5 g de este aditivo, que se obtuvieron de 172,5 g de aleación, ¿qué porcenta­ je de plomo hallamos en dicha aleación? Dato; PA(Pb) = 207 u. A) 40% D) 65%

D) 3 .3 2 x 1 0 ”

uímica

C) 60%

33. Indicar la muestra de menor número de átomos. I. 85 g de peróxido de hidrógeno H20 , II. 10 at-g de cobalto III. 3 mol-g de ozono PA (H = 1; O = 16; Co = 59) A) I D) IV

B) II C )III E) Todas son iguales

34. Se tienen 5,5 mol-g de agua destilada. ¿Cuál es la masa en gramos? A) 98 g D) 101 g

B) 99 g E ) 102 g

C )1 0 0 g

35. En la Segunda Guerra Mundial, los alemanes arro­ jaron 33 kilos de gas fosgeno (COCI2) venenoso. ¿Cuántos átomos de carbono estaban contenidos en dicho peso? A) 2 x 1020 B) 2 > 1024 D) 2 1022 E) 2 --1026

C) 3 y 1026

36. ¿Cuántos at-g de oxígeno hay en 0,12 mol de car­ bonato de sodio decahldratado? A) 16 D) 1,56

B) 13 E) 0,26

C )3 ,5

238

■

C

o l e c c ió n

U

n ic íe n c ia

S

a p ie n s

37. En 400 g de C a C 0 3, ¿cuántos átomos de oxígeno existen? NA: número de Avogadro A) 12NA

B) 14N a

D )1 8 N a

E) 24N a

C )1 6 N a

B) 100 x 1023 E) 1 5 0 x 1 0 "

C) 1 2 0 x 1 0 "

B )1 6 a t-g E )4 0 a t-g

C )2 4 a t-g

40. Hallar el número de at-g de oxígeno que existen en 0,4 mol-g de carbonato de caldo. A) 3 D )4 ,2

B) 1,2 E) 4,8

A) 5,45 x 1 0 " N fl B) 3,28 < 1023 D) 5,45NA E )0 ,5 45 N a

A) 14,81 at-g D) 18,75 at-g

B) 14,02 at-g E) 14,71 at-g

A) Anhídrido carbónico C) Benceno E) Gas de cocina

A) 140 g D ) 208 g

B) Ácido nítrico D) Agua destilada

A) D)

B ) 780 g E ) 760 g

C )8 60 g

44. La cantidad de m oles de átomos de hidrógeno pre­ sente en 19,6 gram os de ácido fosfórico. PA (H = 1; P = 31; O = 16) A) 1,4 D) 0,6

B) 0,8 E) 0,4

C )1 ,6

A) D)

B) 1,15 x 1015 E) 1,56 x 1 022

C) 1,33 x 1020

C )1 5 2 g

B) 4,5 at-g E) 7,5 at-g

C) 5,5 at-g

B) E)

2,5 x 1 0 " 2.5 x 103

C) 2,5 x 102 D)

10

2 B) 5 E ) 12

C) 8

53. Determ inar la cantidad de moles de plata presen­ tes en una m oneda de 54 g, que está form ada por dicho elemento. A) 0,1 D) 1 54.

0,5 1,5

C) 0,8

B) 2,6 E) 6,2

C) 6,4

En 8 g de calcio, ¿cuántos átomos de calcio exis­ ten? A) 6 x 10 22 D) 12 x 102;

56.

B) E)

¿Cuál es la masa en gram os de 1,2 x 1023 átomos de sodio? A) 5,6 D) 4,6

55.

A) 1,21 x 1024 D) 1,45 x 1021

en

52. Determ inar el número de moles contenidos en una muestra de 216 g de aluminio.

C ) 0 ,9 8 '1 0 26

46. Se tiene una muestra de 52 mg de carbono. Indicar en forma aproxim ada la cantidad de protones pre­ sentes en dicha muestra. Número atóm ico (C) = 6

4 at-g 7 at-g

A) 2.5 x 10' 2 ,5 x 1 0 '

45. ¿Cuántos neutrones habrá en 115 g de sodio, si su número atóm ico es 11 y su número de masa es 23? A) 0,234 x 1022 B) 1,3 x 1024 D) 3,6 ■ 1025 E) 1,12 x 1024

B) 205 g E ) 192 g

existente

51. ¿Cuántas moles de calcio hay en 10 gram os de Ca?

43. ¿Cuántos gram os de calcio existen en 22 moles de hidruro de calcio? A ) 850 g D) 880 g

C )2 07 N A

50. ¿Cuántos átomos gramos existen en 84 g de car­ bono? PA (C = 12)

C) 15,02 at-g

42. ¿Qué sustancia presenta mayor masa molecular? P A (H = 1; C = 12; N = 14; O = 16)

C) 6 mol

49. Determ inar la masa de azufre 6,5 at-g de dicho elemento. PA (S = 32)

C )1 ,4

41. Se tiene 400 g de una barra de aluminio. ¿Cuántos átomos gram o de dicha sustancia existen? PA (Al = 27)

B) 5,5 mol E) 7 mol

48. ¿Cuántos átomos hay en 1 cm 3 de plomo cuya densidad es 11,3 g/cm ? PA (Pb = 207) Na: número de Avogadro

39. ¿Cuántos átomos gram os de oxígeno existen en 8 mol-g de ozono (O,)? A ) 8 a t-g D) 32 at-g

En una combustión completa se liberan 242 g de anhídrido carbónico. ¿Cuántos mol-g existen de dicha sustancia? A) 5 mol D) 6,5 mol

38. ¿Cuántos átomos se tendrá en 500 g de C a C 0 3? PA (Ca = 40; C - 12; O = 16) A) 90 L 1 0 " D) 80 < 1023

47.

B) 12 x 1 0 2: E) 48 x 10 2:

C) 6 x 102:

¿Cuántos átomos de magnesio hay en 8 g de este elemento? A) 2 x 10~23 D) 3,2 < 10~22

B) 3,2 x 1022 E) 3,2 x 1 023

C ) 2 x 1 0 23

Q

57. ¿Cuántas mol de m oléculas están presentes en 12,046 x 1024 m oléculas de C 0 2? A) 2 D )4 54

B) 20 E) 236

C ) 4 , 4 x 1 0 '2

58. El número de m oléculas presentes en 4 g de CH„ es: A) 1,5 x 1023 D) 6 x 1022

B) 24 x 1 0 23 E) 4,8 x 1021

C ) 1 6 x 1 0 29

59. ¿Qué volumen ocupan 13,2 gram os de C 0 2 gaseo­ so, cuando se encuentran sometidos a condiciones norm ales (CN)? A) 11,2 L D) 22,4 L

B) 5,6 L E) 4,48 L

C )6 ,7 2 L

60. Cuando 19,2 gram os de S 0 2 se someten a CN, ocupa un volumen cuyo valor es: A) 11,2 L D) 22,4 L

B) 5,6 L E) 4,48 L

C )6 ,7 2 L

61. En un balón que contiene 11,2 L de nitrógeno (N2) som etidos a condiciones normales, el número de m oléculas es: A )N a D )4 N a

B) 2N a E) 5N a

C) Na/2

62. ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta me­ nor masa molecular? A )H N 0 3 D )C I20 7

B) Ca(OH )2 E )N H 3

C )N a 2C 0 3

63. Calcular la masa fórm ula del Na2CO310H2O A ) 286 D ) 282

B ) 276 E) 278

C )2 68

64. ¿Cuál es la masa en gram os de 4 moles de cobre? A) 2 ,5 4 x 1 0 ' B) 2,54 < 102 C )2 ,5 4 x 1 0 ~ 2 D) 2 , 5 4 x 1 0~3 E) 2 , 5 4 x 1 03 65. Se tiene un trozo de hierro que contiene 40 moles del metal. Determinar, en kilogramos, la cantidad de Fe presente en el trozo metálico. A) 1,45 kg D) 5,25 kg

B) 1 kg E )4 ,2 5 k g

C )2 ,2 4 k g

66. La masa en gram os de 4 moles de Na2C 0 3 es: A ) 320 D ) 848

B ) 318 E ) 424

C )2 12

67. La masa en gram os de 0,5 moles de MgCI2 es: A) 59,5 D) 47,5

B) 11.9 E) 95

C) 119

68. La cantidad de materia, en moles, que hay en 189 g de H N 0 3 es:

A) 6 D)

B) 2,5 3 E) 5

u ím ic a

■

239

C) 9

69. Se tiene una m uestra de dióxido de carbono só­ lido (C 0 2), llam ado com únm ente hielo seco cuya masa es 352 g. Determ inar el número de moles contenidos. A) 2 D) 10

B) 4 E ) 12

C) 8

70. El número de moles que hay en 35 g de C a C 0 3 es: A) 3,5 x 1 0 2 D )3 ,5 x 1 0 1

B) 3,5 x 10~2 E ) 3,5 x 10'

C) 3,5

71. Un determ inado elem ento quím ico posee 3 isóto­ pos cuyas m asas atómicas están en progresión aritm ética de razón 4 y sus porcentajes de abun­ dancia aum entan en progresión aritmética de ra­ zón 2. Sabiendo que la masa atóm ica prom edio es 40,14, determ ine el número de masa del isótopo intermedio. A) 42 D ) 39

B ) 41 E) 38

C )4 0

72. De las siguientes proposiciones, indicar cuántas son incorrectas. I. La masa atómica del hidrógeno es 1 gramo. II. Una mol de átomos de plata posee una masa de 108 g. III. En 36 g de agua existen más m oléculas que en 88 g de gas carbónico. IV. En 360 g de glucosa (C6H120 6) existen 2NA mo­ léculas. V. Un átomo de carbono posee una masa de 12 g. A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

73. Se tiene 6,4 g de oxígeno que se emplean en la obtención de ácido nítrico. ¿Cuántos m ililitros de dicho ácido se puede obtener si la densidad del ácido es 1,52 g/mL? A) 4,91 D) 6,23

B) 5,17 E) 6,31

C )5 ,5 3

74. Una mezcla de los com puestos de hidróxido de aluminio y carbonato de calcio contiene 9,6 mol de m oléculas en conjunto y 64 mol de átomos. De­ term ine el porcentaje m olar de aluminio en dicha mezcla. A) 12,5% D) 83,3%

B) 22,4% E) 87,5%

C )20,2%

75. Se tiene el gas J2L5; si una molécula de L2 tiene una masa de 5,3 x 1023 g y una m olécula de J2 tie­ ne una masa de 1,18 x 1CT22 g, determ ine la masa m olecular en g/mol-g de dicho gas. A ) 231 D ) 302

B ) 151 E) 273

C )103

240

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

76. ¿Cuántos gram os de sulfato de sodio contienen igual número de m oléculas que 800 g de carbona­ to de calcio? A) 695 g D ) 1056 g

B) 860 g E ) 1136 g

C )3 4 5 g

77. Indicar cuántas proposiciones son correctas: I.

12 mol de m oléculas de 0 2 -

-1 8 m o l-g 0 2

II. 1 mol de electrones < - 54,809 x 10~5 g III. 19,20 g Hl(g) o

V. Masa de una molécula: Na B) 2 E )5

C) 3

78. La adrenalina C 9H130 3N y la tiroxina C ,6H1lO l4NI4 son horm onas am pliam ente utilizadas en m edi­ cina. Si se dispone 18,3 g de la prim era y 77,7

1. B 2. B 3. B 4. D

11. B 12. D 13. B 14. C

21. B 22. B 23. A 24. B

5. 6. 7. 8.

15. 16. 17. 18.

25 26. 27. 28.

D C A D 9. A 10. A

C B A E

19. B 20. B

C E

A D 29. C 30. E

A) 3,1 Na D )3 ,8 N a

B) 6,1 N a E) 6.3N a

A) 1

41. A

32. B

42. C 43. D

35. E 36. D 37. A 38. E 39. B 40. B

B) 8,27 g E) 10,2 g

C )3 ,1 8 g

80. Indicar cuántas proposiciones son no incorrectas para una m uestra de 930 g de fosfato de calcio. I. 3 mol-g de fosfato de calcio. II. 9 mol de iones de C a 12. III. 6 mol de iones fosfato. IV. 18,069 • 10” unidades fórmulas del fosfato de calcio. V. 62 g de fósforo.

31. C 33. C 34. B

C) 8,3N a

79. ¿En qué masa de ácido bórico hay el mismo nú­ mero de protones de oxígeno que en 0,2 m o l-g de peróxido de bario? A) 6,27 g D) 6,15 g

3,36 L a CN de Hl(g)

IV. 22,2 g de pirofosfato de magnesio contiene 0.1 NA átom os de magnesio.

A) 1 D )4

de la segunda, d e term in a r el núm ero total de átom os.

44. D 45. D 46. E 47. B 48. A 49. D 50. D

B) 2

51. 52. 53. 54.

B

C B D 55. B 56 C 57. B 58. A 59. C 60. C

C )3

61. 62. 63. 64.

D) 4

C E A B

65. C E D D

66. 67. 68. 69. 70.

C D

E) 5

71. C 72. C 73. C 74. E 75. B 76. 77. 78. 79. 80.

E D E B D

Composición estequio métrica

Joseph Louis Proust (Angers, 26 de septiembre de 1754-Angers. 5 de ju lio de 1826) fue un farmacéu­ tico, químico francés y uno de ios fundadores de la Química m o­ derna. Entre 1794 y 1804, Proust realizó numerosos experimentos en ios que estudió la composición de diversos carbonatos de cobre, óxidos de estaño y suifuros de hierro, descubriendo que la pro­ porción en masa de cada uno de los componentes, por ejemplo, carbono, cobre y oxígeno en los carbonatos de cobre, se mantenía constante en ei compuesto final y no adquiría ningún valor inter­ medio, independientemente de si era un carbonato natural o artifi­ cial, o de las condiciones iniciales de la síntesis. Así, dos compues­ tos diferirían entre sí en función de las proporciones de elementos básicos, sin apreciarse composiciones intermedias o mixtas.

E sta s c o n c lu s io n e s lo lle v a r o n a e n u n c ia r la L e y d e la s p ro p o rc io n e s d e fin id a s o c o n s ta n te s , ta m b ié n c o n o c id a c o m o la «ley d e P ro u st» , q u e se c o n v ir tió , ju n to a la L e y d e c o n s e rv a c ió n d e la m a sa d e L a v o is ie r y la L e y d e la s p r o p o rc io n e s m ú ltip le s d e D a ito n , e n e l e s q u e le to d e la q u ím ic a c u a n t ita t iv a , la e s te q u io m e tría q u ím ic a , y a b rió el c a m in o ai c o n c e p to d e c o m p u e s to q u ím ic o y a l e s ta b le c im ie n to d e la te o ría a tó m ic a d e D a ito n . C o n la le y d e las p ro p o rc io n e s d e fin id a s . P ro u s t d e m o s tró q u e c a d a c o m p u e s to c o n tie n e su s e le m e n to s e n u n a s p ro p o rc io n e s fija s , in d e p e n d ie n te m e n te d e l m o d o e n q u e se p re p a re el c o m p u e s to . F u e n te : W ih ip e d ia

242

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Un com puesto puro presenta la característica general de que los distintos elementos que lo form an se en­ cuentran en proporción fija y definida que viene dado por su fórmula. 0/

%mE =

m E

...

M

M = 46 + 52 + 64 + 18X = 162 + 18X 52 % Cr = (100) = 15,2 X = 10 1 6 2 + 18x

(a)


Se tom a como base 1 mol compuesto. Nos expresa en form a de porcentaje, la proporción en masa de cada elem ento com ponente de un compuesto. Se puede determ inar conociendo la fórm ula y las ma­ sas atómicas de los com ponentes del compuesto. E je m p lo s : 1.

Resolución: Sea la fórmula: Na2C r0 4 . X H20

<( FÓRMULA MOLECULAR (FM) Es la verdadera form a de escribir un compuesto, nos indica el número real de átomos que lo forma.

Hallar la composición centesima! para el metano (C H J .Á r: C = 12; H = 1

Com puesto

FM

FE

Resolución;

Acetileno

C2H2

CH

1 m o lC H 4 { C :1 m o lá to m o s (C) = 12 [H : 4 mol átom os (H) = A_

Benceno

c 6h 6

CH

Agua

h 2o

H20

Glucosa

CtíH 120 6

c h 2o

Agua oxigenada

h 2o 2

HO

Etileno

c 2h 4

C -H 2

M-

-16

2 i ^ ( 1 0 0 ) = t ! (100) = 75% M 1o ^ £ ü ( 1 0 0 ) = ^ ( 1 0 0 ) = 25% M 1o 2.

(FE)

Es la form a más sim plificada de escribir un com puesto y nos indica el número relativo de átomos que forman dicho componente.

Hallar la composición centesimal del carbonato de calcio (C a C 0 3). Ar: C = 12; O = 16; Ca = 40

Las FM son múltiplos enteros de la FE FM = (FE)„

Resolución:

,..(P)

n = 1; 2; 3 ...

f Ca = 1 mol átomos (Ca) = 40 Im o lC a C O s j C = 1 mol átomos (C) = 1 2

Método para determinar FE y FM.

[ O = 4 mol átomos (O) = 48

C onociendo la composición centesimal:

M --------► 100 %Ca %C %0

40 i (100) = 40% 100' 12 y(100) = 12% 100' 48 -(100) = 48% 100'

í H :2 m o lá to m o s (H ) = 2 1 mol - g H2 SO 4 j S:1 mol átomos (S) = 3 2 [ 0 : 4 mol átomos (O) = 64 M

0,5(2) = 1

1,3 = f ( 3 ) = 4

1,5(2) = 3 Teniendo los números de mol de átom os en ente­ ros, se elabora la fórm ula empírica (FE).

► 98

%H = ^ ( 1 0 0 ) =: 2,05%

4.

Como los números de mol de átomos deben ser enteros, a los valores obtenidos se les divide entre el menor valor de todos y si todavía no resultara un entero, se les m ultiplicará por un m ínimo factor. E je m p lo :

Resolución:

32 (100) : 32,65% 98

% o = | | (100)

Se asum e 100 g del com puesto y se determ ina el número de mol de átomos de cada elemento. m n.° mol átom os = ~ Ar

El porcentaje en masa de cada elem ento en el áci­ do sulfúrico (H2S 0 4). Dato: A r(s) = 32; A r(0) = 16.

%S :

a.

= 65,30%

El crom ato de potasio cristaliza en forma de hidra­ to, Na2C r0 4X H20 . Si los cristales contienen 15,2% de crom o, ¿cuál es el va lo r de X? A r(C r = 52; Na = 23; O = 16)

Para hallar la fórmula m olecular (FM) se debe tener el dato de su masa molecular (M) y luego hallar n Aplicación: Para el com puesto m ostrado (NH2) se encuentra un M = 32. ¿Cuál es su fórm ula molecular? Resolución: FM = (FE)n FM = (NH2)n dato: M = 32 (14 + 2)n = 32 => n = 2

Q

E je m p lo s : 1.

3.

Cierto óxido de plomo contiene 9,343% de oxíge­ no. Determ inar su fórm ula molecular, sabiendo que 6,023 x 1021 m oléculas tienen una masa de 6,85 g. Resolución:

u ím ic a

■

243

Un análisis químico de un hidrocarburo gaseo­ so determ inó 92,31% de carbono. Una masa de 1,17 g de este gas encerrado en un recipiente de 298 mL a 25 °C ejerce una presión de 1,23 atm. ¿Cuál es la fórmula m olecular del gas? Ar: C = 12; O = 16

Óxido: Pb„0„ Resolución: %

Ar

n.° m o l á to m o s

90,657 „ — ----- = 0,438 207

Pb

X

90,657

207

O

y

9,343

16

C = 92,31 g

P o r un fa c to r (a e n te ro )

m enor

Hidrocarburo: CxHy (base 100 g)

0,438 _

n.‘ mol átomos (C) =

1(3) = 3

0,438 0,584 _ 4

9,343 —---- = 0,584

0,438 ” 3

16

n.° mol átomos (H) = j< 3 , = 4

H = 7,69 g 92,31

FE: Pb30 4 Hallando: Mox¡do

Aplicando ec. universal:

n

m _ n.° moléculas M 6 ,0 2 3 x 1023

M

M = m M 2 3 x i O ^ = 6 ,3 5 ( 1 0 2 3 X 1 0 ^ moléc. 6 ,0 2 3 x 10

j 7,69 i 7,69

7,69

Fe = C,H, Gas: m = 1,17 g V = 0,298 L T = 25 °C = 298 K

100 .0 %

7,69

12

1 1,23 atm

PV = = R T M

mRT _ 1,1 7(0 ,0 8 2)(2 98 ) PV 1,23(0,298)

De: FM = (CH)n = M = 78 (12 + 1)n = 78 =■ n = 6 FM = C6H6

FM = (Pb30 4)d

...(a) 4.

207(3) + 16(4)n = 685 => n = 1 En (a): FM = Pb30 4 2.

La composición estequiom étrica de un hidrocarbu­ ro gaseoso es 82,76% de C y 17,24% de H. Hallar su FM si 1 L del gas en condiciones norm ales tiene una masa de 2,59 g.

Resolución:

Resolución:

Por dato: CaFeHa

FE: CxHy Asum iendo una base de 100 g de la muestra:

Hallamos a:

n.° m o l de á to m o s m (g )

Ar

P o r un fa c to r m /A r

m enor

82.76

12

82,76/12 = 6,89

H

17,24

1

17,24/1 = 1 7 ,2 4

6.89 ~

1 ^ 1 = 2,5 6,89

1(2) = 2

2,5(2) = 5

De: S = y M Vm

10

1

a 10 = 10 1 1 ~ mM = 5 x 10 2 (56) + 5 X 10~1(12) + 5 x 10 1(1)

En la combustión completa de un hidrocarburo form ada por C y H únicamente, se han obtenido 11 g C 0 2 y 4,5 g H20 . Adem ás, dicho hidrocarburo se difunde molecuiarm ente en tiem pos iguales con nH el H cum pliéndose que: — - = 5,3 Determ inar la FM del hidrocarburo:

mV ?? 4 ^ = 2 , 5 9 ( ^ ) = 58

FM = (C2H6)n

moles C _ 5,0 x 1CT mol Fe 5,0 x 10“

mM = 9,3 g

6.89 ' c

M,

El ferroceno es un com puesto que contiene Fe,C y H. La molécula tiene un átomo de Fe e igual nú­ mero de átomos de C y H. Se encontró que una muestra de ferroceno contiene 5,0 x 1CT2 moles de Fe y 5,0 x 1 0 '1 moles de C. ¿Cuál es la masa de la muestra tomada y su fórm ula molecular? Ár: (Fe = 56; O = 16; C = 12)

Resolución: ...(a )

FE: Cx Hy Com bustión: C 0 2=11 g

(24 + 5)n = 58 => n = 2

m(o = 11 ( ¿ f ) = 3 g

En (a): FM = (C2H5)2 = C4H10

H20 : 4,5 g

244

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

4 , 5 ( ^ ) = 0 ,5 g

"(H )

Reacción de combustión completa:

Hallamos FE: C:

_3_ = 0.25 í = 1 12 0,25 0,5

H

C ,H „+ O ,— - C Ó 2+ H20

1

=> FE = C ,H y

Hallando el M,

-. 0,18 C: 12

- H l' n2 '

Por Graham:

0,03

H: gas

56

5,3

2~

1

0,015

0,015 0,015

1

: 0,03

0,03 0,015

2

=» FE = CH2 Hallando Mc: p = 1,87 g/L

De: FM = (CHZ)„

m_Y¡

FM = C4H„

n = 4

^ (12 + 2)n = 56 6.

= 0,21 - 0,18 : 0,0 3 g

m H “ m HC — m (

=* FE - CH,,L

■gas

0,18 g (C)

mc = 0 ,6 6 ( 1 |¡

{ _05_ = 2 1 0,25

= 0,5

0,66 g

0,21 g

p

"

Un compuesto gaseoso contiene 85,8% de C y 14,2% de H. En una mezcla de masas ¡guales del compuesto y metano, ejerce una presión de 1450 mmHg; siendo la PCH4 = 1050 mmHg, deter­ minar la fórmula m olecular del compuesto gaseoso. Resolución

42 => n = 3

(12 + 2)n

Ár: V = 51

-14,2% H Base 100 g Hallando FE C

-

12

Resolución: El óxido: V „0 „

7,15 = 1 7.15

7,15

“

m* i = 2,73 g

1

x =

FE: CH2 Dato: \ _

m ►m

1,53 51 1,2 16

Cálculo de la MHC: / H C Ic p y

nT

2,5(2) = 5

EO(V) 5+

Resolución: % x = 40% %x De (a ):

Relacionando:

4

0,075 = 2,5 0,03

Ár: C = 12; N = 14 ; O = 16

PHC = 1450 - 1050 = 400 mmHg De la ec. (a): m m ^HC 1 6 , P u r. = PPM = nT nT

P Hr.

1(2 ) = 2

Se tiene 40% en masa de x en el com puesto x C 0 3. ¿Cuál será el % x en masa en x (N 0 2)2?

Por Dalton: PT = PCH4 + PHC

* CH

: 0,075

0,03 = 0,03

..(a )

PT= 1450 mmHg

M HC 16

0,03

Óxido: V2Ó5 Pi

x CÓ 3

------------ x (N 0 2)2 40

Ar,, Ar(x) + 60

M

-

1050 (16) 400

MHC= 42; FM = (CH2)n =* (12 + 2)n = 42 ^ n = 3

= 1.53 g

= = 1,2 g

Cálculo de la FE:

14,3 = „ 7,15

H: l i i l = 14.3

.-. FM = (CH2)3 = C

Si se conoce que 2,73 g de un óxido de vanadio contiene 1,53 g del metal, determ inar el estado de oxidación del vanadio en el óxido.

- 85,8% C

85,8

V-

1,87(22,4) = 42 =* FM = (CH2

Pgas V* i 1

M,gas

= M_ 9aS

... (a ) ... (P)

( 100)

Resolviendo: Ar,(x) : 40 De (|3): % x =

FM = (CH2)3 = C3H6

Ar,.

-(100) =

40 ( 100 ) 40 + 92

.-. x = 30,3% 7.

Cuando se quemó 0,21 g de un com puesto que contenía solo H y C, se recobró 0,66 g de C 0 2. La determ inación de la densidad de este hidrocarburo dio un valor de 1,87 g/L a CN. ¿Cuál es la fórmula m olecular del compuesto?

10. La fórm ula empírica de un com puesto de Na2SÓ4. xH 20 . Si al calentar 15 g de este, se obtiene 7,95 g del com puesto anhidro, el valor de x en la fórmula empírica será: Ar (Na = 23; S = 32; O = 16).

Q

Resolución:

1 m ol-g Na2S 0 4

Sal hidratada

—A — sal anhidra + agua

T

t

Na, S 0 4 . x H 20

a

■

Na2S 0 4 +

142 g

t

I 15 g

7,95 g

¿Qué volumen de 0 2, a condiciones normales, se requiere para la combustión completa de 5 L de C2H6 a condiciones normales? Resolución:

2.

18 x 7,05

, ''

4.

En un recipiente cerrado se mezcla 24 g de hidróge­ no (gaseoso) con 16 g de oxígeno (gaseoso) para form ar agua. ¿Cuál y que cantidad en g de los com ­ ponentes está en exceso?. PA: H = 1; O = 16.

2H2 + 0 2 —► 2H20

2 Vn — 5 L

c

H

12

1 16

7V/2 1V

Vn = 17,5 L

O

exceso

Hallando la mHg necesaria para la reacción: mH¡ = i§ ( 2 ) ( 2 )

2g

Entonces: mexoeso = 2 4 g - 2 g = 2 2 g ¿Qué volumen de una solución de HNO, al 80% en masa y densidad 0,8 g/cm 3 se requieren para obtener 224 L de gas NO según: H N 0 3+ H2S — S + NO - 4H 20

Balanceando por rédox la ecuación:

Balanceando la ecuación: 2 C 10H8 + 9 0 2

2 H N 0 3 + 3H2S —. 3S + 2NO + H20 ( + 5)

2(128 kg) 50 kg

(-2 )

2(148 kg) m 50

- (2)(148) = 57,81 kg 2 (1 2 8 )'

Como la eficiencia es del 70%: m'eal= W

(57 ,81) = 40.46 kg

(pierde 2e )3

2 mol-g HNQ3 -------. 2 mol-g NO 2(22,4 L)

2(63 g) H N 0 3 m

■

224 L 224 (2)(63) = 630 g 2 (2 2 ,4 )'

Calculando el volumen de solución:

Resolución:

80% m

Balanceando y analizando la ecuación:

28 g 100g

3H2 3(2) g 50 g

*

2NH3 2 (^ 7 ) m

exceso

^ 28 g N2 - 2(17) g N H 3 100 g N2 __ _ m m = M

( + 2)

3e-).2|

Hallando la masa de H N 0 3:

Con 100 g de nitrógeno y 50 g de hidrógeno. ¿Cuántos g de amoniaco se produce? ^ 219) + H2(g) — NH3(g)

(0)

(gana

m

N,

32 g 16 g

Resolución:

Resolución:

=> m

B '

2(2g) 24g

El anhídrido itálico se produce por oxidación con­ trolada del naftaleno de acuerdo a la ecuación (sin balancear): C 10H8 + 0 2 — ► C8H40 3 + C 0 2+ H20 . Si la reacción tiene una eficiencia del 70%, deter­ m inar la cantidad de anhídrido que se produce por oxidación de 50 kg de naftaleno. PA:

7,05 g

Sea la ecuación:

2CO , + 3H,Q

5 L _

18x

Resolución:

Sea la reacción de combustión: C2H6 + 2 ^ 2

____

RESUELTOS

PROBLEMAS

" ■ ■ f l

1V.

142 7,95

7,05 g

245

. xmol-g H20

7,95 g

xH 20

■

u ím ic a

(2)(17)

121,4 g

H N °3

V

^

630 g

+

630

80%

m,'(sol.)

100%

h 2o

=* rilfeAn —

80%

(6 3 0 )

D(10, , = 0,8 g/cm 3

787,5 g

D(soi) = 0,í g/cm

,. V (sol) = 984,37 cm3

787,5

246

6.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

¿Cuántas toneladas de hierro pueden obtenerse en la reducción de 5 toneladas del mineral hematita (óxido férrico)? Masas atómicas: Fe = 56: O = 16 Resolución: Si a un óxido metálico se le somete a la acción de un reducto (C, CO, H3, Al, ...) este capta la totalidad de oxígenos del óxido, quedando reducido a metal, x Fe20 , + 3CO —» 2Fe + 3 C 0 2 1 mol-ton

; 2(56 ton) m

160 t o n _______ 5 ton _______

Resolución: Los gases A2 y B2 forman los compuestos X e Y según: 2A2 + B2 — 2X 2 I 1L

2 at-ton

i

diciones de Avogadro. se encuentra que 2 L de A 2 reaccionan con 1 L de B2 para form ar 2 L de X; mientras que 2 L de A 2 reaccionan con 3 L de B2 para form ar 2 L de Y. Deducir las fórm ulas m olecu­ lares más sencillas de X e Y.

2 L (datos)

relación de coeficientes

.-. X = a 2b 2A2 + B2 —

2A,B

m = ¿ ( 2 X 5 6 ) = 3,5 ton - 2 A 2 + 3B2 — 7.

Para una combustión completa de 20 g de CH3OH se necesitan las siguientes cantidades de oxígeno. Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1.

Sea la reacción de combustión. 2C H 3OH + 302 — 2 C 0 2 + 4H 20

Luego las fórm ulas m oleculares de X e Y son: A 2B y A 2B3 10. ¿Cuántos g de nitrato de calcio se obtiene por la reacción de 18,9 g de ácido nítrico con 7,4 g de hidróxido de calcio?

2(32) g -3(32) g 20 g m

8.

2 L (datos)

2A2 + 3B2 —► 2A2B3

Resolución:

"

2Y

2 I 3 I .-. Y * A 2B2

m = 2 § ) (3)(32)

m= 30 g

Para la obtención de hidrógeno gaseoso, se hizo reacciones 97,5 g de cinc metálico con 91,25 g de ácido clorhídrico (HCI). Determ inar la masa de hi­ drógeno obtenido (en gramos). Zn.si + HCI(acl —► ZnCI2(ac) + H2l5,

H N 0 3 + Ca(OH )2 —

C a (N 0 3)2 + H20

Ár: N = 14; O = 16; Ca = 40; H = 1 Resolución: Se emplean las muestras: - H N 0 3(M = 63): M = 18,9 g

Ár: Zn = 65; H = 1; Cl = 35,5

o , 18,9 n. moles = = 0.3

Resolución:

-C a (O H )2 (M = 74); M = 7,4 g

Para obtener gas hidrógeno (H2) se emplea las muestras: Zn (PA = 65); M = 9 7 ,5 g o . —I—— M 97,5 J rn. moles = — = — = 1,5

7 4 n.° m oles = -=h~ = 0,1 74 Para la reacción:

b3

HCI (M = 36,5); M = 91,25 g n.° moles =

S

M

=

3b,o

= 2,5

(1mol) - (2 mol) - (1mol) - (1mol) mol - 2.5 mol

____

C a (N 0 3)2 + 2H20

__(1 m o l) _______ (1 mol) (2 mol) —----------------------v----------------------- ‘ 0,3 mol __ 0,1 m o l______ n (datos) reactivo limitante

De acuerdo al proceso: Zn + 2HCI ZnCI, + H2

1.5

2 H 0 3 + Ca(OH)2 —

n

Luego, las moles de C a (N 0 3)2; (M = 164) obtenido es:

=» m = 0,1(164)

.-. m = 16,4 g

reactivo limitante

Luego, las moles de H2 obtenido: n =

= 1,25 =» mH2= 1,25(2) .-. m = 2,5 g H2

9.

Dos elementos gaseosos A2 y B2, se combinan para form ar dos compuestos X e Y también ga­ seosos. Si medim os todos los volúm enes en con­

11. Al quem ar 20 mol de gasolina (C8H18) con suficien­ te oxígeno se obtiene 3,136 m3 de C 0 2 m edidos en condiciones normales. ¿Cuál es el rendim iento de esta combustión? Resolución: Se lleva a cabo la combustión completa de 20 mol de C8H16 (gasolina).

Q

C8H 18+ ^ 0 2 —

8 C 0 2 + 9H.O

1 mol ____ 8 mol (ecuación) 20 m o l n (dato) nCO2= M = 1 6 0 Lo cual a condiciones norm ales, ocupa un vo lu ­ m en de:

u ím ic a

■

24-7

0 :6 3 ,1 6 % (restado de 100) Asum im os 100 g de óxido y hallamos las moles de cada elemento: o . .. 36,84 o cq n. m oles N= —a — = 2,63 14 n.

. 63,16 - a¡moles O = ^ = 3,95

VC02 = 160(22,4)

Dividimos a ambos por 2,63 y los m ultiplicam os por 2, tenem os: N(2)O l3,

VC02 = 3584 L

.-. FE: N20 3 (M = 76)

VC02 = 3,584 m3 (teórico) Nos dicen que el volumen de C 0 2real obtenido es V C02 = 3,136 m3. Luego, el rendim iento es: % rend. = - ^ - ( 1 0 0 )

Adem ás 250 mL (0,25 L) a CN de este gas posee una masa de 0,848 g 0,25 I 22,4 I

0^848 g (M )g

v teórico

% re n d .

= | l g (100) = 87,5

12. La composición centesim al de la acetona es 62,07% de carbono, 10,34% de hidrógeno y 27,59% de oxígeno. Si la masa de una molécula de acetona es 9,63 x 10~23 g. Determ inar la fórm ula m olecular de la acetona.

Mfm = 76 Luego: FE = FM: N20 3 14. Se investiga un ácido orgánico diprótico. Si 2,08 g del ácido por combustión completa produce 2,64 g C 0 2 y 0,72 g H20 . Al calcinar 12,72 g de una sal que contiene 2 átomos de plata se obtiene un resi­ duo de 8,64 g de plata metálica. Hallar la fórm ula

Resolución:

del ácido dicarboxílico. Ar: Ag = 108

Com posición centesim al de la acetona: C: 62,07%; H : 10,34%; O : 27,59 %

Resolución:

Asum im os 100 g de m uestra y hallamos las moles de cada elemento:

Por com bustión 2,08 g de cierto ácido orgánico di­ prótico, produce: 2.64 g C 0 2 (M = 44)

n.° moles C =

= 5,17

n.° moles H =

1

= 10,34

?7 59 n.° m oles O = = 1,72 1o Dividimos a todos entre 1,72 y tenemos: C(3); H(6); 0 (1 ) .-. FE: C3H60

(M = 58)

Adem ás, una molécula de este com puesto puesto posee una a masa de: 1 molec. 6,02

=. Mc = 2,64(12/44) => Mc = 0.72 g 0,72 g H20 (M = 18) => M h = 0,72(2/18) « M h = 0,08 g La masa de oxígeno (ya que todo ácido orgánico es ternario: C, H, O) lo hallamos por diferencia. M0 = 2,08 g - 0,72 g - 0,08 g M0 = 1,28 g Hallamos las moles de cada elemento: n.° m oles C = n.° moles H =

____ 9,63 x 10~23 g

x 1023 molec. __ (M) g

M fm = 58 Luego: FE = FM: C3H60 13. Un óxido de nitrógeno gaseoso contiene 36,84% en masa de nitrógeno. Si 250 mL de este gas a condiciones norm ales tiene una masa de 0,848 g. Hallar la fórm ula m olecular (FM) del óxido. Ár: N = 14; O = 16 Resolución Cierto óxido gaseoso del nitrógeno posee la com ­ posición siguiente: N: 36,84% (dato)

n.° moles O =

1 1b

= 0,06

-> 3

= 0,08

-» 4

= 0,08

-> 4

.-. FE = C 3H40 4 Como es un ácido diprótico (posee 2H liberables): HOOC — CH 2— COOH 15. La com posición centesimal de un hidrocarburo re­ porta 85,7% C. Sabiendo que una m olécula del correspondiente hidrocarburo tiene una masa de 4.65 x 10~23 g, determ inar su fórm ula molecular. Resolución: La composición centesimal de cierto hidrocarburo es: C: 85,7%; H: 14,3% Asum im os 100 g de m uestra y hallamos las moles de cada elemento:

248

■

C

U

o l e c c ió n

n.° m o le s C = ^

12 14,3

n.“ m o le s H

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

mH = 0,385 g

= 7 .1 4 - > 1

Determ inando la FE: 1 4 ,3 - a 2

1

0,385

una m asa de: ______ 4 . 6 5 x 1 0 ~ 23g

6,0 2 x 1023m o le c

(M ) g

= 28

Luego: FM = 2F E : C 2H4

16. ¿ C u á n to s g ra m o s d e un c o m p u e s to que co n tie n e

19. Al calentar 0,625 g de sulfato de magnesio hidra­ tado se desprende toda su agua de hidratación la cual tiene una masa de 0,32 g. Hallar la fórm ula del sulfato hidratado. M (M g S 0 4) = 120; M (H 20 ) = 18

52 ,1 7 % de c a rb o n o d e b e n q u e m a rs e pa ra o b te n e r

Resolución:

6 ,2 5 g de d ió x id o d e c a rb o n o ?

R e s o lu c ió n :

De los datos:

H a lla n d o la m a sa de c a rb o n o p re s e n te en el C 0 2:

M g S 0 4 . xH20

M ( C 0 2) = 12 + 2 (1 6 ) = 44

0,305 g + 0,32 g

12 gC — 4 4 g C 0 2

18x = 125,9 => x : 6,99 = 7

Entonces, la fórm ula es: M g S 0 4.7H20

=» mc = g ( 6 , 2 5 ) = 1,7 g E n to n c e s de los da tos:

^ c o m p u e s to

x(18) 0,32

120 0,305

0,625 g

m c — 6 ,2 5 g C p 2

• •

= 1

Por lo tanto, la fórm ula es: CH

1 m olec. fm

0,385 u,o^^ 0 385 0,385

1

A d e m á s , una m o lé c u la de este h id ro c a rb u ro po see

^M

0,385 = 1 0,385

C: ^ 4 ^ - = 0,385 12

=> FE: C H ,: (M = 14)

20. Un gramo de un compuesto de carbono de hidróge­ no da por combustión 3,3 de C 0 2 y 0,899 g de agua. ¿Cuál es la fórmula empírica del compuesto?

1,7 g C — 52 ,17%

■100%

170% 5 2 )1 7 % “ 3 ,2 6 7 ^

Resolución: Hallando las masas de C y H que habían en el hi­ drocarburo:

17. El hidrocarburo saturado C „H 2n_2 arde con un núm ero de m oles de oxige no, ocho v ece s m ayor que el suyo.

M (C 0 2) = 12 + 2(16)

C a lc u la r el p o rc e n ta je en p e so de h id ró g e n o que co n tie n e el h id ro c a rb u ro en m e nción.

12 g C — 44 g C 0 2 mc — 3,3 g C 0 2

PA(C = 12; H =- 1)

44 mc — 44 (8 ,3)g

Resolución:

mc = 0,9 g

H aciendo la re acción de c o m bustión y balanceando:

M (H 20 ) = 2(1) + 16 = 18

C r H2n. 2 ' 8 0 2 — ► n C O ? + (n + 1 )H 20

2 g H — 18 g H20 mH — 0,899 g H20

E n to n ce s: 16 = 2n + n + 1 => n = 5 P ara el h id ro c a rb u ro : C 5H 12

mH = 0,09988 g Entonces, hallando la FE:

=> M ( C 5H 12) = 5(1 2 ) + 12(1) = 72 72 g — 100% 12 g — % m

mH = ^ ( 0 , 8 9 9 ) g

%m = 1 0 0 %

rC.■ .Oí9. n 07^; => 0,075 12 -- 0,075 Q Q75

1 =7 1(3) = 3

.-. %m = 16.6% 18.

H.

Hallar la FE de un hidrocarburo que al ser quem a­ do con oxígeno produce 16,92 g de C 0 2 y 3,465 g de H20 .

Hallando las masas de C y H que había en el hidro­ carburo: • M (C 0 2) = 12 + 2(16) = 44 12 g C 44 g C 0 2 _ 1 2 M r q 91 mc — 16,92 g C O ,^ mc “ 44 (16,92> mc = 4,615 g •

18 g H20

m H — 3 .4 6 5 g H O

¿Cuál es la fórm ula verdadera de un hidrocarburo cuya fórm ula es C„H2n42 cuya densidad a CN es 2.12 g/L? Resolución:

_

Hallando la M : D = -M*m 2.12 9/1 = 22 ,4 L m o , ^ M = 47,488 9/mo1

M (H 20 ) = 2(1) + 16 = 18 2g H

=1,33=í 1,33(3) =4

Por lo tanto, la fórm ula es C3H4 21.

Resolución:

0,09988 = 00998=,

Entonces: M (C nH2„ 42) = n(12) + (2n + 2)(1) = 47,488

^ m =x 18

(3 465) '

=* 14n + 2 = 47,488

n = 3

Q

22. Se halla en una m uestra de cierta sustancia 0,27% de carbono y 0,73% de oxígeno. Determ inar la FE y la verdadera form ula si su peso m olecular es 44. Resolución:

■

249

Hallando la FE: 0,0084/0,0084 = 1

Sn: ■ y tfy f = 0,0084 O:

Asum iendo 100 g: mc = 0.27 g; m0 = 0,73 g

u ím ic a

= 0,016

0,016/0,0084 = 2

Por lo tanto, la fórm ula empírica es: S n 0 2

Calculando la FE: r . M12 I = 0,0225 n ° . 0225 ° 225 - 1 « C. => 0

r v ° 'Z 3 - n d a c c t c ^ O M 5 6 2 5 _ „ O. 0,045625 => 0 Q225

26. En una base un metal M cuyo peso atómico es 51 el porcentaje de este es 60%. ¿Cuál es la fórm ula del hidróxido? Resolución:

La fórmula empírica es: C 0 2 => M = 12 + 2(16) = 44 Como la M de la FE es igual a la M de la FM. en­ tonces la form ula molecular es: C 0 2 23. Se encontró que un compuesto gaseoso contiene 75% de carbono y 25% de hidrógeno, también se en­ contró que 22,4 Lde gas a CN tiene una masa de 16 g. ¿Cuál es la fórmula empírica y fórmula verdadera? Resolución:

M (O H)n: %M = 60 Base: una mol de la base: %M= 255 = 102 = Por lo

5 r ! V n = 60% 153 + 51 n 51n => n = 2 tanto, la fórm ula molecular es: M (OH)2

27. ¿Cuál es la fórm ula simplificada form ada por 7 g de N2 por cada gramo de H,?

Asum iendo 100 g: mc = 75 g; mH = 25 g Calculando la FE:

Resolución:

p . 75 _ R 0 , _ 6 0 5 C 12 6 ,2 5 6 ,2 5

7g

H: - f - = 25 =

1

ig 7

N: ^

25 6 ,2 5

La fórmula empírica es: CH., Del dato: 22,4 L gas - 16 g

N2 + H2— ...

M = 12 + 4(1) = 16

1mol

0 ,5 /0 .5 ^ 1

= 0,5

H: T = 1

1/0,5 = 2 = La fórm ula es: N H ,

28. Calcular la relación de los porcentajes, de oxigeno e hidrógeno en los radicales sulfato y amonio. Resolución:

Entonces las M coinciden, por lo tanto la form ula molecular es: CH4 24. Si se tiene 41% de impurezas de la sal de coci­ na, ¿qué cantidad de cloro se pueden obtener de 37 kg de la sal? Resolución: Sal de cocina => M (NaCI) = 23 + 35,5 = 58,5 g De los datos, hallamos la mSal pura: m Sal pura

59 ¡Q (3 7 ) = 21,83 kg = 21 830 g 'j QQ

Entonces: 58,5 g NaCI — 35,5 g Cl 21830 g NaCI — mcl o/ _ 55,5 ■■ /omcl - 58 5 ,(21 830) = 13 247,26 g 25. Un gramo de estaño arde al aire dando 1,27 g de óxido. ¿Cuál es la fórm ula empírica del óxido? PA(Sn = 118,7) Resolución:

Radical sulfato: SO, ' Radical amonio: N H L 1 Analizando el SO, ú % 0 = | | (100)% Analizando el N H / 1: %H =

y8

(100)%

Finalmente: % 0 = 64/96 _ , %H 4/18 J 29. Una m uestra de 10 g de m ineral contiene 2.8 g de HgS (M = 232). ¿Cuál es el porcentaje de Hg en el m ineral? PA(Hg = 200: S = 32) Resolución: Tomando 1 mol de HgS: 232 g — 200 g Hg 2,8 g — mHg _ 2 , 8 (200)

232

= 2,41 g

Sn + 0 2 —►oxido 1g ‘ 1.27 g Por simple diferencia el Sn se ha com binado con 0,27 g de 0 2

% de Hg en el mineral: %Hg

2,41 ( 100) 10

%Hg = 24,1 %

250

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

30. El teflón tiene 29.6% de carbono y un 70,37% de flúor. Determinar su fórmula empírica. PA(C = 12; F = 19)

H: P ^ - = 14,5 =» 14,5/7,125 = 2

<

C = 29,6%

Teflón: C,F

M fe = 14

FE: CH,

Resolución:

molecula

F = 70,37%

29,6 = 2,46 => 2,46/2,46 = 1 => 1(2) = 2 12

M fm = 6,023 x 1023(2,09 x 10 22) => M fm = 126 Calculando k:

F: ^ L p . = 3,7 =» 3,7/2,46 = 1,5 =» 1,5(2) = 3

K = — —= 9 ^ 14 a

Entonces, la form ula empírica es: C2F3 31. 5 g de óxido de plomo contienen: 4,533 g de plo­ mo. ¿Cuál es la fórm ula del óxido? PA (Pb = 207,2)

M Fm 6 ,0 2 3 x 1 023

Por lo tanto, la fórm ula empírica es: C9H 18 34.

El porcentaje de X en el compuesto X C 0 3 es de 40%. ¿Cuál es el porcentaje de X en el compuesto X (N 0 2)2?

Resolución:

Resolución:

Pb + 0 2 —►Oxido 4,533 g 5g

X C 0 3 => X = 40% Sea x0 el peso atómico de X. SI tom am os 1 mol del X C 0 3, entonces:

m02 = 5 - 4,533 = 0,467 g Cálculo de la fórmula: Pb:

4 633

O: ^ p - =

%X = - X°-(100) X 0 + 60

= 0,02 =* 0,02/0,02 = 1

X0 = 0,4Xo + 24 0 ,6 X „ = 24 => Xn = 40

0,02 => 0,02/0,02 = 1

En el com puesto X (N 0 2)2:

Por lo tanto, la fórm ula del óxido es: PbO

%X = - - ^ - r ( 1 0 0 ) % 92'

32. El análisis de un com puesto orgánico da la siguien­ te composición: 40% C; 6,71% H y 53,29% O Si la suma de los subíndices de su fórm ula m olecu­ lar es 28, ¿Cuál es su fórm ula molecular?

.-. %X = ^ - ( 1 0 0 ) % = 30,30% 35.

Resolución: C = 40%; H = 6,71%: O = 53,29% Tomamos 100 g del compuesto. Hallamos la form ula empírica (FE): C:

3,33 =» 3,33/3,33 = 1

H:

= 6,71 => 6,71/3,33 = 2

= 40

¿Cuál es la fórm ula del cloruro férrico hidratado, sabiendo que el porcentaje de fierro es 20,7% ? Resolución: FeCI3 . x H20 => %Fe = 20,7%

56

%Fe = : 162,5

:= 20,7% + 18x

56 = 33,6 + 3,73x =• x = 6 Entonces, la fórmula es: FeCI3 . 6H20

O: ^ P = 3 , 3 3

33.

3,33/3,33 = 1

=> FE: CH20 =» M FE = 30

36.

Hallar la fórm ula de un com puesto cuyo análisis es: 43,396% Na; 11,321% C; 45,283% O.

La suma de los subíndices de la formula empírica es 4.

Resolución:

K = f= 7

Na = 43.396%

Por lo tanto, la fórm ula molecular es: C7H140 7

C = 11,321%

¿Cuál es la fórm ula de un hidrocarburo que con­ tiene 85,5% de C si el peso de una molécula del hidrocarburo es 2,09 x 10 22 g?

23

/

C = 85,5% C:

Hidrocarburo 'H 85 5

Base 100 g del compuesto: Na: 43¿ |96 = 1,8

Resolución:

C:

O = 45,283%

= 14,5%

= 7,125 => 7,125/7,125 = 1

1 1 ^21 12

1,88/0,94 = 2

0,94 ^ ° ’9 4 /0 ’94 = 1

O : 4 5 ’ g 8 3 = 2 ,8 3 «

2 ,8 3 /0 ,9 4 = 3

Entonces, la fórm ula es: Na2C 0 3

Q

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI PROBLEMA 1 (UNII 2 00 4 - II)

Reem plazando nuestros datos:

Calcule el porcentaje en masa de nitrógeno presente en la urea CO (N H2)2

P-E.jr

P.E.,

Masas atómicas: H = 1; C = 12; N = 14; O = 16

71,47 P.E metal

28,53 (16/2)

20 Clave: B

PROBLEMA 3 (UNI 2 01 4 - I)

Resolución:

El análisis de un oxido de cobalto indica que contiene 73,4% en masa de cobalto. ¿Cuántos m iliequivalente (meq) de óxido habrán en 5 g de este? Masa atómica: 0 = 16 1 eq = 1000 meq

Calcularem os el peso molecular de la urea: M [C O (N H 2)2] = 1 2 + 1 6 + 2(14 + 2(1)) = 60 Luego: 2 (1 4 ). %N = ^ ^ - 1 0 0 %

251

®

C) 23,4

B) 20,0 E) 46,7

A) 6,7 D) 26,7

PE.,

■

u ím ic a

%N = 46,7% Clave: E

A) D)

83,31 332,50

B)166,25 E)498,50

C )2 4 9 ,3 8

PROBLEMA 2 (UNI 200 7 - II)

Resolución:

El óxido de un metal contiene 71,47% en masa de me­ tal. Calcule la masa equivalente de dicho metal. Masa m olar atómica del oxígeno: 16

Oxido de cobalto: 73,4% Co c ° « o y< 26,6% O

A) 10 . D ) 80

=> Se sabe que la masa equivalente del oxígeno en la form ación del óxido es: 8

B ) 20 E ) 100

C) 40

Resolución:

26,6 % — 8 100% — M eq(CoxO y)

Según el enunciado: O xigeno + Metal — ► Óxido del metal 28,53% n-° Eq-g„.

71,47% n-° E q -g ll:

M eq(Co,O v) = 30,07

Hallam os el n.° eq-g:

100% M eq = 30--07 = 166' 25mecí

Clave: B

252

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMAS 1.

PROPUESTOS

R e sp e cto a los s ig u ie n te s p o te n c ia le s está nda r: Zn

+ 2e

— Zn

=

C d 2 + 2e

=■ Cd

= -0 ,4 0 V

III.

La s ig u ie n te celda g a lv á n ic a tien e el m a y o r p o ­ te n cia l de celda

0,7 6 V

M g jM g 2 |jA g 1 |Ag es (son) co rre cta (s):

I

La m a sa del e le c tro d o de ca d m io d is m in u y e .

II

Los e le c tro n e s flu y e n po r el a la m b re e x te rn o

A ) S o lo I

B) S olo II

d e sd e el c a d m io h a c ia el cinc.

D) I y III

E) I, II y III

III.

C) S olo III

La fu e rz a e le c tro m o triz e s tá n d a r e s -0 ,3 6 V.

6.

e s (so n) in co rre cta (s):

I.

C ) S olo I

A ) S olo I

B)

S o lo II

D ) I y III

E)

I, II y III

R e sp e cto a las celda s g a lvá n ica s: S e g e n e ra n re a ccio n e s e s p o n tá n e a s po r la d i­ fe re n c ia s de po te n cia le s. II. Se p ro d u ce el pro ce so Inve rso a la ele ctró lisis,

2.

R e s p e c to a los s ig u ie n te s p o te n c ia le s e s tá n d a r: C f, + 2e S + 2e

2CI 1 =

= =

se co n ce n tra n se p a ra d o s para qu e e xista la

e ° = + 1 ,3 6 V

S2

M n 2' + 2e A u + 3e

d o n d e el a g e n te o x id a n te y el a g e n te re d u cto r p ro d u cció n de c o rrie n te e lé ctrica con tinua.

c° = -0 ,5 1 V Mn

II.

s° = - 1 , 1 8 V

A u 3'

El p u e n te sa lin o p e rm ite el pa so de los e le c tro ­ nes y a d e m á s g e n e ra la d ife re n cia de p o te n c ia ­

s° = -1 ,5 0 V

les de los e le ctro d o s. I.

El oro es el m e jo r a g e n te re d u c to r q u e el cloro.

II.

es (so n) co rre cta (s):

El m a n g a n e s o es el m e jo r a g e n te o x id a n te que tod os

III. Frente al azufre, el oro es m e jo r a g ente oxidante.

A ) S olo I

B) S olo II

D ) I y II

E) I, II y III

C ) S olo I

IV. F rente al m a n g a n e s o , el c lo ro es m e jo r a g e n te

7.

reductor.

D u ra n te la e le ctró lisis de una so lu ció n a cu o sa de c lo ru ro de cinc, en el á n o d o se liberaro n 2 6 ,8 8 L

es (so n) co rre c ta (s ): A ) S olo I

B ) i y II

D) S olo IV

E) I, II y I

d e clo ro g a s e o s o a co n d ic io n e s no rm a le s y en el

C ) III y IV

c á to d o se d e p o sita ro n 5 4 ,8 5 g de cinc, a su m ie n d o qu e el cloro se ob tu vo al 100% . D e te rm in a r el re n­

C a lc u la r el p o te n c ia l de la ce ld a s e g ú n el s ig u ie n te

d im ie n to del cinc.

d ia g ra m a :

A ) 50%

B) 60%

Sn|Sn2-( 4.5 ■ 1 0 " M) |] A g " (0,1 M)| A g

D ) 80%

E) 90%

A g'

+ le

— Ag

e° = + 0 ,7 9 V

Sn2 + 2e

=S n

s° = - 0 ,1 3 6 V

8.

C) 70%

S e d is p o n e de tre s ce ld a s e le c tro lític a s c o n e cta d a s en serie, cad a una de e llas co n tie n e nitrato de p la ­

4.

A ) 0,6 32 V

B) 1,121 V

D) 0,7 03 V

E) 0,9 36 V

C) 0 ,1 8 4 V

ta, su lfa to cú p rico y clo ru ro fé rrico . Si en la prim era ce ld a se d e p o sitó 0 ,0 5 4 g de plata, d e te rm in a r la ca n tid a d de mol de h ierro que se ha d e p o s ita d o en

C uál de be s e r el v a lo r de J para q u e el p o te n c ia l de

la ce ld a re spectiva.

la pila a 25 CC sea 0 .5 0 9 V según: C u + A g + (JM ) = C u + (0.001) + A g Ag

+ 1e

— Ag

S n'

- 2e

=

Sn

e c = J-0,79 V e° = - 0 .1 3 6 V

A ) 0,21 M

B) 2,1 M

D) 0.18 M

E) 0.8 2 M

9.

C ) 0 ,4 2 M

í

1e

— Ag

S n 2 + 2e

=

8n

M g 2' i- 2e

=

Mg

I.

e°

B) 9,3 x 1 0 "

D) 2,7 5 x 10 6

E) 2 .7 5 x 1 0 3

C ) 1,67 < 10 4

A p a rtir de la e le c tró lis is m o d ifica d a de la salm u era , se o b tie n e h ip o c lo rito de sod io , si po r el siste m a circu la n 4 faraday. D e te rm in a r la m a sa del b la n ­ q u e a d o r que se ha o b te n id o con un re n d im ie n to

R e sp e cto a los s ig u ie n te s p o te n c ia le s está n d a r: Ag'

A ) 9,3 x 10 4

m á xim o según:

= tO ,7 9 V

:

e° =

N aO H + C l,

0 /3 6 V -2 ,3 7 V

La s ig u ie n te ce ld a g a lv á n ic a es e s p o n tá n e a

N aC IO + HCI

A ) 38 2 g

B ) 153 g

D) 756 g

E ) 29 8 g

C ) 425 g

A g |A g 1'¡|S n 2‘ |Sn II. La s ig u ie n te ce ld a g a lv á n ic a tie n e el m e n o r p o ­ te n c ia l de celda S n jS n 2 ||M g2 ,|Mg

10.

R e sp e cto a las ce ld a s g a lvá n ica s: I.

Si se ag ota el e le c tro d o qu e actú a co m o á n odo cesa el flu jo de e le ctro n e s.

Q

u ím ic a

■

252

II. La oxidación acumula carga positiva y es neu­ tralizada por el anión del electrolito que migra del puente salino.

16. Si a un v o lu m e n de 22 5 mL de una so lu ció n de c lo ­

III. Se producen procesos rédox espontáneos que generan corriente eléctrica discontinua. es (son) correcta(s):

45 m inu tos. D e te rm in a r la co n c e n tra c ió n m o la r del

A) Solo I

B) Soio II

D) I y III

E) 1,11 y MI

A ) 0 ,0 2 6 D) 0 .0 4 2

C) i y II

ruro c ú p ric o 0 ,2 5 m o la r se le so m e te a e le ctrólisis, u tiliza n d o una ca n tid a d de ca rg a de 3,5 A du ra n te ion cú p rico a su m ie n d o qu e no hay v a ria c ió n de v o ­ lum e n en el sistem a. B) 0.118 E) 0,031

C ) 0,0 37

17. R e sp e cto a la ele ctró lisis:

11. Respecto alas celdas galvánicas: El flujo de electrones es de!electrodo de ma­ yor potencia! de oxidación hacia el electrodo de menor potencial de oxidación. II. Los potenciales de oxidación y reducción es­ tándar dependen de la masa de los electrodos. III. El agente reductor y el agente oxidante deben necesariam ente estar separados. es (son) correcta(s):

I

A ) S olo I

B) I y II

A) Solo I D) II y III

D) I y III

D) I, II y III

I.

B) Solo II E) I, II y II!

C) I y III

El cá to d o tie n e ca rg a n e g a tiva po rq u e de él se lib e ra n ele ctro n e s.

II. En el á n o d o o cu rre una oxid a ció n . III. La e le c tró lis is se p ro d u ce al p a so do la c o ­ rrie n te e lé c tric a c o n tin u a s ie n d o un p ro c e s e in d u c id o es (so n) co rre cta (s): C ) II y III

18. R e sp e cto a la ele ctró lisis: 12. Respecto a la electrólisis: I.

En una electrodeposición, la masa del ánodo aumenta II. Los electrones fluyen por el alambre conductor externo solo si ocurren cambios químicos en los electrodos. III. La cantidad de electricidad que fluye por el cá­ todo y ánodo son diferentes. es (son) correcta(s): A) Solo I D) I y III

B) Solo II E) I, I! y ¡II

C) I y II

I. II.

o inertes. II!. C o n s u m e c o rrie n te e lé c tric a co n tin u a de alto vo lta je y ba jo a m p e ra je es (so n) co rre cta (s): A ) S olo I

B) S olo II

D) II y III

E ) I; II y III

C ) I y II

19. R e sp e cto a la e le c tró lis is del c lo ru ro de p o ta sio d i­ luido: I.

13. Determ inar la cantidad de faraday necesarios para obtener una mol de: i.

Es un pro ce so no esp o n tá n e o . En el sis te m a los e le c tro d o s p u e d e n ser activo s

En el cá to d o o cu rre se re d u ce el agua.

II. En el á n o d o se o b tie n e o xig e n o . III. La zo n a q u e ro dea al c á to d o tie n e un pOFI m a ­ y o r q u e 7.

Fe34,ac) a partir de Fe,SJ

es (so n) ¡n corre cta(s):

II. [Zn(OH)4]2Q cl a partir de Zn,s) A) 2

B) 3

C) 4

D )5

E) 6

14. Al producirse la electrólisis del bromuro de cinc se deposita cinc metálico en el cátodo. Si por la celda electrolítica circula un total de 2.5 x 104 coulomb, determ inar el volumen de bromo obtenido si la den­ sidad del bromo es 3,12 gmL \ A) 18,26 mL D) 5,26 mL

B) 6,64 mL _ E) 8,75 mL

C) 10,72 mL

B) 4,28 h E) 1,46 h

B) S olo III

D) II y III

E ) I, II y III

C) S olo II

20. El ácid o su lfú rico se o b tie n e a pa rtir de pirita de h ierro pu ro (F e S 2) según: I.

F e S 2 + O , — *■ F e 20 3 + SCu

II. S 0 2 + 0 2 — III. S 0 3 + H20 —

SO, H2S 0 4

¿Q ué peso de H2S 0 4 se puede obtener a partir de 240 g de FeS2 puro, si la eficiencia global es 80% de todo

15. Para recubrir con plata una superficie metálica de 20 cm2 hasta conseguir un recubrimiento de 1,08 mm de espesor y utilizando una corriente de 3,86 A. Determinar el tiempo necesario para depo­ sitar la cantidad de plata necesaria, se sabe ade­ más que la densidad de la plata es 10,5 g m L 1. A) 2,72 h D) 0,72 h

A ) S olo I

C )3 ,1 8 h

el proceso?. (PA: Fe = 56: H = 1; O = 16; S = 32) A ) 392 g

B) 120 g

D) 6 2 7 ,2 g

E) 3 1 3 ,6 g

C ) 3 1 ,4 g

21. El s u p e rfo sfa to , un fe rtiliz a n te en agua, e s una m e zcla d e C a (H 2P 0 4)2 y C a S 0 4 en ba se m o la r 1/2, se fo rm a p o r la reacción: C a 3( P 0 4)2 + 2 H 2SO., —

C a (H 2P 0 4)2 + 2 C a S Q 4

254

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ía

S

a p ie n s

Al tratar 250 g de C3(P 0 4)2 con 150 g de H2S 0 4, ¿cuántos g de superfosfato se form an? A) 397 g D ) 182 g

B) 417 g E ) 402 g

C )2 1 9 g

22. Si 20 g de un compuesto A se combina con 30 g de un elemento químico B y 10 g de A reaccionan quí­ micamente con 18 g de un compuesto Z. determinar la masa de B que se combina con 72 g de Z. A) 15

B) 30

C) 25

D) 60

^2(9) + 0 2(gl —» N20 4(g) En el laboratorio se obtiene 460 g del producto, bajo el rendim iento del 70%. ¿Qué volumen de aire se utilizó? Dato: %Vol aire N2 — ► 80% seco 0 2 — ► 20%

A) 22.4 L D) 39.2 L

B )2 m L E) 3 mL

29. Para elim inar el CO , exhalado por los astronau­ tas en vuelos cortos puede utilizarse absorbentes químicos. El Li20 es uno de los más eficaces en función de su capacidad de absorción por unidad de peso. ¿Cuál es el rendim iento de absorción del L.LO en pies cúbicos de CO.. (CN) por libra? PA: Lí = 7

A) 4 L 31.

C ) 1 8 p ie 3/lb

32.

27. En la combustión completa de un hidrocarburo a 120 °C, según análisis el volumen de H20 es la mitad que el volumen del C 0 2; determ inar la fór­ mula m olecular del hidrocarburo si a condiciones normales su densidad aproxim ada es de 3,5 g/L.

D) 8 L

E) 9 L

C) 210

D ) 224

E ) 246

B) C5H6N30 2 E) CeH7NO

C) C 10H12N2O

33. Una muestra de arcilla se secó parcialm ente y se determ inó que contenía 50% de sílice y 7% de agua. Si la arcilla original contenía 12% de agua, ¿cuál es el porcentaje de sílice en la muestra original?

34.

B) 38%

C) 47%

D) 52%

E) 62%

El porcentaje de oxígeno en J 0 2L es 25% el por­ centaje de J en J 0 3 es 50%. Calcular el peso m ole­ cular en g/mol de JOL_

¿Qué volumen de oxígeno en L/min debe sum inis­ trarse m edido a 16 atm y 127 °C? E) 25

B ) 190

A) C5H6N20 D ) C 10H21NO

C3Ha + 0 2 — ► C 0 2 + H20

D) 45

C) 7 L

La serotonina (M = 176 g/mol) es un com puesto que conduce los im pulsos nerviosos en el cere­ bro y los músculos. Contiene 68.18% C; 6,82% H; 15,9% N y 9,1% O. ¿Cuál es la fórmula molecular? PA(C = 12; H = 1; N = 14; O = 16)

A) 26% 26. Si un quemador a gas consume propano a 12 L/min, m edido a 27 °C y 5 atm, según la reacción:

B) 6 L

En una muestra de 13,125 g de sulfato de m agne­ sio hidrato hay 5,625 de agua. Determ inar el peso molecular de la sal hidratada. A) 170

A) C6H14 + 8 0 2 — 3CO + 3 C 0 2 + 7H20 B) C6H14 + 7 0 2 — 5CO + C 0 2 + 7H20 C )2 C 6H14+ 1 7 0 2 —► 4CO + 8CO , + 14H20 D) 2C6H14 + 1 5 0 2 — 8CO + 4 C 0 2 + 14H20 E) C6H14 + 9 0 2 —► CO + 5 C 0 2 + 7H20

C) 10

B) 16 p¡e3/lb E) 20 pieVlb

30. Determ inar el volumen de oxígeno consum ido si la reacción se lleva a presión y temperatura constan­ te a partir de 12 L de oxígeno que se convierte en ozono, si el volumen resultante es de 10 L.

C) 10,4 mL

25. En un recipiente se tiene una mezcla de hexano (C6H 14) gaseoso y 0 2 a 120 °C, con una presión de 340 torr. Luego de una combustión incompleta estequiom étrica, la presión aumenta a 520 torr y la tem peratura perm anecía inalterable. ¿Cuál de las siguientes ecuaciones describe m ejor la reacción que tuvo lugar?

B) 40

C) 33.6 L

C ) 300 L

24. Se quema una m uestra de benceno líquido, C„H6. El C 0 2(gl se absorbe en una solución acuosa de Ca(OH)2 y el carbonato de calcio precipitado pesa 50 g. La densidad del benceno líquido es 0,9 g/mL. ¿Cuál era el volumen de la muestra líquida quemada?

A) 15

C) C2H3

B) 11.5 L E) 44,8 L

A) 14 pie3/lb D) 12 pieVlb B ) 1900 L E) 1600 L

A) 5 mL D) 7,2 mL

B) C2H4 E) C ,H u

28. La combustión teórica de un gas de la serie etilénica (CnH,„) necesita un volumen triple de oxígeno. ¿Cuántos litros de C 0 2 medidos a condiciones nor­ males producirá la combustión de 1 mol de este hidrocarburo?. Datos: PA (H = 1; C = 12: 9 = 16)

E) 9

23. Si se combina a condiciones normales

A ) 980 L D) 250 L

A) C2H2 D) C6H6

A ) 160 35.

B ) 180

C ) 525

D ) 260

E ) 324

El mentol (M = 156 g/mol),una sustancia con un fuerte olor, se usa en las pastillas contra la tos. Está compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno. Cuan­ do 0,1 595 g de mentol se someten al análisis de com­ bustión. se producen 0,449 g CO, y 0,184 g H20 . ¿Cuál es su fórmula molecular? PA (C 0 12: N 1)

Q

A) CH20

B) C 5H10O

D) C 10H20O

E) C 10H4O 2

C)

c

10h 20o 2

36. Un análisis típico de un vidrio p y r e x dio 12,9% de B20 3; 2,2% de A l20 3; 3,8% de Na20 ; 0,4% de k20 y el resto S i0 2. ¿Cuál es el cociente entre el número de átom os de silicio y el de boro en el vidrio? A) 1,2

B) 3,6

C) 4,3

D) 2,5

E) 1,8

I. Humedad: 69,3% III. Glicerol: 2,58 g V. Glicerol: 15,1% A) 1

B) 2

A) Cianuro m ercurioso C) Cloruro m ercúrico E) Carburo m ercúrico

B) Amoniacato mercurioso D) Amoniacato mercúrico

38. Una m uestra de 1,367 g de un com puesto orgánico se quemó en una corriente de aire y dio 3,002 g de C 0 2 y 1,64 g de agua. Si el com puesto original con­ tenia solo C; H y O, ¿Cuál es su fórm ula empírica? A) CH40 D) C3H80

B) c 2h 4o 3 E) C2H30 2

C) C3H60

39. Los porcentajes que se dan a continuación corres­ ponden al elem ento indicado en el óxido ácido que forman. I S:40%

II N: 25,96%

En I el óxido es S 0 2 II corresponde a N20 5 III corresponde a oxido carbonoso III presenta m ayor atomicidad que II I presenta m enor atomicidad que III

A) 1

B) 2

C) 3

B) C2S E) C2S6

D) 4

E) 5

C) CS2

B ) 200

C ) 300

C) 3

D) 4

E) 5

B) 8

C) 88

D) 43

E) 64

44. El porcentaje de J en peso, en el com puesto de JL2 es 20%. Calcular el porcentaje de J en peso en el com puesto J2L. A) 40%

B) 50%

C) 43%

D) 35%

E) 58%

45. Una aleación de cobre y hierro tiene una masa de 3,5 g habiendo en ella 0,05 a t-g de Fe. ¿Qué por­ centaje en peso de cobre contiene la aleación? A) 42%

B) 22%

C) 62%

D) 80%

E) 20%

46. El elem ento L forma con los elem entos J y Q los com puestos JL2 y L2Q en los cuales el % en peso de L son respectivam ente 53,8% y 82,3%. Si J y Q form an el com puesto Q 3J2 del cual un mol de m olé­ culas tiene una masa de 163 g, determ inar el peso atóm ico prom edio del elem ento Q. A) 12,01 D) 32,01

B) 14,82 E) 32,0

C) 13,2

47. Un com puesto tiene como composición centesi­ mal: C = 40% H = 6,7%. Si a 80 °C y 755 mmHg, un gram o del com puesto ocupa un volumen de 489 mL, ¿Cuál es su FM? B) c h 2o E) C2H40 4

C)

c 2h 4o

2

48. Un compuesto gaseoso J tiene partes en masa de C = 85,7 y H = 14,3. En una mezcla de masas igua­ les de J y CH4 la presión total es de 1450 mmHg y la presión parcial del metano es 1050 mmHg. Calcule la FM de J. A) C2H6 D) CH2

B) C3H6 E) C2H4

C) C4H8

49. Determ inar la composición centesim al del hidróxi­

41. La composición centesim al de un sulfato de calcio hidratado indica un 55,81% de oxígeno. ¿Cuántos a t-g de hidrógeno habrá en 100 mol de dicha sal hidratada? A) 100

II. Aceite: 15,6% IV. Aceite: 1,31 g

cular de L 0 2

A) C2H40 D) CH30

40. En la combustión de un com puesto constituido por carbono y azufre, se obtuvieron 2,24 L de C 0 2 y 4,48 L de S 0 2 m edidos a condiciones normales. Calcular la fórm ula del compuesto. A) CS D) C2S3

255

III C: 27,27%

Determ ine cuantas proposiciones son correctas: • • • • •

■

43. El porcentaje de J en J2S 0 4 es 36%; el porcentaje de J en J (L C 0 3)2 es 13,5%. Calcular el peso m ole­

A) 80 37. El fulm inato de mercurio se utiliza en la fabricación de fulm inante de bajo calibre. El análisis químico presenta que está form ado por 79,36% de mercu­ rio; 9,52% de C y 11,12% de N. Determ inar el nom ­ bre quím ico del fulminato.

u ím ic a

D ) 400 E ) 500

42. Una m uestra de crema facial de masa igual a 8,41 g perdió 5,83 g de humedad al calentarla a 110 °C. Al extraer el residuo con agua y secarlo perdió 1,27 g de glicerol soluble en agua, el resto era aceite. Indi­ que cuantas proposiciones son correctas:

do de sodio. A) B) C) D) E)

Na Na Na Na Na

= 60%; O = 25%; H = 15% = 32%; O = 38%; H = 30% = 57,5% ; O = 40%; H = 2,5% = 55%; O = 37%; H = 8,0% =57,5% ; O = 38%; H = 4,5%

50. Determ inar el porcentaje en peso del calcio en el fosfato de calcio. A) 38,7% D) 62%

B) 20% E) 43,8%

C) 32%

256

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

51. Hallar la form ula empírica de un com puesto en cuya composición entran hidrógeno, carbono, oxí­ geno y nitrógeno relacionándose sus masas como 1:3:4:7 respectivam ente. A) CH4ON D) CH4O N2

B) CH40 2N E) C2H3ON2

C) C3H5ON2

52. Determinar la composición centesimal del Ca3(P 0 4)2 expresado como P4 potenclalmente contenido. PA(Ca = 40; P = 31) A) 79,94% D) 163.5%

B) 20,01% E) 56,7%

C) 63,16%

B) N20 3 E) N20

B) 17,28% H; 74,07% N: 8.65% C D) 8,65% H; 74,07% C; 17,28% N

PA(Na = 23: S = 32) C) 5,59%

56. Hallar la composición centesimal del cobre en la malaquita: C uC O , . Cu(OH )2. PA(Cu = 63,5) C) 34,3%

C) 63%

58. La composición centesimal de X en XY2 es 50%. ¿Cuál es la com posición centesimal de Y en el com puesto X Y 3? A) 30%

B) 40%

C) 50%

D) 60%

E) 75%

59. Dos elementos X e Y form an los com puestos X2 Y y X Y 2. Si la composición centesimal de X en el primer com puesto 20%, hallar la composición de Y en el segundo compuesto. A) 31,6% D) 29,2%

B) 52,61% E) 92,4%

B) Fe2CI E) Fe,CI

C) FeCI3

de carbono, un 6.66% de hidrógeno y un 53,33% de oxígeno. Si el peso m olecular del ácido acético es de 60, determ inar el número de átom os de car­ bono presente en 300 g de ácido. B )1 0 N a E) 4 N a

C) 2 N a

no y 85,1% de bromo? PA (C = 12; H = 1; Br = 80) A) CHBr D) CHBr2

B) CH2Br E) CH2Br2

C) CH3Br

64. Hallar el porcentaje del hidrógeno en el (NH4)2C 0 3 A) 4,2 D) 9,8

B) 4,9 E) 15,4

C) 8,3

65. La composición centesim al del agua en el Na2B40 7. x H20 es 47,12% . Hallar el valor de x. PA(Na = 23; B = 11)

57. Hallar ¡a com posición centesimal del C a C 0 3 exa­ gerado como CaO. PA(Ca = 40) B) 56% E) 50,1%

A) FeCI2 D) FeCI

que contiene 12,8% de carbono; 2,1% de hidróge­

55. Determ inar la com posición centesimal del agua en el sulfato de sodio decahidratado: Na2S 0 4. 10H2O.

A) 44% D) 37%

prom edio del Fe y Cl. Los pesos atómicos prom e­ dio de Fe y Cl son 55,84 y 35,5 respectivam ente.

63. ¿Cuál será la form ula empírica de un com puesto

E) 8,65% C; 74,07% H; 17,28% N

B) 65,7% E) 57,5%

C) 20

61. Hallar la form ula empírica de un com puesto form a­

A) 8 N a D) 6 Na

C) 17,28% H; 74,07% C: 8,65% N

A) 42,5% D) 28,7%

B ) 19 E) 22

62. El ácido acético (ácido del vinagre) tiene un 40%

A) 17,28% C; 74,07% N; 8,65% H

B) 44,1% E) 4,41%

A) 18 D ) 21

C) N20 4

54. Sabiendo que la form ula molecular de la nicotina es C k,H14N2. Calcular su composición centesimal.

A) 55.99% D) 94,41%

la form ula m olecular sabiendo que la densidad del vapor del hidrocarburo respecto del hidrógeno es igual a 43 en condiciones de Avogadro. Dar como respuesta a la atomicidad de la molécula del hi­ drocarburo.

do por 44% de Fe y 56% de Cl. Los pesos atómicos

53. Un óxido de nitrógeno contiene 30,43% de N. Calcular su fórmula molecular, sabiendo que 4.6 g de la sus­ tancia gaseosa ocupa un volumen de 1,12 litros a CN. A) N 0 2 D) NO

60. Durante la combustión de 4.3 gram os de un hi­ drógeno se formaron 13,2 g de C 0 2. Determ inar

C )9 4 ,1 %

A) 5 D )9

B) E)

6 10

C) 7

66. La composición centesimal del fósforo en el P40 * es 43,66% . Hallar el peso molecular del Na2, S 0 4. xH20 . PA(Na = 23;S = 32; P = 31) A ) 146 D ) 208

B ) 322 E) 268

C ) 156

67. Determ inar la fórm ula em pírica de un óxido de hie­ rro cuya composición centesim al reporta 70% de Fe. PA(Fe = 56) A) FeO D) Fe30 4

B) Fe20 E) F e 0 3

C) Fe20 3

68. Hallar la composición centesimal del carbonato de sodio respecto al oxido de sodio potencialm ente contenido. PA(Na = 23)

Q

A) 41,5% D) 21,7%

B) 43,4% E) 50%

C) 58,5%

69. Una muestra de un compuesto contiene 4,86 g de magnesio, 12,85 g de azufre y 9,7 g de oxígeno. ¿Cuál es la fórmula empírica? PA(Mg = 24; S = 32) A) M g S 0 4

B) M gS20 3

D) M gS40 6

E) M gS2O s

C) M g S 0 3

70. O btener la form ula empírica de un com puesto cuya composición centesim al reporta: Cr: 26,53%, S: 24,52% y O: 48,96% . PA(Cr = 52; S = 32) A) C rS 0 4

B) Cr2(S 0 4)3

D) C rS 0 3

E) C r(S 0 4)3

C) C r(S 0 3)3

71. Un com puesto tiene la siguiente composición cen­ tesim al H: 2,24% , C: 26,69% , O: 71, 07%. Sabien­ do que su peso m olecular está com prendida entre 150 y 190, determ inar la form ula molecular. Dar como respuesta la atomicidad de la molécula. A ) 20 D ) 47

B) 30 E) 16

C) 25

72. Un oxido de forofo contiene 56,36% de P. Determ i­ nar el peso m olecular del óxido de fósforo sabien­ do que se encuentra com prendida entre 217 y 225. PA(P = 31) A ) 218 D ) 222

B ) 219 E) 224

C) 220

73. M aggie Mitchel solicito 22 toneladas de guano fer­ tilizante. Al analizar este lote en particular se en­ contró que contenía 9% de N, 6% de P y 2% de K. Suponiendo que todo el fósforo está en forma de Ca3(P 0 4)2 [M = 310] y que no hay disponibles otras fuentes de calcio, ¿Cuál es el porcentaje de calcio en este lote de guano? PA(Ca = 40; P = 31) A) 6% D) 36%

B) 40% E) 11,6%

C) 18,3%

74. Un com puesto cuya masa m olecular es 177 contie­ ne C, H, O, Br. Un análisis cuantitativo m anifiesta que contiene una masa de carbono que es ocho veces la del hidrógeno. Calcular la form ula m olecu­ lar del compuesto. PA(Br = 80) A) C4H 0 3Br

B) C 3H13Br

D) C5G50 2Br

E) C6H24OBr

C) C6H9OBr

75. ¿Qué masa de zinc se puede obtener teóricam ente de 1,25 kg del mineral esfarelita que tiene 75% de ZnS? PA (Zn = 65; S = 32) A) 628,2 g D) 70,2 g

B) 56,6 g E) 702 g

C) 63,2 g

u ím ic a

■

25T7

76. El elem ento M forma el cloruro MCI4. Dicho cloruro contiene 75% de doro. Calcular el peso atómico prom edio de M. PA (Cl = 35,5) A) 47,3

B) 52,6

C) 63,2

D) 70,2

E) 56,7

77. Una tira de Cu electrolíticam ente puro pesa 3,178 gramos. Se calienta fuertem ente en corriente de oxigeno hasta su conversión en un oxido negro. Si el óxido resultante peso 3,978 gramos, ¿Cuál es la com posición en masa de este oxido?. PA (Cu = 63,5) A) 20,1% D) 70,39%

B) 79,9% E) 23,4%

C) 29,61%

78. La com posición centesimal de un com puesto for­ mado por carbono e hidrógeno es C = 92,3%; H = 7,7%. La masa de 1 litro de dicho gas, en CN es de 1,16 g. Hallar la form ula molecular. A) CH D) C2H6

B) C 2H2 E) C 3H4

C) C 3Ha

79. Se quema cierto hidrocarburo CXHY en presencia de oxígeno y se obtiene como únicos productos C 0 2 y H20 , en la proporción 1,955/1. Determ inar la form ula em pírica del hidrocarburo. A) C2H4 D) C2H6

B) CH4 E) C2H5

C) C3H8

80. El com puesto SFX contiene el 29,63% de azufre y su densidad relativa al aire es 3,72. Sabiendo que el peso m olecular del aire es 29 y el peso atómico prom edio de flúor es-19, ¿Cuál será el valor de X? A) 2

B) 3

C) 4

D) 5

E) 6

81. Determ inar el peso m olecular de un ácido carboxílico cuya sal de plata contiene 47,16% de Ag. PA(Ag = 108) R — COOH —» R — COOAg A) 60

B) 88

C) 122

D) 74

E) 112

82. El ferroceno es un com puesto que contiene hierro, carbono e hidrógeno. La m olécula tiene un átomo de hierro e igual al número de átomos de carbo­ no e hidrógeno. Se encontró que una m uestra de ferroceno contiene 7,4 x 1CT2 m oles de hierro y 7,4 x 1 0 "’ m oles de carbono. ¿Cuál es la fórm ula del ferroceno?. PA(Fe = 56) A) FeC5H5

B) FeC6H6

D) Fe10CH

E) FeC7H7

C) FeC10H10

83. Dos de los tres átomos en la molécula del agua son hidrógeno. ¿Qué porcentaje de la masa de una molécula del agua es la masa de los dos átomos de hidrógeno?. PA(Fe 0 56) A) 5,6% D) 33,3%

B) 11,1% E) 66,7%

C) 22,4%

258

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

84. Una mezcla esta constituida por 30% de MnCI2. 4H 20 y por 70% de MgCI2. 6H20 . ¿Qué por­ centaje de agua contiene la mezcla? PA(Mg = 24,3; Mn = 54,9; Cl = 35,5) A) 97,2

B) 54

C) 58,4

D )48,1

B) NaN5 E) NaN2

C) NaN3

86. Los elem entos X e Y form an un com puesto que tiene 40% en peso de X y un 60% en peso de Y. La masa atóm ica prom edio de X es el doble de Y. ¿Cuál es la fórm ula empírica del com puesto? A) XY D) X2Y

B) X Y 2 E) X 2Y 3

C) X Y 3

87. Al calentar 1,25 g de un cloruro de platino, quedo un residuo de 0,72 g de platino. Hallar la fórm ula de este compuesto. PA(Pt = .195; Cl = 35,5) A) PtCI D) PtCI4

B) PtCI2 E) PtCI5

to de form ula M20 7 en el cual el oxigeno representa el 50,45% en masa del compuesto. ¿Qué masa del com puesto M20 7 en gram os equivale a 0,75 moles de átomos del elem ento M?

E) 58,1

85. Al com binarse 21 g de nitrógeno con sodio se for­ mó 32,5 g de azida. Calcular la form ula empírica de la azida. PA(Na = 23) A) Na2N3 D) Na2N6

88 . Un elemento M forma con el oxigeno un com pues­

A) 33,33 D) 41,25

B) 18,25 E) 83,25

C) 50,45

89. Hallar la fórm ula m olecular de la sustancia que contiene 93,75% de carbono y 6,25 de hidrógeno. Si la densidad del vapor de esta sustancia respecto al aire es igual a 4,41 en condiciones de Avogadro. M. : 29 A) C 10H8

B) C6H6

D ) C 10H,0

E) C6H10

C) C6H8

90. Si un sulfato de magnesio pollhidratado, por un calentam iento energético experim enta una pérdida de peso del 51,22%. Determ inar la fórm ula de la sal hidratada. PA(Mg = 24; S = 32)

C) PtCI3

A) M g S 0 4 . H20

B) M g S 0 4. 5H20

C) M g S 0 4 . 7H20

D) M gSQ4 . 8H2Q

E) M gSQ 4 . 10H2Q

1. E 2. D 3. E

13. D 14. B 15. E

25. D 26. E 27. D

4. A 5. C

16. E 17. E

28. E 29. D

37. 38. 39. 40. 41.

A D B

6. D 7. C 8. C

18. C 19. C

30. B 31. C

42. D 43. B

32. C

44. B

9. E 10. A

20. E 21. A 22. D

33. C 34. A

11. C 12. B

23. E 24. D

35. D 36. B

45. E 46. D 47. C

C D

48. B

49. 50. 51. 52. 53. 54.

C A D B C D

55. A 56. E 57. B 58. D 59. C 60. C

61. A 62. B 63. B 64. C 65. C 66. B 67. C 68. C 69. B 70. B 71. E 72. C

73. 74. 75. 76. 77. 78.

E C A A A B

79. E 80. C 81. C 82. C 83. B 84. D

85. 86. 87. 88. 89. 90.

C C D E A C

Estado gaseoso

o .

o o

Louis Joseph o Joseph-Louis GayLussac (Saint-Léonard-de-Noblat, 6 de diciembre de 1778-París, 9 de mayo de 1850) fue un químico y físico francés. Es conocido en la actualidad por su contribución a las leyes de los gases. En 1802, Gay-Lussac fue el primero en for­ mular la ley según la cual un gas se expande proporcionalmente a su temperatura (absoluta) si se mantiene constante la presión (Ley de Charles) y que aumenta proporcionalmente su presión si el volumen se mantiene constante (Ley de Gay-Lussac). Con tan solo 23 años, presen­ ta al Instituto (la Académie des Sciences) su primera memoria. Recherches sur la dilatation des gaz. verificando descubrimientos realizados por Charles en 1787. En 1804 efectúa dos ascensos en globo aerostático, alcanzando una altura de 3800 metros. En 1805 presenta al Instituto una nueva memoria, en la que formula su primera ley sobre las combi­ naciones gaseosas (Primera ley de Gay-Lussac). En 1809 formula su ley estequiométrica «Sur la combinaison des substances gazeuses» y es designado profesor de Química Práctica en la Ecole Polytechnique, y titular de la cátedra de Física en la recién creada Facultad de Ciencias de París (en la Sorbona). El mismo año demuestra que el cloro es un elemento químico simple. En 1815 descubre el ácido cianhídrico (ácido prúsico). Fuente: Wifeipedia

260

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

<4 DEFINICIÓN

<4 PROPIEDAD MICROSCÓPICA

Un gas es un fluido que ocupa en su totalidad el reci­ piente que lo contiene, a la vez que ejerce una presión

Establecida por Clausius Boltzmann y Maxwell (teoría cinética molecular):

igual sobre toda la superficie de las paredes del reci­

a.

Todo gas está form ado por pequeñas partículas consideradas esféricas, llam adas moléculas.

b.

Las m oléculas de los gases se m ueven rectilínea­ mente a altas velocidades siguiendo un m ovim ien­ to coactivo y desordenado.

c.

Los gases ejercen su propia presión debido a los continuos choques de las m oléculas sobre las pa­ redes del recipiente.

piente. Líquidos y sólidos difieren bastante de los gases en su comportamiento. Es el estado de la materia que se caracteriza por tener una gran energía cinética inter­ na debido a que la fuerza de repulsión interm olecular es m ayor que la de atracción, por eso los gases carecen de form a y volum en definido. Se define también como el estado caótico de la materia. El m odelo de “gas ideal” se desarrolla estudiando e

Presión interna del gas

idealizando el com portam iento de los gases reales, en condiciones corrientes.

- - 5

Gas real

Gas ideal

Fp > > > F„

F r y Fa nulas

<4 MODELO DE UN GAS IDEAL

Los choques m oleculares se consideran perfec­ tam ente elásticos, es decir, no hay emisión ni ab­ sorción de energía perm aneciendo constante la velocidad de las m oléculas antes y después del choque.

E, Choque elástico ■E,

Generalidades: a.

Todo gas es un estado homogéneo de agregación m olecular de la materia, el cual tom a la form a y el volumen del recipiente que lo contiene.

b.

Se comporta sim ilarm ente ante los cambios de presión y temperatura, pudiéndose com prim ir o ex­ pandir fácilm ente, debido a que sus m oléculas se encuentran m uy separadas, existiendo entre ellas

Se consideran nulas las Interacciones de atracción y repulsión molecular, es decir, no existen fuerzas de Van der Waals. La energía cinética m edia de traslación es directa­ m ente proporcional a la tem peratura absoluta. Ec a T

Ec. Boltzmann

un gran espacio. c.

A bajas presiones y altas temperaturas, los gases

Ec = | k T

m anifiestan un com portam iento ideal, propósito de Ec = ^ m v 2

nuestro estudio. d.

El com portam iento de un gas está determ inado por la presión, tem peratura y su número de moléculas. Veamos en form a sim plificada las propiedades mo­ leculares de un “gas ideal” .

<4 PROPIEDAD MACROSCÓPICA Un gas ideal obedece la ecuación de estado. PV = nRT PV: n: T: variables de estado

T: tem peratura absoluta k: constante de Boltzmann Ec = ó mv2

<4 VELOCIDAD PROMEDIO Nos indica el prom edio de las velocidades que debido a la energía cinética adquieren cada una de las m olé­ culas de un gas. Se puede determ inar considerando las ecuaciones m ecánicas y term odinámicas.

Q

u ím ic a

■

261

PV

TM

■(1)

Ec = j my2

-------------------- T , TCM

T

(2)

Ec = f k T

T

(1) = (2): l m v 2 = | k T

P

P,V, = P2V2 3kT m

(velocidad cuadrática media)

Se cumple: k =

(R: cte. universal de los gases)

7 erg R = 8,3 x 10; molgk

v^ =

3RI N Am

P,V, = P2V 2 = ... P„V„

T, > T. > T

Reemplazando: v2 = 3 R I M

=

/M L V M

m

<4 ECUACIÓN GENERAL DE LOS GASES IDEA­ LES (CLAUSIUS)

Proceso isobárico (P = cte.): ley de Charles A presión constante, el volum en de una misma masa gaseosa es directam ente proporcional a la tem peratura absoluta.

.P,

En un proceso gaseoso la presión absoluta de una m is­ ma masa gaseosa, es Inversam ente proporcional a su volumen y es directam ente proporcional a su tem pera­ tura absoluta.

V

V, T,

P, P2 > P, T2 > T ,

Pa

1 v

PV

PaT

PiV, T,

En función de la densidad del gas:

\4 T,

Se com para a una temperatura, sabiendo que la V IP P: Mayor V 2 => Menor P2 =»

P, > P2

En general:

Proceso ¡somásico m = cte.

P2V2 t2

= k

V _ Y, T,

T2

PnVn Tn D = -

Proceso isocórico (isométrico) (V = cte.): ley de Gay-Lussac A volum en constante, la presión absoluta de una misma masa gaseosa es directam ente proporcional a la tem ­

D tT,

D 2T2

peratura absoluta.

<4 PROCESOS GASEOSOS RESTRINGIDOS Son los cambios que experim enta un gas m anteniendo constante además de la masa cualquiera de las varia­ bles P, V o T.

Proceso isotérmico: ley de Boyle y Mariotte A tem peratura constante, el volumen de una misma masa gaseosa es inversam ente proporcional a la pre­ sión absoluta.

A una m isma tem peratura T, comparamos, sabiendo que P IP V:

2 6 2 ■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c ia S a p ie n s A m ayor P2 => ocupa menor volumen V2 V,

4.

V2

En general:

Se tiene NH3 en un balón esférico a la presión de 16 000 torr. Isotérmicamente todo el gas se traslada a otro balón esférico pero de radio el doble que el an­ terior. Hallar la presión en el segundo balón (en torr). Resolución:

ñ = Ez. T, ' T, E je m p lo s : 1.

¿Cuál es la velocidad prom edio (en m/s) de una molécula de oxígeno (O,) a 27 °C? Inicialmente P, = 16 000 torr

Resolución: M = 32: T = 300 K

V, = | ^ r ;

¡ 3 x 8 . 3 ■ 107> 300 32

Í 3RT 02

'

M

v = 48 315 cm/s

27 °C

P ,V , = P ,V , =+ P , = P , ( ^

v = 483,15 m/s

P, = 2000 torr

16 000

| 4 8 r 3) El pistón de un cilindro con el gas que contiene ocupa 700 cm 3, de igual tem peratura la presión se quintuplica. El volumen anterior se reduce en 200 cm 3. Hallar el volumen del pistón.

Resolución: T. = 27 °C = 300 K T; = 360 K

Resolución: P

Pman, = 3 a t m P = P — P 4 P r 1 'a b s 'a t m ’ 'ma ní

V, = | - t 2 r 3)

Por Boyle:

Se tiene en un cilindro de 50 L de capacidad oxíge­ no. si el term óm etro indica 27 °C y el manómetro 3 atm. Determ inar la presión que registran el ma­ nómetro cuando la tem peratura se increm enta en 60 °C.

T 2 = 27 °+ 60° = 87 ‘ C

Finalmente

5P

4 atm

Por Gay-Lussac: T, 4 300 3.

P, T,

T2 2 1

+

gas

P m ar P ,„a n ,

360

= 3 ,8 atm

V, = vp - V ,.

P2 = 5P - V. V . = VP ■+ . 1 92

V„. = 700 - V„

v n = 500 - Vn

P ,

Si se calienta cierta masa de gas desde 127 °C hasta 87 °C. ¿En cuánto por ciento debe increm en­ tarse su presión para que no varíe su volumen?

gas

=

P

Por Boyle: P,V, = P2V2 => P(700 - Vp) = 5P(500 - Vp)

Resolución:

Vp = 450 cm3

P. = P

6.

200 cm 3 de un gas m edido a - 7 3 °C y presión de 400 mmHg se calienta a 127 °C y la presión au­ menta al doble. Calcular la masa del gas si al final la densidad es de 2 g/L.

V =■ cte.

Resolución: T, = 27 °C (300 K)

T2 = 87 °C (360 K)

T,

f¿. = p = p j i ó t2 l t, / = p / 3 6 0 iS \

p

2

\ 300 K /

P2 =

% AP = ^ ( 1 0 0 ,

P, = 800 mmHg; T2 = 127 °C = 400 K D = 2 g/L Por la ley general:

Proceso isornétrico: V = cte. P,

V, = 200 cm 3: T, = 73 °C; P, = 400 mmHg

" D 20%

=* AP

f p- p= t

f W _ fV T, T

V,

''■ - “ " • " ■ ( w S D f f i - » » ' m m = DV =2 m = (2 g/L)(0,2 L) = 0,4 g V

Q

Cuántos globos de jebe de 2 L de capacidad a la presión de 800 mmHg y a 20 °C se podrán llenar con todo el aire alm acenado en un com presor de 2 n r de capacidad a 27 °C y 4 atm. Resolución: Inicialmente

Finalmente o°o OOCXXOO oooooooo ooooooooooo oooooooooooo

V, = 2 r r W ^ L ) ' 1m J I T, = 2 7 °C 300 K P, = 4 atm

a

263

10. Un Inflador para neumáticos de bicicletas está lle­ no con aire a la presión absoluta de 1 kg/cm2, la longitud de la carrera del Inflador es de 45 cm. A partir de qué recorrido com enzará a penetrar aire en un neumático en el cual la presión manom étrica es de 3.97 kg/cm 2. Suponer que baja de 0 cm y que la tem peratura perm anece constante. Resolución:

T 2 = 20 C = 293 K P2 = 800 mmHg py2 T2

Reemplazando: 4 x 760 mmHg x 2 300 K

■

V, = (2n) L

PM T,

Por la ley general

n globos

u ím ic a

10 ’ L

8 0 0 m m H g (2 n )L 293 K

3078

Estado 1: P, = 1 kg/cm 2 T = K V, = 45A

5 kg/cm

Por la ley de Boyle: =36 cm

1(45A) = 5 [A ( 4 5 - x ) l

P,V, La densidad de un gas a determ inadas condicio­ nes es a 0,1 g/L. Si la presión aumenta en un 50% y dism inuye su tem peratura en un 30%, ¿cuál será la nueva densidad del gas?

Estado 2: P2 = 3,97 + 1,033: V 2 = A(45 - x)

11. El volumen de una burbuja de aire aumenta 4 ve­ ces su tamaño al ascender desde el fondo de un lago hasta la superficie. Si la tem peratura del agua es uniforme, determ inar la profundidad del agua.

Resolución: Resolución:

|P Estado 2

Estado 1 P. = 100% P

P2 = 150% P

T, = 100% T

T2 = 70% T

D, = 0,1 g/L

D, = x

h 2o

y = 1 gr

Por la ley general: J L = J L ^ D,T, D2T2 ^

100 0,1(100)

150 D 2(7 0)

D2 = 0,2 g/L 9.

Se tiene 20 L de gas a la presión de 29.4 psl y a 140 °F. ¿En qué porcentaje varía el volumen si la presión absoluta se duplica y la temperatura dism i­ nuye en 40 °C? Resolución: Estado 1: P1(abs) = 29,4 + 14,7 = 44,1 lb/pulg2 V, = 20 L; T, = 140 °F = 600 R Estado 2: Ib v P2 = 2 44,1 ' p u lg 1 1,8 °F i T = 140 °F - 40 °C T 2 = 528 R re I Por la ley general: P,V,P2V2 44,1 x 2 0 2 (4 4 ,1)V2 V, = 8,8 L T, T2 ~ 600 528 % A V = ( 2 0 ~08 , 8 )1 0 0 = 5 6 %

Estado 1: P —p + y h ' 1 — r a tm ' * H20 ' 1 V, = V

Estado 2:

P=P

r 2

+4V

'

atm

V2 = 5V

Por la ley de Boyle: P.V, = P2V2 - (Patm + 7H2oh)V = Patm(5V) Reemplazando: yH2 0 h = 4P atm , 4 x 1 0 3 3 g/cm 2 h = ------------------1 g/cm

=

, .. 4132 cm h = 41,32 m

12. Del siguiente esquema, en el espacio de la rama corta se tiene una colum na de 18 cm de aire. ¿Qué cantidad (en cm) de mercurio se debe agregar en la rama larga para que el volumen de aire dism inu­ ya en un tercio de su valor?

T 76 cm

18 cm

-H g

264

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

£

Palm = 76 cmHg

- 76 cmHg

& 76 cm

9aó ,_ L ..................^

18 cm

A

,

64 cm

gas

r— P.crQ cm

12 cm Í 6 cm

X.

* * ..6

(érea) -Hg

Resolución:

Estado 1:

Estado 2:

P, = 76 + 76

P2 = 76 + 64 + x

P, = 152 cmHg

P2 = (140 +x) cmHg

V, = 18A

V 2 = 12A T3 > T 4

Por la ley de Boyle: P,V, = P2V2 Reemplazando: 152(18A) = (140 + x)(12A) 13.

x = 88 cmHg

Si en las abscisas se tiene la tem peratura en una escala arbitraria Z, determ inar el cero absoluto en dicha escala.

Paso 1 - 2: (V = cte.) calentam iento isom étrico (au­ mento de tem peratura con aumento de presión). Paso 2 - 3: T = cte. (expansión isotérm ica) aum en­ to de volumen dism inuye la presión. Paso 3 - 4: V = cte. (enfriamiento isom étrico) dis­ minución de la temperatura. Paso 4 - 1: T = cte. (com presión isotérm ica) au­ mento de la presión. .-. I; V; III; IV 15.

Del gráfico, hallar TA + T B en K.

Resolución:

Resolución: Del gráfico: Estado 2:

Estado 1:

P2 = 14 atm

P, = 6 atm T, = 12 + x

AP, = cte. (isoterm as 300 K - A)

v = K

300

T, = 48 + x

Como: V = cte. por la ley de Gay-Lussac: El - Ü => 6 atm _ 14 atm T , _ T2 ^ - 1 2 + x ~ 48 + x

Ta

=» I A = 900 K a

AP2 = cte. (isoterm as B - 300 K) 10 ^ =

57 °Z

30 -T A/-./-» 1/ 300 = > T b - 1° 0 K

.-. Ta + T b = 1000 K

Cero absoluto - 5 7 °Z 16. 14.

En el siguiente esquem a se m uestra el plano de Clapeyron y los estados de un gas. Señalar el pro­ ceso correcto que ha seguido el gas. I.

Calentam iento isométrico

II. Calentam iento isotérmico III. Enfriamiento isométrico IV. Com presión isotérmica V. Expansión isotérmica

Considere la siguiente fam ilia de isotermas para un gas ideal. Calcular la temperatura en el punto “x".

Q

u ím ic a

■

265

19. A partir de la siguiente gráfica, determ inar la rela­ ción P,/P3, si se sabe que V3 = 4V,

Resolución: T = cte. (500 K) Ley de Boyle: P,V, = P2V 2 =* 1 2 x 2 = (P,)(3) => P, = 8 atm Luego: Proceso isócoro (V = cte.), ley de G ay-Lussac 1 T,

1 => - 1 - = ^ T2 600 x

=• - 5 - = — 600 x

• x = 750 K

Determ inar la presión que se indica. Resolución: Del gráfico: P, = P2 = P , \ . .. p _ p _ p ^ Is ó b a r a s

T3 T4

cte.

Proceso: 1 -> 3 PiV, _ P3V3 T, T,

3

Resolución: Las 2 isócoras se intersecan en el cero absoluto.

p,

l T' \ p , " ( v j ( t 3)

p3

(a)

- AÍ Tl \ ~ A\ V

Proceso 2 a 4:V = cte. (isócoro) ñ = P2

3

^3

= 3 ^ 3 = 3 T3 P)

■(P)

t 4 t 3t ,

(p) reem plazando en (a): 3 = p3

4 ( ^ ) =* <0)1 = 4 I pJ ( p 3) 2

20. Un baróm etro tiene una pequeña cantidad de aire en su cámara barom étrica y marca h = 73,1 cm y h, = 72,2 cm. Cuando las presiones atmosféricas son 75 cmHg y 74 cmHg respectivam ente, hallar la

Para la isócora 1: 12 14 200 + x 280 + x

longitud del tubo sobre el nivel de mercurio de la

: 280

cubeta.

Para la isócora 2: 12 P 50 + 280 200 + 280

17,45 atm

18. Hallar la presión en el estado 4, si se sabe que V, = 20 L

Resolución:

Resolución: Proceso 2 -> 3 isócoro: 25 50 T2 T3 ^ 300 T3 Proceso 1 3 T,

T , = 600 K; T 3 = T,

P 600

P a lm

P» =

Pgas +

Phg

=

Pgas =

P a tm

Reemplazando:

4 isócoro:

R, 15 _ T4 35 300

P* =

30 atm

PgaSi = 75 - 73,1 = 1,9 cmHg V, = A(L - 73,1)

~

P h9

266

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PgaS2 = 74 - 72,2 = 1,8 cmHg

412,03 m/s

V2 = A(L - 72.2)

_ e

Proceso isotérm ico (ley de Boyle) P,V, = P2V2 =» 1,9A(L - 73,1) = 1,8A(L - 72,2)


.-. L = 89,3 cm

21 . Un alumno considera que la presión de un gas va­ ría inversam ente proporcional con su temperatura a volumen constante. Para un proceso isócoro al dism inuir la tem peratura la presión aumenta de 4 atm a 8 atm. Según el alumno, ¿cuál fue la ver­ dadera presión que se debió alcanzar? Resolución:

P ;T 1 = P J 2

Dato: P, = 4 atm: P2 = 8 atm \ = 4 "íj 8

También denom inada ecuación de estado, es una ex­ presión matemática aplicable a los procesos generales donde varían sim ultáneam ente la presión, el volumen y la tem peratura del gas y en función de su masa (llam a­ dos tam bién variables de estado) Variables de estado M Presión absoluta: P Volumen ocupado: V Temperatura absoluta: T

Para el alumno: P IP T P . f

Tenemos:

1 2

.(a)

Verdadero valor: proceso ¡socoro

H

-

10m = 0,02 s 4 12,03 m/s

(P )

p’ = p ’$ )

Reem plazando (a): P2 = 4 x - i

Resolución: Q Por la ecuación de Boltzmann: Ec = ^ k T _R_ Na

Er =

)(T,

erg R = 8,3 x 107 mol -g K N. = 6.023 x 1023 m o le s ; T = 18 X = 291 K mol.g Reemplazando: E = 3/ 8 ,3 x 1 0 \( 291) c 2 \ 6,023 x 1023 )' '

23. Se hace estallar una cápsula de gas hilarante (N20 ) en un ambiente sin corriente de aire a 27 °C. ¿En qué tiem po una persona al sentir el efecto em ­ pezará a reír si se encuentra a 10 m?

. (pero n moles)

Ecuación Clapeyron:

p v = nRT

También: PV = tü-RT M

V D: Densidad del gas

PM = DRT n „

m N M ~ Na

1 Vm

n: número de moles

N: número de moléculas Na: número de Avogadro = 6,023 x 102 Vg: volumen que ocupa el gas. V m: volumen m olar a CN = 22,4 L/mol

R 0,082

_y

1

R =

P„Vn

Valores de la constante R

Resolución:

h-

^ = n K _

valores de la constante R constante de Regnault

Ec = 6,03 x 10 14 erg/moléc.

gas

. (1 mol-g)

Haciendo: K = R. donde R es constante universal de los gases ideales.

.-. P, = 2 atm

22. Calcular la energía cinética promedio de moléculas de un gas que se encuentra a la temperatura de 18 °C.

Siendo: K ■

PV = K T

’

molK m m HgL m olK

P0 1 atm

760 mmHg

v0 22,4

mol

T„ 273 K

22,4 - t mol

273 K

359

492 R

e = 10 m 10,8 pSÍ(P¡f ) moIR

Gas: N20 => M = 44 g/mol

14,7 psi

mol - Ib

T = 27 °C = 300 K Í3RT La velocidad prom edio de los gases es: v = yA-PP Reemplazando: 3 x 8 . 3 107x 300 44

; 41 203,4 cm/s

<♦ HIPÓTESIS DE AVOGADRO Y AMPERE Volúm enes iguales de gases diferentes sometidos a las mismas condiciones de presión y temperatura, contie­ nen el mismo número de moles y moléculas.

Q

D =

PM RT

1M 0,082 > 300 Mgas Vm

M 22,4

u ím ic a

■

267

_M_ Vm

en CN

Caso particular: CN mh

I. Se cumple:

n.° moléc. (A) = n.° moléc. (B)

H„ He

Dh =

<4 LEY DE AVOGADRO Si 2 o más gases se encuentran a las mismas condicio­ nes de presión y temperatura, entonces sus volúm enes son proporcionales a sus moles.

4g _ 0,178 g/L 2 2 ,4 L 32 g 22,4 L

Vacilar

1,42 g/L

28,96 g = 1,293 g/L 2 2 ,4 L

IV. Aire ^ Dairc = Ma,re V„olar (M = 28,96)

¿Cuál es la masa de 624 L de gas butano (C4H 10) que se encuentra a una temperatura de 27 °C y a una presión de 900 mmHg?

Resolución:

Resolución:

Por la ec. universal: PM = DRT

P = 900 mmHg; V = 624 L; T = 27 °C = 300 K;

D =

M = 58 Por ecuación universal:

R = 62,4

C4H10 to rrL m ol-gK

900 y 624 x 58 62,4 v 300

PM _ 8 ,2 x 1 6 RT 0 ,0 8 2 x 3 0 0

CH4

5,3 g/L

Resolución:

a. Para un gas (1): PM, = D,RT

...(a )

b. Para un gas (2): PM2 = D2RT

- (P )

m = 1740 g M,

u/p:

Determ inar el volumen en L que ocupa 880 Ib de gas propano a 140 °F y 21.6 lb/pulg¿. Resolución: m = 880 Ib;

R = 0,082; T = 27 °C j= 300 K

Por la ecuación universal: (PM = DRT)

Reemplazando: PVM RT

P = 8,2 atm; M = 16 g/mol;

Determ inar la gravedad especifica del NH3 a 23 °C y 820 mmHg.

M

2.

MHe Vtiolar

g/L

¿Cuál es la densidad del gas m etano (CH4) a 27 °C y 8,2 atm?

E je m p lo s : 1.

2g 2 2 ,4 L

Mo,

O,

_ 0,089

h2 Vnolar

M = 44: P = 21,6 psi

T = 140 °F = 600; R = 10,8

D,

.para gases

M,

Gravedad específica de un gas: M„

Por defecto: S p - g - § =

M,,

Caso particular:

Por la ecuación universal: M

17 28,96

: 0,6

M w

mRT PM

880 x 10,8 <600 pie3; 28,32 L \ 2 1 ,6 x 4 4 l 1 pie3 I

V = 169 920 L

Resolución:

Determ inar la densidad de los siguientes gases en condiciones normales: I. H2;

II. He;

III. 0 2;

IV. aire (M = 28,96)

Resolución: Condiciones normales: P = 1 atm;

Si se tienen masas ¡guales de los siguientes gases a las m ismas condiciones de P y T, ¿cuál ocupa menor volum en? C 0 2; C l2; CH4; S 0 3; NH3.

R = 0.082

atm L . mol K

T = 273 K

De la ecuación universal: PM = DRT

De la ecuación universal: (P, R, T. m: constantes) M mRT P V _ M

V = ^

(V IP M ) M

menor V => mayor M C 0 2(44); C l2(71); CH4(16); SO 3(80); NH3(17) SO,

268

7.

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Sin que varíe la temperatura, se agrega 10 g más

Resolución:

de aire a un frasco que contenía dicho gas y se ob­

V = 16,4 L

serva que la presión se duplica. Calcular la masa

n.° moléc. =

n.° átomos _ 12,046 x 102

inicial del aire. Resolución:

C7

(Z m

n.° átomos NA " = — 2 = ñ ; = 1 T = 273 K

+ 10 g aire

aire

1 m oléc. h2 => 2 átomos Por conversión:

Inicial

Final

m, = m

m2 = m + 10

P, = P

P, = 2P

12,046 x 1023 átom os/ 1 m ol6c\ 2 átomos = 6,023 x 1023 moléc. Por la ecuación universal:

De la ecuación universal: ...(a) inicial

M (2P)V = ( m .Í 1 0 > R T M « ' >•

1 o

2

PV =

/n.° molec. RT No

p - N

j, a s ^ a )

/ n.°m olec.\ i RT \ \ N» A V I . M «

...((5) final

m = ------- 777 => m = 10 g

m + 10

¿Qué volumen ocupa 12,046 x 1023 m oléculas de metano que se encuentra a 27 °C y 4,1 atm?

11. ¿A qué tem peratura deberá calentarse una vasija abierta que se encuentra a 300 R para que expul­ se 1/4 de la masa de aire que contenia inicial­ m ente? Resolución:

Resolución:

P atm.

P atm.

= 27 °C = 300 K P = 4,1 atm; R = 0,082

1

atmL m olK = nRT)

1 2 ,0 4 6 x 1023

-1 m 4

aire

V

c

^

T aire

m

1

p v = ( n ° m olé culas;)RT \ 6,023 x, 10 I 4,1V

1

T

V

i

T, = 300R m, = m

X 0,082 x 300

6 0 2 3 x 102 Por la ecuación universal:

V = 12 L Un gas se encuentra sometido a 1182 mmHg y contiene 10 mol-g de dicho gas?

mT = (E Y M ' R

M

127 °C siendo su densidad 2,3 g/L. ¿Cuánta masa

m ,!, = m2T2

mT = cte.

m T2 = ^ = (300) 2 m, 3m/4

Resolución: P = 1182 mmHg; D = 2,3 g/L; T = 127 °C = 400 K R = 62,4

atm L m olK

Resolución:

Masa = 10 mol-g __M masa = 10M

Dr .(a )

Por la ecuación universal (PM = DRT) n DRT 2 ,3 x 5 ,4 x 6 2 ,4 x 4 0 0 _ e M = — = ------------- Ü 8 2 ----------------- 4 8 '6 En (a): masa = 10(48,6) = 486 g 10.

12. La densidad relativa de cierto gas desconocido respecto al gas CH4 es 2,5. ¿Cuál será la masa m olecular de dicho gas?

¿Qué presión ejerce 12,046 x 1023 átomos de hi­ drógeno en un recipiente de 16,4 L a 273 K?

Mgorc Dri

Mr

Mgas = 2,5M CHj

= 2,5

.-. Mgas= 2 , 5 x 1 6 = 40

13. Un balón de 60 L de capacidad contiene gas propano (C3H8) a 27 °C y 1300 mmHg. Si se deja abierta la válvula del balón cuando un baróm etro registra 706 mmHg, ¿qué peso masa de gas propano esca­ pó del balón?

Q

u ím ic a

■

269

Resolución:

Resolución: = 44 g/mol Cond. (1)

Cond. (2) = 706 mmHg

P,

28 L

28 L CN © n: número de moles V V : CN n Vm 22,4 P, = 1330 mmHg

P2 = Patm = 706 mmHg

T, = 27 °C = 300 K

R = 62,4

Masa expulsada: m, - m,

mmHg L mol K ...(a)

En (a): Masa expulsada = - ^ ( P , - P2) KI

j(1330

706)

Masa expulsada = 88 g 14. En un recipiente rígido se coge 64 g de oxígeno a 8 atm de presión, posteriorm ente en dicho recipien­ te a la misma tem peratura se coge 1 g de H2. ¿Cuál será la presión del hidrógeno en este últim o caso?

m o 2 = 64 g

ít1h2 =

P q 2 = 8 atm

P h2 = x MH = 2 g/mol

M q 2 = 32 g/mol

Por la ecuación universal: PV =

19

RT

Para el 0 2: 8 V = E R T M

...(a)

Para el H2: PH2V = ^ R T

...(P)

1/2

16. Se tiene dos recipientes de igual capacidad a las m ismas condiciones de presión y temperatura. Si en uno de ellos se encuentra 0,3 x 10M m oléculas de gas “x” y en el otro oxígeno, calcular la masa de oxígeno en el recipiente. Resolución: N, = 0,3 x 1024 moléc. x;

m 0, = x

Na = 6,0 X 1023;

M O;

■32 g/mol

Por la hipótesis de Avogadro: nx = n 0¿ m 02 0,3 x 10 Na

6,0 x 102"

Mr

32

16 g

17. Se tienen dos recipientes de igual masa. Uno de ellos se llena con 70 L de un gas X a 3 atm y 127 °C y el otro con 1 pie de un gas Y a 12,25 psi y 106 °F. Al pasar por una balanza se constata que tienen la misma masa. Sabiendo que los 70 L de X tienen una masa igual a 70/8 L de 0 2 a las mismas condi­ ciones. Determ inar la masa m olecular de Y.

Resolución:

p /« :% = 8 64/32

°2(1,

Por la ecuación universal: PV = nRT / V + 28 \ (0,082)(420) = V = 196 L 1 2 ,3 x 2 8 = 22,4

Se observa: V, M, R y T perm anecen constantes, se puede factorizar.

60x44 1 6 2 ,4 x 3 0 0

T = 147 °C = 420 K; R = 0,082 n = n,„

Por la ecuación universal: PV = E r j M

Masa expulsada :

Caso (2): P = 12,3 atm; M = 32 g/mol

PH, = 2 atm

15. ¿Qué volumen de oxígeno a CN es necesario in­ troducir en un recipiente de 28 L que inicialm ente contiene oxígeno a CN para que alcance una pre­ sión de 12,3 atm a 147 °C?

Resolución: Los 70/8 L de 0 2 están a las m ism as condiciones que el gas X, 3 atm y 127 °C. C om parándolo con el gas Y. Gas Y Gas 0 2 P, = 12,25 psi = 0,83 atm P02 = 3 atm T = 127 °C = 400 K V = 70/8 L = 8,75 L M02 = 32 g/mol

T = 106 °F = 314,11 K V = 1 pie3 = 28,32 L

Ec. universal

Ec. universal PyVY = ( 5 4 RTV Mv

Dividiendo estas expresiones: Pq2Vq2 pvVY

M y T02 M0J

y

270

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Reemplazando: 3x875 0 ,8 3 x 2 8 ,3 2

M y (400) 3 2 x 314,11

n fl 2 mol-g fm , = — = - ----- - 2 = 0,4 5 mol-g

M, = 28,06 g/mol

nT nB_ 3 mol-g

fm,

18. En un balón hay PCi5 gaseoso y puro a la tem pera­ tura de 65 °C y a la presión de 400 torr. Si se eleva la tem peratura a 300 °C, el gas se descompone totalmente en Pc,2 y Cl2 gaseosos. ¿Cuál será en­ tonces la presión total de los gases form ados?

0,6

nT ~ 5 mol-g

^fm¡ = fmA + fm B = 0,4 4- 0,6 = 1

Resolución:

<4 LEYES DE LA MEZCLA DE GASES

Pr, x- CL Inicial (Pc, ) Final (descompone PCI + Cl2j T, = 65 °C = 338 K T, = 300 °C = 573 K ' P, = 400 torr relación molares: 1 :1 :1 Aplicando ecuación universal: 400 V Pf = x: mezcla n' = 33 8 R = n' PCI3

n.PCI5

n,

I 400 V \ 338 R I

nf — nPCI 4 n Cl.,

Ley de las presiones parciales (Dalton) En una mezcla de gases, la presión total es igual a la suma de las presiones parciales de cada uno de sus com ponentes de la mezcla. Presión parcial (Pi). Es la presión que ejerce un com ­ ponente en la mezcla, como si él solo ocupase todo el volumen de la mezcla y som etido a la misma tem pe­ ratura. n = 1 m ol-g

Por ecuación universal. (P,V = n,RT,) n.RT, V

1 L

Pf = 1356 torr

+

i l

Se denom ina mezcla gaseosa a la reunión de m olécu­ las de dos o más gases sin que entre ellos se produzca una reacción química, es decir, cada gas mantiene to­ das sus propiedades, se puede considerar a una m ez­ cla como a una sola masa uniforme. El com portam iento de cada uno de los gases com po­ nentes de una mezcla se realiza en form a independien­ te de la presencia de los demás y esto ocupa todo el volumen del recipiente y aplica en cada caso las ecua­ ciones del estado gaseoso. En toda mezcla gaseosa la temperatura perm anece constante. moléculas de gas (A) moléculas de g a s (B )

+

P

n T = 2 m ol-g

T

T

1 L

0

2+

1 L

1L

n

2+

i

i

h

2+

i

P - 0,5 atm

<4 MEZCLA DE GASES

n = 0,5 m ol-g

T

Tí

2 x 400 V ’ l(R )(573) \ 338 R V 1

P,

n = 0 .5 m o l-g

- 0 ,7 5 a tm

P = 0,1 atm

P T = 1,35 atm M ezcla

Se cumple: P, = PN„ + P02 + PH,

n0,4nH,

nT = nT, +

n

En general: P7 = ]PF¡; para “n” componentes PT: presión total P,: presión parcial del com ponente

i

PT = P, Masa m olecular promedio o aparente de una mezcla (M m) m M =

m A 4- m B

Como: m = nM

Mm = M nT

nT B

En general para “n” gases: M T = £ fm ¡M . i= 1

Fracción molar (fm) Es una forma de expresar la concentración m olar de los componentes de una mezcla. Nos indica la relación entre el número de moles parciales de un com ponente y el número de moles totales de la mezcla gaseosa. nA = 2 m ol-g

Aplicando la ecuación universal: PV = nRT VT = constante Gas 1:

P1V =

n,RT ...(a)

Gas 2:

P2V =

n2RT

,.,(P)

PTV = n,RT

,..(x)

Mezcla:

fm, = — nT

nB = 3 m ol-g nA + nB = 5 mol-g

P,

n,

P, = fm .P T

Q

En general:

u ím ic a

■

27"

E je m p lo s : 1.

Ley de los volúmenes parciales (Amagat) Es una mezcla de gases; el volumen total es Igual a la suma de los volúm enes parciales de cada uno de los com ponentes de la mezcla.

Una mezcla gaseosa contiene 40 g de argón, 88 g de C 0 2, 16 g de 0 ; y 14 g de nitrógeno ocupan­ do un volumen de 41,0 L. Sabiendo que la presión total es de 10 atmósferas; determ inar para cada componente: Resolución:

Volumen parcial (V¡). Es el volumen que ocuparla cada com ponente cuando este se encuentra a la misma pre­ sión y tem peratura de la mezcla. n = 2 mol-g

n = 3 mol-g

PT = 10 atm V = 410 L

nT = 5 mol-g

m,

M¡

(g) 1,5 L

m, n = ^ M¡

- í l- 33

n, = — = frn. PT nT

_3 ll

P

P, = fm¡PT

P, = fm,PT atm

40

1

0,25

2,5

88

44

2

0,5

5

16

32

0,5

0,125

1,25

14

28

0,5

0,125

1,25

Sfm, = 1

PT = 10

I! c"

40

M t = Ifm .M ,

En general para “n” componentes:

M t = 0,25(40) + 0,5(44) + 0,125(32) + 0,125(28) V = IV

M t = 39,5 Por ecuación universal (mezcla) (PV = nRT) _ PTV 10(41,0) 1250 K nTR 0,082

V: volumen total V ; volumen parcial del componente: V = V, + V2 + ... + V„ Aplicando la ecuación universal: (PV = nRT); P; T: constante P "T

V,

1

2.

En un recipiente de 82 L, se mezcla 84 g de N2, 6,023 x 1023 átomos de oxígeno y el hidrógeno pro­ veniente de un tanque es 11,2 L en condiciones normales. Si la tem peratura de la mezcla gaseosa es 27 °C, calcular la presión total. Resolución:

"4 2

v2

84 g

.1

82 L

6,023 x 1023 átomos

n T

Gas 1: PV, = n,RT

..(a)

Gas 2: PV2 = n2RT

-(P)

11,2 L a CN T = 27 °C = 300 K

Mezcla: PVT = nTRT V, n. tVT r = — n -= fm 1i ± T () En general:

Pt V, = fm ,V T

Hallam os nv nT = nN, n0; + nH 'N ; + ' 84 nT = a í + 6,023 x 10 28

V, = fm,VT

átom os x

1 moléc. 1 átomo

11,2 L 1 mol 6 ,023 x 1023 molec. ' 2 2 ,4 L/mol

<|) multiplicando x 100: nT = 4 moles ^ -(1 0 0 ) = ^ ( 1 0 0 ) = fm,(100) %V, = %n¡

relación deAvogadro.

Por la ecuación universal (PV = nRT) _ nt RT _ 4(0 ,0 8 2 )3 0 0 = 1,2 atm Rr — V 82 d

272

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Hallar la masa m olecular de una mezcla form ada por C 0 2 y CH4, sabiendo que la fracción m olar de C 0 2 excede en 0,3 a la del metano.

Resolución:

Resolución: M m = fm C0,M C02- fm n

...(a)

fm,PT

Datos: V = 8,2 L; T = 27 °C = 300 K; nT = 7; MT = 36

...(a)

Aplicando ecuación universal: (PV = nRT)

Dato:

nTRT _ 7(0 ,0 8 2 )3 0 0 V

M,

P,

44

Hallando fm¡:

21 atm

De: M m = XMifrrii 16

36 = fm C02(44) 4 (1 - fm c02)16 fm CO2 = 0 ,7 ;

fm Co2 ■ fm C02 + fm c

: 0,3

PCH4 = 6 ,3 atm

Sumando: 7.

fm CH4 = 0,35 En (a): M m = 0,65 x 44 4.

fm c

En (a): PC02 = 0,7 x 21 = 14,7 atm

0,35 x 16

= 34,2

La fracción m olar del am oniaco en una mezcla ga­ seosa es 0,25. ¿Cuántos litros de am oniaco habrá en 10 m oles de mezcla en condiciones normales? Resolución:

La composición volum étrica del aire es 78% de ni­ trógeno, oxigeno 21% y argón 1%. Hallar la masa m olecular de la mezcla. Resolución: Condición Avogadro: %V, = fm,(100) nT = 10 CN fmNH3= 0,25

%M

100 % V,

fm,

V, = fm,VT

M,

78

0,78

28

21

0,21

32

Sabemos: VT T " 2 2 ,4 L

1

0.01

40

VT = 224 L

...(a)

VT = 2 2 ,4 X 1 0

En a: VNHs = 0,25 x 224 : 56 L M m = -fm,M, Maire = 0,78 x 28

0,21 x 32 + 0,01 x 40

Malre = 28,86 5.

La presión total de una mezcla gaseosa de 0 2 y C 0 2 es 8 atm. Calcular la masa m olecular prom e­ dio de la mezcla sabiendo que la presión parcial del C 0 2 es de 1520 mmHg.

¿Cuántos gram os CH4 deben ser agregados a 20 g de S 0 2 para obtener una mezcla en la cual las presiones parciales de sus com ponentes sean ¡guales? Resolución: m M x

16

Resolución: P t = Po2 ^ -

" P

20 64

1520 mmHg = 2 atm

Po, = 6 atm

De:

= £

fm 02 = ■

P, = - P nT

= fm,

t

fm Co2 = | 'so2

üm.M, 6.

1 x 3 2 -1 x 4 4 :

41

En un com presor de 8,2 L se encuentran mezcla­ dos C 0 2 y CH4 a 27 °C. Si el número de moles de la mezcla es 7 y 36 su masa molecular, encuéntrese la presión parcial de cada gas (en atm).

m 16

20 64

m = 5 <

En un recipiente de 6 L se tiene H2 a una presión de 6 atm, mientras que en otro recipiente de 5 L se tiene Cl2 a una presión de 9 atm. El contenido de estos dos recipientes es vaciado en un recipiente de 18. ¿Cuál es la presión total de la mezcla?

Q

TXX TXX i XX iW H2

5L

P = 6 atm T 36 n = RT

C l2

273

12. Las presiones parciales de 4 gases en un recipien­ te de 6 L a 727 °C son:

Resolución:

6 L(

■

u ím ic a

18 L

U

PC02 = 0,82 atm

PH2 = 0,21 atm

Pco = 0,84 atm

PH20 = 0,32 atm

¿Cuántos gram os de C 0 2 hay en el recipiente?

P = 9 atm T „ _ 45 RT

Resolución: Aplicando la ecuación universal para el C 0 2:

PV = S

rt

M

En la mezcla: nT = n H¡, + nci2 (de la ecuación universal PV = nRT) „

_ 81 RT

PTVT = nTRT

PT =

/ 81 RT \R T 18

P = 0,82 atm;

T = 727 °C = 1000 K

V = 6 L;

M = 44

PVM RT

rrim. : 4,5 atm

10. Un recipiente de 12 L que contiene Argón de 25 °C y 2 atm se conecta a otro de 3 L que con­ tiene helio a 3 atm y 25 °C. ¿Cuál es la presión total de la m ezcla en atm, si no hay cam bio de tem peratura?

Ecuación universal: I n =

13. La fracción m olar de A en la mezcla A, B y C es 0,4. Se extrae en forma total A y la fracción molar de B en lo que queda es 0,6. Determ inar la presión parcial de A en la mezcla inicial, si la presión parcial de B en la mezcla final es 3 atm. Resolución:

n ;

PV RT

3 L He

B + C

B C

fm B = 0,6 PA = 3 atm

Mezcla Mezcla (2): fm c = 0,4

RT 33 RT

Calculo de la PT: nT = nAr

De la ecuación (a):

De la ecuación universal

5 = = Iü c ^ p - p / Í H M = 3 ( 4 4 ) lO ,6 / PB fm B l fm B /

PV = nRT

En mezcla (1):

n^RT

Pt

VT

:

■

— h > >3 II X II O A

15 L

3 atm n =

Caso 2

A

’

2± RT

...(a)

Caso 1

12 L

2 atm

=2,64 g

Pi = fmiPy

Resolución:

(Ar;

0 ,8 2 x 6 x 4 4 0 ,0 8 2 x 1 0 0 0

33 RT l RT = 2,2 atm 15

PT = PA + PB + P C =* Pt — 5 + PA

Resolución: n f %V D e :fm ¡ = m

...(a)

P, = fm¡PT

...(P)

(P)

(P) en (a), para gas A: PA = 0,4(5 + PA)

11. Una mezcla gaseosa tiene la siguiente com posi­ ción volum étrica 20% H2: 40% 0 2 y 40% He. ¿Cuál es la presión del H2, si la presión parcial del 0 2 es 2 atm?

=3 Pr Pc = 2 atm c

.-. PA = 3,3 atm

14. Se mezcla 80 g de m etano con 78 g de otro hidro­ carburo en un recipiente de 6 litros. Si el volumen parcial del hidrocarburo desconocido es 2,25 L en la mezcla, ¿qué volumen ocupará si estuviera solo a condiciones normales? Resolución: m.

M,

ni

i 3,75 L

80 g

16

5

i 2,25 L

78 g

X

n

V¡

fm H2 = 0,2; fm 02 = 0,4 De (P): PH2 = 0 ,2 Pt Ec. (P) para 0 2: 2 = 0,4PT

E

VHl

C

HC: hidrocarburo:

>

P„2 = 1 atm

0 1

0,2 0,4

II

Ph2 2

>

~

en CN

...(a)

274

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

Aplicando: v, = —i-VT nT Dividiendo:

3, r 5

^

5

Aplicando ecuación universal: PV = nRT mT = 2m => n = 3 mol P = 6 atm

En ecuación (a): 8,2 U

VHC = 3 x 22,4 ^ VHC = 67,2 L

mT = 2 m

15. En una mezcla gaseosa form ada por 0 2 y N2, la presión parcial del 0 2 es el doble de la presión del N2. Calcular la masa de 0 2 en la mezcla, si en la m ezcla hay 8 m oles de N2.

m02

RT n N; +

0,082(300) n CH.

2 = ^

nT = 2 mol

+ ^

-

m = 20'4 9

mT = 2m = 2 x 20.4 = 40,8 g

= 2Í — )p m0 = 2 x 8 x 32 = 512 g

: 2n.,

6(8,2 !

nT

n T =

Resolución: Pn r o2 = 2 P W„ =*

T = 27 °C = 300 K

M02

18. En una mezcla gaseosa de “n” componentes, se sabe que: fm (1) + fm(2) + fm (3) + ... + fm(n - 1 ) = 0,8

16. Una mezcla gaseosa form ada por butano (C4H10) y amoniaco, que están en condiciones norm ales tie­ ne una densidad relativa de 1,5. ¿Qué porcentaje en masa de amoniaco hay en la mezcla?

Si la presión total es 4 atm, hallar a la presión par­ cial del enésim o componente. Resolución: ¿ fm ¡ = 1 i

Resolución:

fm (1) + fm (2) + fm(3) + ... + fm(n - 1) + fm(n) = 1

Ds IVU

0,8

,v,aire 28,96 M m = 1 ,5 x 28,96

fm (n) = 0,2 Pn = fm (n)PT 1¡(— nT )1

M¡

X

58

1 - X

17

P„ = 0,2 x 4

: 0,8 atm

19. Se tiene una mezcla de 3 gases donde la fracción m olar del tercer gas es el cuádruple del 1,° y la del primero el triple del tercero. Determ inar la presión total de la mezcla, si la presión parcial del tercer gas es 471 mmHg. Resolución:

43,44 = 58(x) + 17(1 - x) x = 0,64 = fm C4Hio => 0,36 = fm NH3 Relacionando moles:

nNH3 _ 0,3 6 _ 9 nc.H,„ 0.64 16 •(«)

mNH3 = ( :í l ' nc4H’0) '17

Pc = 471 mmHg

nT - nNH3 + nc4Hlcl =» nT - J q nC4H10 mT = nTMT = ( | | n C4Hlo)43 ,4 4 % m NH3 = ( - ^ ) 1 0 0

Condición: 3x + x + 12x = 1 =* x = ...((3)

(X)

Reem plazando (a) y (p) en (y )

% m NH3 =

I 9 Í 6 nc4H,o 17

>, mNH, = 14%

( f ncjHl0)43,44 17. En un recipiente de 8,2 L se introducen masas iguales de nitrógeno y metano. Calcular la masa total a una presión de 6 atm y 27 °C.

fm,r

16

12

De: P¡ = fm,PT ^ p i = PT = | ^ =

628 mmHg

20. Una mezcla dada consiste solamente de una sus­ tancia X pura y la sustancia Y pura. La masa total de la mezcla es 3,72 g y el número total de moles es 0,060; si la masa de 1 mol de Y es 48 g y en la mezcla hay 0,020 moles de X, ¿cuál es la masa m olecular de X?

Q

u ím ic a

■

275

E je m p lo :

R e s o lu c ió n :

Obtención del gas 0 2 KCIO,,,,

De: nT = nx + nY => nY = 0,04 A M y = 48 mT = mx + mY mT = 3,72 g;

nT = 0,06;

nx = 0,02

3.72 = nxMx + nYMY = mT 3.72 = (0,02)MX + 0,04(48)

21

Mx = 90 g/mol

La masa de 3.3 L medidos a condiciones normales, de una mezcla de gases CO y C 0 2 es de 5 g. Hallar el volumen de cada gas en la mezcla (en litros). Ár: C = 12; O = 16

Mechero Bunsen O : m o lé c u la s

m = 5 g; V = 3,3 L:

T = 0 °C = 273 K P = 1 atm (CN)

0 2

9 : moléculas H20

.

Gas húmedo = gas seco + vapor (H20 ) ( 0 2)

R e s o lu c ió n : Para la mezcla:

Cubo h id ro n e u m á tic a

Se cumple: P, = P2

.(a)

^1 = ^ati

Aplicando la ecuación universal:

Por Daiton en (a):

PV = = R T =* RT M

Pg(h|: Presión del gas húmedo

M

mRT PV

P

g(h¡

=

p

'g (s)

=

p

r v

Pg(s|: Presión del gas seco

5(0 ,0 8 2 )(2 7 3 )

= 33,9 g/mol

1(3,3)

Pv: Presión del vapor del líquido

Mezcla

CO

M = 28

<1 PRESIÓN DEL VAPOR (Pv)

M m = 33,9

CO,

M = 44

Es la presión que ejerce el vapor de un líquido a una determ inada temperatura. Llamando presión parcial del vapor, al encontrarse acom pañado con otros gases.

Mu = Sfm,M, 33,9 = fm IC0 fm"(C O )

0,63

1+ (1 - fm (Co,)44 a

fm

CO,

Vapor Ejerce Pv (presión parcial del vapor)

( 0,37

De: V. = fm,V-

y c021 = 0,37 x 3,3 = 1,2 L

<* GASES HÚMEDOS

Presión de vapor saturado ( P vc o Tv)

Recolección de gases

Es la m áxima presión que ejerce el vapor de un líquido producido a una determ inada temperatura; establecién­ dose un equilibrio dinámico entre la evaporación y la condensación. Estos valores de la presión se encuentran tabulados para los diferentes líquidos y distintas temperaturas.

Se producen a través de líquidos volátiles, como el agua, obteniéndose una mezcla form ada por el gas que se recoge más el vapor del líquido producido a una de­ term inada temperatura. A esta mezcla constituida por el gas seco más el vapor del líquido se denom ina gas húmedo y cum ple la ley de Daiton. Debemos recordar que la evaporación de los líquidos es un fenóm eno que ocurre en la superficie a cualquier temperatura. T

66666

----- 0 - - 0 0 0 -

La presión del vapor solamente depende de la tem pera­ tura y la naturaleza del líquido. Gas insaturado

Gas saturado T

T Vapor

¿6666666666 Pv ^

T, > T,

Pm áx.

Adm ite más vapor

Pv Pmax. No admite más vapor

276

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

E je m p lo : Tabla de valores de la presión de vapor de H20 , a dife­ rentes temperaturas.

P’° r v ■

100%

Pv

HR

.

HR =

100

T ro

Pv mmHg

T ro

Pv mmHg

0

4,6

25

23,8

1

4,9

26

25,2

2

5,3

27

26,7

3

5,7

28

28,3

4

6,1

29

30,0

5

6,5

30

31,8

6

7,0

31

33,7

7

7,5

32

35,7

8

8,0

33

37,7

9

8,6

34

39,9

10

9,2

35

42,2

11

9,8

40

55,3

12

10,5

45

71,9

Conclusión:

13

11,2

50

92,5

De la ecuación:

14

12,0

55

118

15

12,8

60

149

16

13,6

65

188

17

14,5

70

233

(P )

Pv: Presión parcial del vapor de agua P*v : Presión de vapor a T (0C)

<4 PUNTO DE ROCÍO Es la tem peratura a la cual la humedad relativa se hace el 100%, es decir, el ambiente se satura de humedad. C ualquier exceso de vapor de agua se condensa deno­ m inándose rocío a dichas gotitas de agua.

Punto de rocío

HR = 100 %

a.

_ p-c / HR \

'“

v

100

Si el vapor está saturado: HR : 100% En (X): En (a):

Pg(H) Pg(s) + P v

18

15,5

75

289

Si el vapor no está saturado: HR < 100%

19

16,5

80

355

(x) en (a):

20

17,5

85

434

21

18,7

90

526

22

19,8

95

634

Si no se indicase la HR, asúmase HR = 100% (para los problemas).

23

21,1

100

760

E je m p lo s :

24

22,4

105

906

1.

Gráfica:

□•c / HR \ Pg(h)

Pg(s) '

Kv 100

Se quiere determ inar la masa de vapor de agua que hay en una habitación de 4 m3, si el ambiente se encuentra a 20 °C y saturado de humedad. Dato: P h22°¿c = 1 7 ,5 mmHg Resolución: Saturado de humedad (HR = 100%) Py = P h2oC = 17,5 mmHg 4 m3 " h 2o

T ro

18

R = 62,4

<4 HUMEDAD RELATIVA (HR)

T = 20 °C = 298 K

Es el porcentaje de saturación que ejerce el vapor de un líquido (agua cuando se trata del am biente) y se cal­ cula de la siguiente manera:

Aplicando ecuación universal: PV = E r t M _ PVM _ 1 7 ,5 x 4 0 0 0 x 1 8 _ m,H20 py R9 /I v ooa 1 = 3 mH20 6 2 ,4 x 2 9 8

b9 9

Q

2.

Se recoge el S 0 2 en agua a 786 mmHg y 75 °C en un recipiente de 21 L. Si el gas tiene una humedad relati­

4.

va de 80%, ¿qué masa de gas se ha recogido? PH 72o Resolución:

u ím ic a

■

277

Se recoge gas hidrógeno sobre agua 25 °C. El volumen del gas recogido es 55 cm 3 y la presión barom étrica es de 758 torr. Si el gas estuviera seco y m edido en CN, ¿cuál sería su volumen? P h225¿c = 23,8 torr Resolución: P9(h) = 758 torr; V = 55 cm 3; T = 25 °C = 298 K Por Dalton: P,g(h )

P -4- P 1 gas s eco 1 ' V

'

Considera: HR = 100%...

r H20 '

P h225oC = 23,8 torr

Ph2 = 758 - 23,8 = 734, 2 mmHg Pg(h) = 786 mmHg V = 9,1 L

HR = 80%

T = 7 °C = 280 K

Estado (1) m m H gL m oIR

R = 62,4

M so2 = 64 De: HR =

P H2 0

=

Aplicando ecuación universal: PV = S R T M PVM 780 x 21 x 64 'so2 : 60 | RT 6 2 ,4 x 2 8 0

V = 48 cm3

17,5

h2o

mmHg

Resolución: 20 °C = 283 K

Para el 0 2: T = 25 °C = 298 K

Se tiene un gas saturado de vapor de agua a 20 °C. ¿Cuál será su humedad relativa cuando se eleva la tem peratura del gas a 27 °C? h 2o

760V 273

298

Una m uestra de oxígeno húmedo; que ocupa 486 cm 3 a 20 °C y 790 torr, está saturado de vapor de agua en un 80%. ¿Cuál será el volumen ocupa­ do por el oxígeno seco a 25 °C y 800 torr?

766 = PS02 + 6

P = 780 mmHg

3.

T : : 273 K

Í jM T,

x 7 ' 5 = 6m m Hg

= Pso2 +

P = 760 mm

V = 55 cm 3 Por la ley general:

100

p"*° = m P g(h)

Estado (2) (CN)

PHz = 734,2 mm

486 cm:

17,5 mmHg; PH 2270C = 26,7 mmHg

0 2 (seco) + H20 (g )

P = 800 torr Pg(h) = 790 torr HR = 80%

Resolución: Estado ©

V

E s ta d o ©

Gas seco +

Gas seco + H20 (g)

+ AT ..xsA

H 2 0 (g)

P 20 °C r H20

ph2o

I I

H20

Por Gay-Lussac (V = cte.) P 1 v a p o r(1 )

P

1 v a p o r(2 )

~ T ~ = ~

tT ~

17,5 293

D (2) H2Q

300

=» p h20 = 17’91 mmHg En (a): HR(2) = ^ L - ^ x lO O 2b, l

p °2 = 7 9 0 -

HR(2) : 67%

t!

HR p °c *| Q 0

x17'5

■776 mmHg

Aplicando ley general para el 0 2: 2 ^ _ 776x486 293 T,

6. 100

Cálculo de P ^ :

i

' g a s seco ~

800V2 298

= 17,5 mm

D (2) Estado (2) a 27 °C: HR(2) =

r g (h )

V

: 26,7 mm Saturado: HR = 100%

Sabemos: p _ p

..(a)

La presión de vapor de cierto líquido con HR = 90% es X m mHg y es igual a la presión de vapor de otro liquido a la m isma tem peratura con HR = 30%. Si la suma de las presiones de vapor saturado de cada uno de ellos es 80 mmHg, ¿cuál es el valor de X? Resolución: Líquido: L

Líquido: A

HR = 90%

HR = 30%

Pv = X mm

Pv = X mm

P j : presión vapor saturado

• A

PT

278

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Resolución:

De: HR =

I n I 100 Datos: PLT + P at = 80

II

oU

v,

o2

+

...(p)

02

h 2o

T

100

= f©

PL

t

...(tí)

en (a): PLT = 20 mm

m,, m2: masa del agua Para el oxígeno: P. 6 ....................... V,

El Senamhi informa: temperatura prom edio para

D. B ....................... V. => T = cte. (proceso isotérmico) PiV, = P2V2

m añana 27 °C; HR = 80% y presión barométrica

Reemplazando: ~

En (P): X = 18 mm

es 752 torr. ¿Cuántos gram os de vapor habrá por cada mol de aire ambiental? PH 2270C = 27 torr Resolución:

Presión parcial: P = ( — )PT

m H2Q n T

..(«) 6 3 Vapor de H.O: Gas saturado: HR = 100% a P,h 2c = Ph.,0

m „2o _

V

80 x 27 x 18 100 752

M h 2o

p

n T

Por ecuación universal: m = h2o

m. m2

H2o => -----------

_ n c — u ,o

n T

La presión de vapor no saturado del agua a 94 °C siguientes localidades hervirá el agua a esta tem ­ peratura? Se indica la presión atmosférica en cada localidad. Ventanilla 760 mmHg

II. Lima 750 mmHg III. Chaclacayo 730 mmHg IV. San Mateo 610 mmHg

"(P )

PVM RT

y T perm anecen constantes.

_ PH2oV,(18) RT

r g(h)

con HR = 93,5% es 570 mmHg. ¿En cuál de las

I.

v, _ 8 _ 4

Vo

Condensa (H20 ): m, - m2 = 44 Pg(h) = 752 torr; HR = 80%;

nH2o Ph20 ~ ñ T _ P9(h,

V2

h 2o

T

t

*1 oT

O

CO

p/0:

...(a.)

100

90 - ( £

©

©

_

Ph2o V 2(1 8 )

JUl m,

V,

RT n r, =

4

m,

3

.(ex)

(a) en (|1): m,

r mi = 4

.-. m, = 16 g H20 (inicial) 10. Un tanque con gas de alumbrado cerrado con agua a 40 °C y presión de 1 atm contiene 200 m3 de gas. La tem peratura dism inuye a 20 °C y la presión aumenta a 800 torr. ¿Cuál será el volumen del gas húmedo en estas condiciones? P„l°nc = 17.5 mmHg: PH 4”0C = 55,3 mmHg

V. M orococha 570 mmHg 20 °C

Resolución: HR =

100 h 2o

P

94 ° c _

r H20

‘

( A . 100 ^HR

570 x 100 = 6 1 0 mmHg 9 3 ,5 '

200 m

Por lo tanto, hervirá en San Mateo. 9.

Se tiene en cierto volumen una masa de oxigeno sa­ turado de vapor de agua a cierta temperatura. SI se observa que al reducir el volumen del gas conser­ vando la temperatura, se condensan 4 g de agua. ¿Cuántos gramos de vapor de agua existían inicial­ mente sabiendo además que la presión del oxígeno en el recipiente varía de 6 a 8 atm?

P. = 1atm ’l Sabemos. P2(h) P gas “

r

t

— [ gfsecoi

P T “

P h 20

...(a)

Com o el gas cambia de un estado 1 a 2. aplicamos la ley general de los gases: py1 _ p L T,

T

.masa gaseosa constante

Q u ím ic a

Aplicando ecuación (a):

En función de densidad

200(760 -5 5 ,3 )

(800 - 17,5)V2

Por: ecuación universal (PM = DRT)

40 + 273

20 + 273

: 760 torr;

T = 27 °C:

PH2o = 20 torr

PMA = DART

Gas B :

PM B = DBRT

Dividiendo:

E n6:

'h20 = desplazada = 30 cm Resolución: T = 27 °C (3 0 0 K ) R ; 62 4 m m H £L Kmol 740 torr PQh, = Pt - Phh2o PQh

nH2 = seco;

V„2 = 30 cm (0.030 L)

mb

Db

ma

da

[d7

II

seco producidos, al hacer reaccionar una lámina de magnesio con ácido clorhídrico en una expe­ riencia sim ilar realizada en laboratorio. Los datos son los siguientes:

Gas A :

C D< l

11 . Calcular cuál es el número de moles de hidrógeno

■

2^9

■■«O

Da

En función del tiem po de difusión (t) y _ volumen V t tiempo Para un m ismo volumen (V) V

De la ecuación universal: PV = nRT 7 4 0 x 0 ,0 3 0 1,18 x 10 3 moles n H2” 6 2 ,4 x 3 0 0

<4 LEY DE DIFUSIÓN GASEOSA O LEY DE THOMAS GRAHAM Cuando las m oléculas de un gas atraviesan un determ i­ nado volumen, lo hacen a una determ inada velocidad de “efusión" y cuando las m oléculas de un gas se des­ plazan a través de otro lo hacen con una determ inada velocidad de “difusión” . A las m ismas condiciones de presión y temperatura, la velocidad relativa de difusión o efusión de dos gases es inversam ente proporcional a la raíz cuadrada de sus m asas m oleculares.

El tiem po de difusión es directam ente proporcional a su masa molecular. E je m p lo s : 1.

¿Quién se difunde más rápidam ente? II. H,

I. O,

I. CO,

IV) N,

Resolución: 1 1

Va

íh

Se difunde más rápidam ente aquel que tenga me­ nor masa molecular H, (M = 2); 0 2 (32); C 0 2 (44); N2 (28). Por lo tanto, se difunde más rápido: II 200 L de HBr se difunden en 4 mín a ciertas con­ diciones de P y T. ¿Cuánto tardará en difundirse

V: velocidad de difusión

1600 L d e CH4 a las mismas condiciones? E je m p lo : : ^81; 1’

~ M HBr Meta .fin a l

w volumen De: V¡ = -p---------1 tiempo rr ^

©

HBr

1600

_ 200 L A V„, 4 m in

Por Graham:

Llega primero a la meta: H2 _ Por lo tanto, menor M¡ mayor será su V¡

200 Mc

V h

I Mu

Dem ostración por teoría cinética: V = Gas A:

16

Resolución:

© M = 16

Mr “ CHj

4 = 1600 I 81 t

... t = 14,2 min.

Un tubo de 300 cm de longitud está provisto de ori­

VA

ficios de entrada en sus dos extrem os, por lo que ingresa sim ultáneam ente BF3 y NH3. Los gases Gas B:

Va

-O )

reaccionan para form ar un sólido blanco. ¿Calcular a que distancia del BF3 aparecerá un anillo blanco

■■(0)

sólido? M„

: 68;

17

280

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

Resolución: i-

S

a p ie n s

Resolución: 300 cm

4j2 3

I— (300 cm - x) tr

7. —

Área (A) forma anillo

Por Graham: sim ultáneam ente (tiem pos iguales)

tH2 = 1,06 s

A ciertas condiciones, el oxígeno tarda 4 veces más que el hidrógeno en difundirse a través de un tubo de longitud L. Calcular la densidad relativa del oxígeno con respecto al hidrógeno. Resolución:

VB „F3

t■o2

t

nh3

/X 116

l0 2 -

4 t H2

' tH

Reemplazando: Ü S Ax — = ± A(300 x 2 4.

Z °i = 16

x=100

Se tiene 120 g de un gas dentro de un balón de 30 L de capacidad y a 2 atm de presión. Calcular la tem peratura a la que se encuentra el gas sabiendo que el volumen determ inado de este gas demora un tiempo que es el triple que el empleado por un volumen igual de 0 2, en pasar por un m ismo orificio y en las mismas condiciones. Resolución: m = 120 g; V = 30 L; P = 2 atm: M = ? Caso 2 (difusión): t = 3x Gas X ► — V

En un salón de clases se colocan en los extremos gas lacrimógeno (M = 90) y gas hilarante (M = 40). SI hay 20 filas de carpetas llenas de alumnos, ¿en qué fila los alum­ nos sentirán los efectos simultáneos de ambos gases? Resolución: l------------------- 20 ------------------- 1 20 filas n n n i dB (gas i-------- 20 ■x 1 (gas hilarante) ríen lacrim ógeno)

y

M = 40

M = 90

lloran Por Graham:

Gas O,

20 - x \

8

Por Graham caso 1: t*

3x x

02

I 32

Mv = 288

Para el gas X aplicam os ecuación universal: r _ PVM 2 x 30 x 288 mR 0 ,0 8 2 x 1 2 0 M

porcentaje en volum en de 0 2 hay en la mezcla for­ mada por este gas y NH3? Resolución:

T = 1756 K

M ezcla

Se requieren 16 s para que 250 mL de CH4 se difundan a través de una pequeña abertura. Bajo las mismas condiciones de presión y temperatura. ¿Cuánto tiempo se requerirá para que difundan 1500 mL de S 0 2?

02 V = 86 mL t = 25 s

Resolución:

mezcla

Gas CH„ (M = 16)

Gas S 0 2 (M = 64)

t = 16 s

V = 1500 mL

Por Graham: ch4

so2

so2

ch4

02

nh3+

V = 40 mL t = 14 s

%Vro2 ■

100

Por Graham:

. .( a )

_o2 ,

40 ü

V„

86

K I 32

25

.-. M m = 22

V = 250 mL

6.

86 mL de una mezcla gaseosa form ada por NH3 y 0 2 se difunde en un frasco en 25 s; si 40 mL de 0 2 se difunden en el m ismo frasco en 14 s, ¿qué

De la ecuación, el peso m olecular promedio: 250 16 1500 t

(M m = S fm M ) t = 192 s

La masa de m etano se difunde a través de un tubo largo y demora 3 s en hacerlo, ¿qué tiem po dem o­ rará el gas hidrógeno en difundirse por el mismo tubo bajo las mismas condiciones de T y P?

22 = 17x + 32(1 - x) =» x = 2/3 x = fm.n h 3

: 2/3

Condición de Avogadro: fm

X VT

fm o2 = y 1

En (a): % V = 33,3%

fm.02

1/3

Q

RESUELTOS

PROBLEMAS 1.

El gas metano (CH4) se encuentra a la presión de 2 atm y 127 °C, ocupando un volumen de 8 L. ¿Qué volumen (en L) ocupará a condiciones normales, la misma masa de gas? Determ inar también, en cuánto ha variado la densidad del gas (en g/L).

T,

4.

Se tiene gas metano (CH4) a las condiciones: P = 2 atm; T = 127 °C = 400 K; V = 8 L PM RT

2x16 0 ,0 8 2 x 4 0 0

Mg __ 16 g 22,4 L ~ 22,4 L

0,714 g/L

Su nuevo volumen lo hallamos de: P ,V ,_ P 2V2 T,

T2

2x8 _1V; 400 273

.-. V, = 10,92 L

Además: AD = 0,976 ■ 0,714 => AD = 0,262 g/L Un gas ideal ocupa un volumen de 5 L. Si la pre­ sión se increm enta en 50% y su temperatura ab­ soluta dism inuye en 30%, ¿qué variación tiene el volum en? Considerar la misma masa de gas en el proceso.

Su presión se increm enta en 50% y su temperatura dism inuye en 30%. P2 = 1,5P; T2 = 0,7T Ley del proceso isomásico: P^ = ^ P(5) 1,5(P )(V 2) T, T2 T 0,7T V2 = 2,3 L Dism inuyó en 53% (AV = 2,7 L)

3.

= 54

Una habitación tiene 5 m x 4 m x 4 m . ¿Entra o sale aire de este recinto?, ¿cuánto?, si la tem pera­ tura en él varia de 27 °C a - 3 °C perm aneciendo constante la presión. Resolución: Una habitación con dimensiones 5 m x 4 m x 4 m contiene aire cuyo volumen es: V, = Vá 80 T, T2 35 300

V2 270

270

V, = 72 m

El hidrógeno que está alm acenado en un cilindro metálico tiene una presión de 252 atm a 25 °C. ¿Cuál será la presión en el cilindro (en atm) cuan­ do se sumerja en nitrógeno líquido a - 1 9 6 °C?

252 298 5.

—77

■ P ■'

^ 65,1 atm

Indicar cuál de las siguientes afirm aciones es inco­ rrecta, respecto a los gases ideales: I.

Son considerados de m asas puntuales porque su volumen es despreciable.

II. Según Charles, a presión constante el volumen aumenta cuando aumenta la temperatura. III. Según Boyle, PV = constante si la temperatura no varia.

Resolución: Cierto gas se encuentra a: P, = P; T, = T; V = 5 L

% V = ^L x1 0 0 5L

B H "

En un recipiente de volumen constante se tiene gas H2 donde: P = 252 atm; T = 25 °C = 298 K Este se sumerge en nitrógeno líquido, enfriándose hasta: T = 196 °C = 77 K Su nueva presión lo hallamos de: P P ^4 = Ley de Gay-Lussac T,

P = 1 atm; T = 273 K _

281

Resolución:

D = 0,976 g/L

Se le lleva a condiciones normales:

D, (cni

80 300

■

AV = 8 m !

Resolución:

D =

T2

u ím ic a

V = 5 x 4 x 4 = 80nf

Se encuentra a 27 °C (300 K), se enfría hasta - 3 °C (270 K) por lo que ingresa aire para m ante­ ner constante la presión.

IV. La presión y el volumen de los gases varían en forma directam ente proporcional. V. La presión varía de modo directam ente propor­ cional a la temperatura. Resolución: I.

Correcto Se consideran form ados por moléculas puntua­ les, es decir, poseen masa pero su volumen es despreciable. II. Correcto La ley de Charles (P = cte.). Establece que en un proceso ¡sobárico, el volumen y la tem pera­ tura son proporcionales. III Correcto La ley de Boyle (T = cte.) establece que en un proceso isotérm ico el producto PV = cte. IV. Incorrecto Gráfica: P vs. V, según la ley de Boyle:

282

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

V. Correcto En un proceso isocórico (V = cte.) la presión y la temperatura son proporcionales: Ley de GayLussac. Es incorrecto: IV 6.

Respecto a los gases ideales: I. Verdadero De acuerdo a la relación m atem ática de la ley de Boyle: (PV), = (PV)2 = cte.

A 290 K y presión de 2,16 x 105 Pa, 3.00 g de gas cloro ocupan un volum en de 0,4723 d m 1. Calcular la masa m olar del cloro y su densidad. Dato: 1 atm = 101 325 Pa

A T = cte., la presión y el volumen son inversa­ mente proporcionales. Verdadero De acuerdo a la relación m atemática de la ley de Charles:

Resolución: Se dispone de una m uestra del gas cloro (Cl2) donde: M = 3 g y V = 0,4723 dm3 = 0,4723 L 1atm P = 2 .1 6 X 10s P a ( 101325 p a /

-

P = 2,13 atm A P = cte., el volumen y la temperatura son di­ rectam ente proporcionales.

T = 290 K Su masa m olar (M) lo hallamos de: M M =

Verdadero Proceso isobárico (P = cte.) V, = 3 L; T, = 263 K

mRT PV 3 x 0 ,0 8 2 x 2 9 0 2 ,1 3 x 0 ,4 7 2 3

V 2 = 4,5 L

M = 70,62 g 1 mol

V,

Su densidad (D) lo hallamos de: D =

PM RT

D :

2 ,1 3 x 7 0 ,6 2 0 ,0 8 2 x 2 9 0

D = 6,35 g/L 7.

Resolución: Cierto gas sufre los procesos siguientes: 1.“ P, = 740 mmHg; T, = T,; V , = V 2 7 P2 = 740 mmHg; T2 = T 2; V2 = 2V 37 P3 = P; T 3 = T2; V3 = V Primero se calienta a P = cte. duplicándole el vo­ lumen y luego se increm enta la presión a T = cte. Para reducir el volum en al valor inicial, se cumple: (PV)2 = (PV)3 : Ley de Boyle

8.

4 .5 L

.-. T 2 = 394,5 K

Suponiendo com portam iento de gas ideal, ¿cuáles de los siguientes enunciados son correctos? La presión que ejerce un gas a volumen cons­ tante es independiente de su temperatura. II. A tem peratura constante, al aum entar la pre­ sión ejercida sobre una m uestra de gas se provocará una dism inución del volum en de muestra. III. A presión constante, el volumen de un gas es inversam ente proporcional a la tem peratura ab­ soluta. Resolución: Sobre los gases ideales: I. Incorrecto En un proceso isocórico (V = cte.) se cum ple la relación: P Y = cte.

.-. P = 1480 mmHg

Respecto a los gases ideales indicar verdadero (V) o falso (F) a cada proposición: I.

9.

3L 263 K

I.

Una m uestra de gas a 22 °C y 740 mmHg de pre­ sión se calienta hasta que su volumen aum enta al doble. ¿Qué presión (en mmHg) regresará el volu­ men de la muestra a su valor original?

(740)2V = PV

T,

Según la ley de B o yle -M a rio tte : Una masa fija de un gas ocupa un volumen inversam ente pro­ porcional a la presión (absoluta) a la que está sometido. II. Según la ley de Charles: A una presión fija, el volumen ocupado por una cantidad determ ina­ da de un gas ideal es directam ente proporcio­ nal a su temperatura, expresado en Kelvin. III. Cuando el volumen de cierto gas ideal a 263 K aumenta desde 3,00 L, hasta 4,5 L, sin variar la presión, la temperatura final del gas será 394,5 K.

La presión y la tem peratura son proporcionales. Correcto En un proceso isotérm ico (T = cte.) se cumple la relación. PV = cte. El volumen es inverso a la presión. Incorrecto En un proceso isobárico (P = cte.) se cumple la relación: : cte. El volumen y la temperatura son proporcionales. Es correcto: solo II

Q

10. Indicar lo que corresponde al estado gaseoso. I. Los gases están form ados por moléculas que están separadas entre sí por distancias gran­ des, mucho m ayores que sus propias dim en­ siones; se les considera como masas puntuales (de volumen despreciable). II. Las moléculas gaseosas están en constante movimiento aleatorio, en todas direcciones, y frecuentem ente chocan unas con otras, siendo estas colisiones perfectam ente elásticas. III. La energía cinética prom edio de las m oléculas es inversam ente proporcional a la tem peratura absoluta del gas.

283

PA = Hy

III.

Incorrecto En los líquidos la presión que ejercen sus mo­ léculas se orientan por acción de la gravedad hacia la base del recipiente.

Por lotanto, es incorrecto solo III 12.

Hallar lapresión absoluta del gas mostrado en las figuras “a” y “b" respectivam ente (en atm). a)

Resolución: Estado gaseoso: I. Verdadero De acuerdo a la teoría cinética molecular, a las moléculas de los gases se les consideran puntuales, poseen masa característica pero su volumen es despreciable. II. Verdadero Los choques m oleculares son elásticos, esto significa que la energía cinética neta del siste­ ma se conserva. III. Falso La energía cinética m edia (Ec) es proporcional a la temperatura absoluta.

b)

T h = 76 cm

Pa = 760 mmHg

(c a s V — j V

T

y

h = 76 cm

i

1

Hg

'Hg

Resolución: En el problem a se indican los gráficos de dos ma­ nóm etros de m ercurio (Hg) con un gas atrapado. En su interior: a.

M anóm etro cerrado: la presión absoluta (Pabs) del gas es: = h

; kt

: 76 cmHg = 760 mmHg b.

11. Diga qué proposiciones son incorrectas: I. Cierto gas licuado, contenido en un tanque, soporta la presión de 8,6 atm; esto equivale a 871,4 kPa aprox. (1 atm = 101 325 Pa). II. La presión ejercida por líquidos en reposo de­ pende solo de la altura que alcancen en sus recipientes. III. Los líquidos transm iten en toda dirección y sen­ tido, pero con diferente intensidad, la presión que se aplica sobre ellos.

■

u ím ic a

■1 atm

Manómetro abierto: la presión absoluta del gas es: h + P„, Pabs = 76 cmHg + 76 cmHg Pabs = 1520 mmHg .-. Pabs = 2 atm

13.

Del siguiente gráfico, determ inar la presión absolu­ ta del gas A en atmósferas. Dato: Patm = 760 mmHg

Resolución: De acuerdo a las proposiciones: I. Correcto Conociendo la siguiente equivalencia de pre-

T 14 cm

1 >Hg

1 atm = 101 325 Pa =101,3 kPa Pa : Pascal Para una presión de 8,6 atmósferas, se tiene: /1 0 1 ,3 kPa \ P = 8,6 atm \ 1 atm

Resolución: En el m anóm etro siguiente:

p = 871,4 kPa Correcto La presión que ejercen los líquidos se denom i­ na hidrostática, se mide en relación a la altura (H) y el peso específico del liquido (y).

Para una presión atmosférica de 760 mmHg.

284

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

La presión absoluta del gas A es: P abs

=

Pm aa

+ Pa.m =>

Pabs = 900 mmHg(

P abs

Lo cual en número de m oléculas es:

= 140 mmHg + 760 mmHg

1 atm _\ 760 mmHg I

n.° m oléculas = 5,38 x 10~10 x 6,02 x 1023 n.° m oléculas = 3,23 x 1014

1,18 atm

14. Señalar como verdadero (V) o falso (F) a las pro­ posiciones. I. En una mezcla equim olar de CH4(9) y 0 2(g), sus fracciones m olares son iguales. II. El aire húmedo tiene mayor masa m olar apa­ rente que el aire seco. III. Según A m a g a t-L e d u c, a presión constante, el volumen del gas es directam ente proporcional a su número de moles.

16. En un m atraz de 10 L a 20 °C, en el que se ha rea­ lizado el vacío, se introducen 2 g de oxígeno, 2 g de nitrógeno y 2 g de dióxido de carbono. Calcular la presión parcial (atm) del oxígeno. Resolución: En un matraz de 10 L a 20 °C (293 K) se tienen los gases siguientes:

Resolución: De acuerdo a las proposiciones: I. Verdadero La fracción m olar de un gas se determina según:

•

0 2 (M = 32 )

m = 2g

•

N2 (M = 28)

m = 2g

•

C 0 2 (M = 44)

m = 2g

La presión parcial del gas 0 2 es: r o2 ■

X, =

2 x 0 ,0 8 2 x 2 9 3 Po2 = 32x10

mRT MV

P0? = 0 ,1 5 atm En una mezcla equim olar (igual n.° moles) de CH4 y 0 2 r'cH,,

n0, — n

x ch4 =

^

17.

.'. nT — 2n

= ° .5

A

X O2 = J l = 0,5

La densidad de un gas es 9,7 g/L a 10 atm de pre­ sión y 127 °C. Calcular la densidad del gas a con­ diciones normales. Resolución:

Falso

Por la ley general de los gases ideales:

En una mezcla gaseosa de dos componentes: A y B (M a > Mb), la masa m olecular de la m ez­

D,T,

cla se encuentra en el intervalo. Entonces M. > M > M r

10 atm (9,7 g /L )(400 K)

1 atm D2(273 K)

1,421 g/L En eljsire húmedo: Aire: M = 29 (seco); H20 : M = 1 8 _ _ Masa m olecular (M) de la mezcla: M < Malre

18.

Un gas sigue el proceso (2) -> (1). Sí P2 = 3P, y T, = |

III Verdadero La ley de Am agat establece: en una mezcla ga­ seosa, el volumen total es igual a la suma de los volúm enes parciales de cada gas que a la vez la componen. 15. La tecnología al vacio ha adquirido cada vez más im portancia en diversas aplicaciones científicas e industriales. C alcular el número de m oléculas pre­ sentes a 298 K y a 1,00 x 10~5 mmHg (que suele ser el vacío más alto que se logra) en un balón de 1 L de capacidad.

Del gráfico, aplicando la ley general de los gases: PjV, = T,

En un recipiente de 1 L se tiene un gas a: T = 298 K P = 1 x 10~5 mmHg Que es la presión más baja conseguida. El número de m oles de gas contenido en este reci­ piente es: „

1 x 10~5x 1 6 2 ,4 x 2 9 8

- 5 ,3 8 x 10"

hallar: ^

Resolución:

Resolución:

„ _ PV RV

t 2,

Entonces:

P1V1

3P,V2 72

19.

T2 ^ - 3 V,

Se tiene un gas a 304 mmHg y - 2 3 °C, si su pre­ sión aumenta a 2,4 atm y su volumen se reduce hasta la tercera parte, determ ine la temperatura final del gas en Fahrenheit.

Q

Resolución: . P,V, Por la ley general de los gases: T Entonces: (304)V 250

(2 ,4 )(7 6 0 )(V /3 ) T¡

T2

F - 32

22.

La velocidad prom edio de una molécula es 3,42 x 104 cm/s. Halle su masa molecular aproxi­ mada, sabiendo que se encuentra a 27 °C (cons­ tante de Boltzmann = 1,38 x 10~16 erg/molK). Resolución: 3 1 Como: Ec = -^kT ; además: Ec = Entonces: 1/ M 2 \ N.

fkT

T

Por lo tanto, respuesta D

500 - 273

F = 440,6 °F 20.

285

T, = 500 K T„

K - 273 5

■

Para T = cte., a mayor P menor V Entonces: V. > V2

Pasando a F: F - 32 9

u ím ic a

En un recipiente de 32,8 L de capacidad se tiene gas oxígeno a 640 torr y 131 °F. Determ inar la masa del gas en el recipiente. Resolución: Pasando la tem peratura a grados Kelvin y aplican­ do la ecuación universal de los gases, tenemos: °F - 32 K - 273 5

7

3kTN .

K - 273

131 - 32

K = 328

Entonces: PV = RTn m = 32 g

(640)(32,8) = ( 6 2 ,4 ) (3 2 8 ) ^

- _ 3(1,38 x 10~16)(300)(6,023 x 1023) (3,4 2 x 104f M = 63,956 21. De acuerdo a los siguientes diagramas:

¿Qué conjunto de desigualdades es correcta?

23. Se tiene un balón con 123 L de oxigeno gaseoso a 27 °C y 10 atm de presión. Si dejamos escapar un kilogram o del gas, ¿cuánto m arcará el m anóm etro finalm ente? (Suponer T = cte.) Resolución: ...(1)

Caso inicial: P,V = R T ( ^ \ M mi (10)(123) = (0,082)(300) 32 m ,Caso final: P,V = RT M

1600 g = 1,6 kg ...(2)

Dlvidiendo (1) entre (2):

A) T,

> T2; P2 > P,; V 2 < V,

10 _

B) T,

< T 2; P2 > P,; V2 > V,

P,

C) T,

< T2; P, > P2; V, > V2

Entonces: Pm r abs r a tm 3,75 - 1 : 2,75 atm

D) T2 > T,; P, < P2; V, > V 2 E) T 2 > T,; P, < P2; V2 > V, Resolución: Analizando los gráficos:

1,6 1, 6

-

3,75 atm

1

24. Un tanque de 41 L contiene gas de cocina (C3H8) a 127 °C y 4 atm de presión, si luego del consumo diario el gas sobrante está a 27 °C y 1 atm de pre­ sión; calcular la masa del gas que se ha gastado.

V

Resolución:

T, T,

Para V = cte., a mayor P mayor T Entonces: T 2 > T,

v„

De los datos:

c 3h 8

p, p,

41 L

Para V = cte., a mayor T m ayor P Entonces: P, < P2

41 L

m;

T, = 127 °C = 400 K P, = 4 atm

T2 = 27 °C = 300 K P , = 1 atm

Entonces: m,

P,VM RT

RT,

V M /P , R \T

286

■

C

U

o l e c c ió n

= ¿4 1 x 4 4 \/ gastado

[

Q Q g j

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Por propiedad: fm A + fm B = 1

4_____ 1 _ \ 4 QQ

300 i

fm n = 1 - 0 , 2

m gas,ado = 1 4 6,66 g

- 4 = 0,2

Como: fm,

25. Un recipiente rígido tiene 8 L de un gas a 850 mmHg. Si se extrae 1.6 L de gas a 500 mmHg de presión, calcular su presión final si la tem pera­ tura se m antiene constante. Resolución:

Igualando: f e m. 0,2M a

: 0,8 ■= 0 ,8

nr

= fe

16 0,8M b

rnA

16 x 0 ,2 / Mp

0,8

mA = 4 x 8 = 32 g

De los datos:

mTolal = 32 + 16 = 48 g 1,6 L

28. Una mezcla contiene la siguiente composición en masa: H,. 16%: CO, 84%. Calcule el porcentaje volum étrico del monóxido de carbono en dicha mezcla.

P, = 50 mmHg GAS T = cte.

P1 = 850 mmHg

P, = ?

n?

ni

ñv

RT

RT

Resolución: Asum iendo 100 g: mH. = 16 g = n H ,

^ KI

(500)(1,6) = 8(850 - p2)

P2 = 750 mmHg

Entonces: %V,

26. Una válvula de volumen despreciable, inicialmente cerrada une a 2 recipientes. Uno contiene 20 L de H2 a 6 atm de presión y el otro contiene 40 L de C 0 2 a 1,5 atm. Calcular la presión total de la m ez­ cla si todo ocurre a tem peratura constante. Resolución: T = cte.

“

mco = 84 g nco ~ 8 Como: % nc0 = % VC0

11

3

^ ( 100%)

27,27%

29. En estudios clínicos referentes a mezclas de gases, su composición se expresa frecuentemente como el tanto por ciento en volumen de la contribución de cada gas componente (referido a gas seco). El aire alveolar del pulmón humano contiene en volumen: 80,5% de N2, 14% de 0 2 y 5,5% de C 0 2. Si la pre­ sión en el pulmón es de 106,25 kPa y la presión de vapor de H20 es 6.25 x 10’ Pa, calcular las pre­ siones parciales ejercidas por estos contribuyentes. Resolución: Como. PGS = PÜH — PVh o

: 6 atm

p

—

't o t a

— r P

P h2

i

P, „ = 1,5 atm

p c °2

+

r P

PGS = 106,25 kPa - 6,25 kPa = PGS = 100 kPa Además: % Pp = %n = % VP Entonces: %VN; = 80,5% > PPN = 80,5 kPa

Hallando Pp2 : (proceso isotérmico)

%V0; = 14% = PPOi = 14 kPa

(6)(20) = P” 2 (60) =» P^2 = 2 atm

%VC02 = 5,5% => PpC02 = 5,5 kPa

Hallando Pp°2 : (proceso isotérmico) (1 ,5)(40) = P“ 2 (60) =• P“ 2 = 1 atm

27. Se tiene una mezcla de dos gases A y B, siendo la fracción m olar de A igual a 0,2. Si la relación de los pesos m oleculares de A con respecto a B es 8 y la cantidad presente de B es 16 g, ¿cuál es la masa de la mezcla? Resolución: De los datos: fm A = 0,2; mB = 16 g M *.

mTl

30. Se tiene 70 L de aire húmedo a 27 °C con una HR de 60%. ¿Cuál es el volumen de aire seco a 600 mmHg y 37 "C. si la presión inicial del aire hú­ medo era 700 torr? Resolución: Hallando la presión del gas seco: VGS = 70 L VGH = 70 L T = 27 °C = 300 K T = 300 K P = 700 mmHg P= ? HR = 60% 60 700 = PGq + 28 > 5 Pos = 683,2 mmHg 100 Hallando el volumen a las nuevas condiciones: (683,2)(70) (600) V V = 82,36 L 300 310

Q

31. En dos recipientes hay N2 y 0 2 a 287 °C y 367 °C, res­ pectivamente. Calcule la relación de sus velocidades (k = 1,38 x 1CT16 erg/molK). Resolución: Hallando la V,n 2 -

lkT

_M_

NA

Hallando la Vr02'

3k( 560 )N a

u ím ic a

■

287

35. Un metro cúbico de aire saturado de humedad a 20 °C se hace pasar a través de un tubo con clo­ ruro de calcio seco, el cual aum enta su masa en 17,26 g. Calcular la presión de vapor del agua a dicha temperatura. Resolución:

28

_

3 k(6 4 0 )N A

V”

32

vN (560)(32) Entonces: —^ = J -— - = 1 v 0; \ (640)(28)

De los datos: PV = RTnT PGH = 1 m 3 = 1000 L T = 20 °C = 293 K (1)(1000) = (0,082)(293)nT => nT = 41,622 m h 2o — 17,26

32. A las mismas condiciones de presión y temperatura un gas A tiene una velocidad de difusión igual al doble de la del gas B, si 500 g de gas A ocupan 224 L a CN, determ inar el peso molecular del gas B.

% nH

> nH,,0

_ 17,26 18

: 0,959

0,959 100% = 2,3% ~ i 41,622

Como: %n = %P 2,30

Pv„,o = 100 x 760 = 17,48 mmHg

Resolución: De los datos: VA = 2VB M a - — 22,4 L 500 g

224 L => M A = 50

Por la ley de Graham: I

36. Se tienen 2 L de aire con vapor de agua a 20 °C y con una humedad relativa de 80%. Calcular la masa de agua que se obtendrá, si todo el vapor se condensa. (P V “ 0C = 2,30 kPa)

2v„

(Me 50

M r = 200

Resolución: Como: % PP = %n

33. Dos globos similares, se llenaron respectivam ente con 0 2 y un gas X, bajo las mismas condiciones. SI el 0 2 demora 8 h en escaparse y el gas X tar­ da 4 h más, ¿cuál será el peso molecular del gas desconocido?

Adem ás PV = RTnT nT = 0,083

(1 )(2) = (0,082)(293)nT

Resolución:

" h2o

Como:

1,816 100 x 0,083 = 0,00151 =■ 18

m H2o = 0 ,0 2 7 2 g

Volumen Tiem po

Vr02 ■Vv — V

80 100 100% = 1,816% 101,3

I 2,30 x %PvH,0 “ 0/,° nH2O - I

37. ¿Cuál es la relación de velocidades del CH4 y el S 0 2 a las m ismas condiciones?

Entonces: _V vo2 _ 8 h = = Vx _V_ 12 h

=> M x = 72

P A (H = 1; C = 6 : O = 16; S = 32) Resolución:

34. Se recolecta 640 g de argón sobre H20 a 60 °C. Calcular la presión barom étrica al m om ento de re­ coger el gas, si la mezcla form ada contiene 72 g de vapor de H20 .

De acuerdo a la ley de Graham, las velocidades de difusión dedos gases A y B a P y T constantes cumple: vA

Ma

1

Mb

4

A m m h Ig J

(peo c =

• Vso- = 2 v ch

Resolución: P Pgashúm 1 barométrica= 1 edo Hallando el VTnM usando la ecuación universal: (149,4)V t = (62,4)(333)

72 18

VT = 556,34 L

Entonces: p

Kgh

_

/ 62,4 x 333 w 640 \ , 1/|9 ^ \ 556,34 A 40 ) + 149,4

P gh = 746,9 mmHg

4

38. Con respecto al volumen molar, indique verdadero (V) o falso (F) a las siguientes proposiciones: I.

El valor del volumen m olar depende de las con­ diciones de presión y temperatura.

II. El valor del volumen m olar depende de la canti­ dad de sustancia del gas. III. El valor del volumen m olar de un gas ideal de­ pende de la sustancia.

288

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

Resolución:

I.

Se tiene una mezcla gaseosa de S 0 3 (M = 80) y 0 2 (M = 32) de masas iguales:

Verdadero Se determ ina según: Vm = ñ l P

S 0 3:

Depende de la presión y la temperatura. II. Falso Es el volumen que ocupa una mo! de gas (n = 1), por lo que la masa es constante.

n

Kll

n =

O,

n, = 0,044m

32

Luego, las fracciones molares: m 80 = 0,28 fms° 2 - 0,04 m

III. Falso Solo depende de P y T y para calcular su valor no es necesario conocer a la sustancia gaseosa. VFF

fm n

: 0,72

Luego, la masa m olecular (M ) de dicha mezcla es:

39. Halle la masa m olar aparente, en g/mol, de una mezcla gaseosa constituida por masas iguales de SO, y O,.

M = M fm SOj + Mfm0z M = 80 x 0,28 + 32 x 0,72 = 45,44

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISION UNI PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II)

PROBLEMA 2 (UNI 2 01 2 - 1)

Señale la alternativa que presenta la secuencia correc­ ta, después de determ inar si la proposición es verdade­ ra (V) o falsa (F): I. La ley de Graham está referida a la efusión de gases. II. La mezcla espontánea de gases ocurre debido a un fenóm eno de efusión. III. El gas nitrógeno efunde más rápido que el hidró­ geno a iguales condiciones de presión y tem pera­ tura.

Un recipiente de 10 L contiene una mezcla equim olar de gas nitrógeno (N2) y helio (He) a una presión de 15 atm. ¿Cuántos globos se pueden llenar con esta mezcla de gases a 1 atm de presión, si la capacidad de cada globo es de 1 L?

A) VVV

B) VFV

C) VFF

D) FVF

E) FVV

Resolución:

Considere que la tem peratura en ambos sistem as es la misma. A) 10 D) 125

B) 15 E) 150

C) 75

Resolución: Sean "x” globos llenados

De las proposiciones: I. Verdadero (V) La Ley de Thom as Graham indica que la velocidad para la efusión gaseosa es inversam ente propor­ cionada a la raíz cuadrada de la masa molecular. Esta Ley también es aplicable para la difusión ga­ seosa. II. Falso (F) En una mezcla gaseosa espontánea se realiza dispersión de moléculas, lo cual se conoce como difusión. III. Falso (F) A las m ismas condiciones de P y T, el gas de me­ nor masa m olecular (M) se difunde con m ayor ra­ pidez. Como: MN2( 2 8 ) : ■M „2(2) velocidad., - velocidad,. Clave: C

Inicio

n = cte

Final

T = cte V, = 10 L

V, = x(1 L)

P = 15 atm

P, = 1 atm

De: PiVi = P ,V ( « 1 5 x 1 0 = (x)(1) => x = 150 globos llenados Clave: E

PROBLEMA 3 (UNI 2 01 2 - II) En una estación m eteorológica, y durante los 365 días del año, se envía cada día a la atmósfera un globo que contiene 10 L de helio a 1,2 atm. Los globos se llenan utilizando el gas helio, que está alm acenado en tan­ ques de 20 L a 72 atm. C onsiderando una temperatura media de 23 °C a lo largo del año, ¿cuántos tanques de helio se consumirán anualm ente? A) 1 D) 4

B) 2 E) 5

C )3

Q

u ím ic a

■

Resolución:

Para determ inar la masa m olar del gas, se utiliza:

Considerando “x ” tanques En un año:

PV = RTn

Para el tanque

Para el globo

V = x(20 L) P = 72 atm

V = 365 días 10 M P = 1,2 atm

m

M =

M

289

RTm PV

Se necesita la masa del gas, la presión, volumen y tem ­ peratura. Clave: C

En el CambíO. Ptanque^tanque —AgloboAglobo (20x)(72) = 1,2(365 X 10) = x = 3

PROBLEMA 5 (UNI 2015 - 1)

Por lo tanto, se consumen 3 tanques

Un cilindro de 50 L de gas nitrógeno a una presión ini­ cial de 21,5 atm se conecta a un tanque rígido y va­ cío. La presión final del sistema cilin d ro -ta n q u e es de 1,55 atm. ¿Cuál es el volumen del tanque (en L) si el proceso fue isotérm ico?

Clave: C

PROBLEMA 4 (UNI 2 0 1 3 - 1) Un ingeniero quím ico sintetiza un gas am arillo verdoso y lo captura en un bulbo de vidrio de volumen conocido; luego, determ ina la masa total del bulbo más la masa de la m uestra del gas. Se desea calcular la masa molar del gas, considerando los siguientes datos: I. La masa del bulbo vacío. II. Las condiciones de presión y tem peratura del gas. Para resolver el problema, ¿cuál de las afirm aciones es la correcta?

Masa atómica: N = 14 atm L R = 0,082 m olK

A) B) C) D)

La inform ación I es suficiente. La Información II es suficiente. Es necesario utilizar am bas Informaciones. Cada una de las inform aciones, por separado, es su­ ficiente. E) Las inform aciones dadas son Insuficientes. Resolución:

A partir del enunciado, se tiene lo siguiente:

50 L

Cilindro de N2(¡ 21,5 atm

A) D)

486 644

B) 532 E) 694

1,55 atm

C) 582

Resolución: En el proceso Isotérmico en estado gaseoso aplicamos, según los datos la ley de Boyle:

(21,5 atm )(50 L) = (1,55 atm)(50 L + V Tan„ue) VTanque = 644 Litros Se conoce ia masa total con el bulbo y el gas.

Clave: D

290

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMAS 1.

En un frasco están contenidos 80 g de helio a 2 atm y 37 °C, se escapa cierta cantidad de gas hasta que la presión baja a 1,8 atm a tem peratura constante. ¿Qué masa de 0 2 se tendrá que agre­ gar para retom ar las condiciones iniciales? Dato PA (He) = 4 u. A) 16 g D) 3 g

2.

B) 32 g E) 8 g

¿Cuál es la masa inicial del m etano CH4(g) que se encuentra en un m atraz a 700 mmHg, de presión y 27 °C, si al calentarse hasta 127 °C y adicionar 200 g más del gas, la presión alcanzó el valor de 1400 mmHg? A) 50 g D ) 200 g

3.

C) 64 g

B) 100 g E ) 400 g

C )1 5 0 g

En un recipiente de 10 L se tiene C 0 2 a 167 °C y una presión de 5 atm. ¿En qué tiem po la presión dism inuye hasta 2 atm si él gas empieza a escapar a razón de 5,6 m oles/m in? A) 5,5 s D) 9 s

B) 3,5 min E ) 1,8 s

C) 2,3 s

Se tiene 3,5 g de nitrógeno a 0 ’ C y 760 torr de presión. ¿Qué masa de propano gaseoso (C3H8) en condiciones de Avogadro, se requiere para que ocupe el m ismo volumen? PA (u): N = 14; C = 12 A) 1,1 g D) 4,4 g 5.

B) 32

D) 18

E) 16

B) 0,168 g/L E) 3,26 g/L

C) 1,6 g/L

A) 1,94 atm D) 9 atm 9.

B) 6 atm E) 3,86 atm

C) 8 atm

De las siguientes proposiciones, no corresponde a la teoría cinética m olecular de los gases Ideales. I. Las m oléculas se encuentran muy separadas, con volum en despreciable. II. Entre ellas las fuerzas de repulsión predom ina frente a la fuerza de atracción. III. La energía cinética m olecular prom edio depen­ de solo de la temperatura. A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) II y III

C) Solo III

10. De las siguientes proposiciones, ¿cuáles son ver­ daderas? I. La teoría cinética m olecular describe el com ­ portam iento de un gas real a bajar presiones y altas temperaturas. II. A presión constante el volumen de un gas es Inversamente proporcional a la temperatura. III. A volum en constante, la presión y la densidad de un gas se relacionan en forma directa. A) Todas D) II y III

B) I y II E) solo I

C) I y III

11. Respecto a los gases reales es incorrecto. A) A presiones relativam ente altas Vreal < Videai. B) Se pueden licuar a altas presiones y bajas tem ­ peraturas. C) La ecuación de Van der W alls tom a en cuen­ ta los térm inos a y b que resaltan las fuerzas atractivas entre las m oléculas y el volum en res­ pectivamente. D) El volumen que disponen las m oléculas para desplazarse es menor que un gas ideal. E) El factor de volumen b es mayor, a m enor peso molecular del gas. 12. En el gráfico, determ inar la presión 3 y la tem pe­ ratura en 1

La densidad relativa de un gas X es 2. A las mismas condiciones de presión y tem peratura ¿cuántos m3 de este gas se necesita para tener 500 g de gas? A) 0,2 D) 0,1

8.

C) 29

La densidad de un gas en condiciones norm ales es 1,5 g/L. ¿Cuál será su valor a 273 °C y una presión m anom étrica de 1,24 atm? A) 16,8 g/L D) 1,68 g/L

7.

C)3,3 g

Si la densidad del aire es 1,295 g/L a CN, deter­ m inar el peso m olecular aproxim ado de este gas. A) 22,4

6.

B) 2,2 g E) 5,5 g

PROPUESTOS

B) 0,25 E) 0,5

C )0 ,4

Si tenem os un cilindro con un pistón movible sin rozam iento a 37 °C conteniendo aire y presión ma­ nométrica igual a 2 atm se calienta hasta que su volumen se Incrementa con un 60%. ¿Cuál es la presión nueva si la tem peratura final es 47 °C?

A) 2 atm; 1800 K C) 4 atm; 600 K E) 4 atm; 1800 K

B) 2 atm; 3000 K D) 2 atm; 600 K

Q

13. De !a gráfica, para una m uestra de 1 g de cierto gas, determ inar la densidad del gas en (A).

u ím ic a

■

291

19. Un gas ocupa un volumen de 30 mL a 30 3C y 1990 torr. Calcular el volumen del gas a CN. A) 70,8 mL D) 44,8 mL

B) 84,2 mL E) 45,2 mL

C) 22,4 mL

20. Se tienen 116 g de gas butano (C4H10) a una at­ mósfera y 273 K. Hallar el volumen que ocupa. A) 11,2 L D) 24,2 L A) 2,00 D) 3,5

B) 0,75 E) 0,09

14. Calcular la presión a la cual 10 moles de metano ocupan un volumen de 1756 mL a 0 °C. Dar como respuesta el porcentaje de error con respecto a la ecuación universal de los gases ideales y la ecua­ ción de Van der Waals, si el valor experim ental de la presión es 100 atmósferas, adem ás según ta­ blas: a = 2,25 atm L2 m ol-2; b = 0,0428 L m ol-1 B) 27,5% y 10,3%

C) 10,3% y 36,4%

D) 12,3% y 9,3%

C) 44,8 L

21. Determ inar el volum en m olar de un gas Ideal a 91 °C y 84 cmHg.

C) 1,5

A) 27,5% y 4,4%

B) 22,4 L E) 48,4 L

A) 68 L D) 24 L

B) 30 L E) 27 L

C) 70 L

22. Sin que varié la temperatura, se agregan 10 gra­ mos más de aire a un frasco que contenía dicho gas y se observa que la presión se duplica. Calcu­ lar el peso inicial del aire. A) 20 g D) 10 g

B) 30 g E) 25 g

C )1 5 g

23. En un m atraz de 1 L se dispone de 2 x 102° m olé­

E) 2,4% y 7,2%

culas de H2. SI la presión ejercida por estas mo­ 15. ¿Qué tem peratura tendrá que alcanzar una m ues­ tra de dióxido de azufre para que sus m oléculas al­ cancen una velocidad m edia igual a las moléculas de 0 2(g) a 27 °C? A) 300 K D ) 600 K 16.

B) 400 K E) 700 K

Con respecto al sición incorrecta.

C) 6 x 104 m/s; 300 °C estado gaseoso,

D) 19,34 x 10~4 cm/s; 300 K Indicar lapropo­ E) 2 x 108 cm/s; 127 PC

17. La densidad de un gas en condiciones norm ales es 1,5 g/L. ¿Cuál será su valor a 273 °C y una presión manom étrlca de 1,24 atm? B) 0,168 g/L E) 3,256 g/L

C) 1,6 g/L

18. Un globo soprta una presión máxima de 4,1 atm. Si se infla con aire hasta con un volumen de 5 L y a 37 °C, calcular la masa de aire en 20 globos. M la ¡re, =

29 g/mol.

A) 467,74 g C) 541,5 g E) 491,34 g

A) 25 x 106 m/s; 625 °C B) 8 ,4 6 X 106 m/s; 208 K

C) 500 K

A) Los gases se comprim en debido al espacio li­ bre entre las m oléculas en un sistema. B) Solo los gases gozan de la propiedad de difu­ sión molecular. C) Según la teoría cinética molecular, entre las m oléculas no existe fuerza de repulsión. D) Presión ideal es m ayor que la presión real a la misma temperatura. E) En un gas ideal los choques son elásticos.

A) 16,8 g/L D) 1,68 g/L

léculas es de 6,24 mmHg, ¿Cuál es la velocidad cuadrática m edia y la tem peratura del gas?

B)476,74 g D)507,74 g

24. ¿A qué tem peratura las m oléculas de UF6 tendrán la misma energía cinética media que las moléculas de F2 a O °C? Dato: PA (u):U = 298; F = 20. A) 0 °F D) 3,2 °F

B) 273 K E) 0 K

C) 27 °C

25. De las siguientes proposiciones, ¿cuáles son ver­ daderas? I.

La teoría cinética m olecular describe el com ­ portam iento de un gas real a bajas presiones y altas temperaturas.

II. A presión constante, el volumen de un gas es inversam ente proporcional a la temperatura. III. A volumen constante, la presión y la densidad de un gas se relacionan en form a directa. A) Todas D) II y II!

B) I y II E) solo I

C) I y III

26. Se tiene 500 L de un gas ideal a 27 "C y 1 atm. SI se triplica su volumen al Igual que su presión, determ inar la nueva temperatura. A ) 2700 °C D ) 1200 K

B ) 2427 K E ) 900 K

C ) 2427 °C

292

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S a p ie n s

27. De ias siguientes, ¿qué gráficas no corresponde a un gas ideal? A) D(g/m L) I \

PA (C = 12; H = 1)

B) PV

J s o íe rm a r

31. S e tie n e n 116 g de ga s b u ta n o (C 4H 10) a una a t­ m ó sfe ra y 273 K. H a lla r el vo lu m e n que ocupa.

isoterma

A ) 4 4 ,8 L

B) 2 2 ,4 L

D) 4 8 ,4 L

E) 11,2 1

C ) 24 ,2 L

32. S e tie n e el g a s m e ta n o (C H J a 4,1 atm y 127 °C. D e te rm in e la de n sid a d de dich o gas.

D) Ec(kJ/moi)

A ) 1 g /L

B) 2 g/L

D) 4 g/L

E) 5 g/L

C ) 3 g/L

33. In d iq u e el vo lu m e n de ga s CL a C N q u e o cu pan 1,8 x 1024 m o lé cu la s de o xíg e n o P A ( 0 = 16). A ) 11,2 L

B) 22 ,4 L

D) 6 7 ,2 L

E) 91 ,6 L

C) 4 4 ,8 L

T(K) 34. Sin que varíe la tem peratura se agrega 10 gram os más

E) V(cm /s)

de aire a un frasco que contenía dicho gas, y se observa

isoterm a

que la presión se duplica. Calcular el peso iniciai del aire.

(1 /M )"2

A ) 20 g

B) 10 g

D) 15 g

E) 25 g

C ) 30 g

35. R e sp e cto a la te o ría c in é tica m o le c u la r de los g a ­

28. De las gráficas, no se puede afirmar:

ses Ideales, in d iq u e lo correcto : I.

P osee n fo rm a y v o lu m e n varia ble.

II. S on co n s id e ra d o s co m o fluido s. III. Las m o lé cu la s p o seen alta e n e rg ía c in é tica IV. S e p u e d e c o m p rim ir ha sta licuarlos a c u a lq u ie r pre sió n y te m p e ra tu ra .

A) En (I): T 2 > T

B) En (II): T2 > T,

C )E n (I): isotermas

D )E n (II): T, > T2

A) i

B) II

D) I; II; III

E) IV

C ) I; II

36. In d iq u e la p ro p o sició n correcta : A ) T odos los g a se s o b e d e c e n e x a c ta m e n te la ley d e B oyle.

E) En (lll)(a): proceso isócoro

B) Los g a se s en el ce ro a b so lu to y una a tm ó sfe ra

29. C alcular el peso de gas que se deberá extraer a los 20 g Iniciales presentes, que se encuentra en un recipiente rígido, si durante el proceso de extrac­ ción la presión dism inuye a la mitad y la tem peratu­ ra absoluta aum enta al 100% A) 5 g D) 8 g

B) 10 g E) 18 g

C) 15 g

D) La efu sió n no e s una p ro p ie d a d del esta d o g a ­ seoso. E) La te o ría c in é tica m o le c u la r del ga s ideal Ignora las co lisio n e s in te rm o le cu la re s.

37. R e sp e cto a la ley de B oyle, se ñ a le la e xp re sió n

30. Se tiene una mezcla gaseoso de butano (C4H10) y neón, de composición molar 10% y 90% respec­ tivamente, para ellos se usa un cilindro vacio de 20 L donde se Introduce gas butano hasta llenarlo a la presión de 1 atm; luego se introduce neón a presión hasta conseguir la composición requerida; si la tem peratura perm aneció en 25 °C, determ inar la masa de butano necesaria y el número de moles de neón. A) 47,56 g: 25 moi C) 47,56 g; 7,38 mol E) 3.69 g; 23.78 mol

de p resión o b e d e c e n la ley de B oyle. C ) La d ifu sió n d e los g a se s no es e sp o n tá n e a .

B) 7,38 g; 47,56 mol D) 23,78 g; 3,69 mol

correcta : A ) El vo lu m e n es d ire c ta m e n te p ro p o rcio n a l a la te m p e ra tu ra del gas. B) La p resión es d ire c ta m e n te p ro p o rcio n a l a la te m p e ra tu ra del gas. C) El c o c ie n te del v o lu m e n e n tre la te m p e ra tu ra del ga s es con stante . D) El p ro d u cto del v o lu m e n y la pre sió n de un gas es con stante . E) B y D

38. D e te rm in e el v o lu m e n m o la r de un ga s ¡dea! a 91 °C y 84 cm H g.

Q

A ) 68 L D) 70 L

B ) 27 L E) 24 L

C ) 30 L

39. ¿Cuántos átomos hay en un litro de C 0 2 a 100 X y 2 atm de presión? A) 11,79 / 1022 B) 3.93 ' 1022 D) 0,01 E) 6.53 x 1022

C) 11,79 x 1023

40. Un recipiente de 10 L de capacidad está por ser llenado con C 0 2 a 300 X y 500 mmHg por intro­ ducción de un trozo de hielo seco (C 0 2(s)). ¿Qué masa de hielo seco se usará?

u ím ic a

S

2 93

37 X . calcular la masa de aire en 20 globos. MA,r„ = 29 g/mol A) 467,74 g D) 507,74 g

B) 476.74 g E) 591.34 g

C) 541.5 g

48. Un balón de acero de 32 L puede soportar una pre­ sión de 24.6 atm. Si en el balón se coloca 20 moles de 0 2(gl, ¿cuál es la m áxima tem peratura que so­ portaría el balón sin llegar a explosionar? A) 247 X D ) 227 X

B) 480 X E ) 237 X

C) 207 X

49. Un balón de acero de 3 L de capacidad tiene 0 2lg) a 27 X y 2,05 atm de presión. Por un agujero se escapa el gas a razón de 0.36 LVmin medidos a CN durante 2,5 41. Se tienen 500 L de un gas ideala 27 °Cy 1atm. minutos. Determinar la masa final del 0 2(g. en el balón. Si se triplica su volumen aligual que supresión. A) 0,25 moles B) 0,04 moles Determ inar la nueva temperatura. C) 0,21 moles D) 2.05 moles A ) 2700 X B) 2427 K C ) 2427 °C E) 2.8 moles D) 1200 K E ) 900 K 50. Un gas ideal se encuentra a 1.5 atm 27 X ocupan­ 42. Un gas ocupa un volumen de 30 mL a 30 °C y do un volumen de 10 L, si se somete a 0,25 atm y 1990 torr. Calcular el volumen del gas a CN. 127 X . ¿Qué volumen ocupará? A) 1 g D) 0,615 g

B) 0,1 g E) 0.7

C )6 ,1 5 g

A) 45,2 mL D) 44.8 mL

B) 84,2 mL E) 70,8 mL

C) 22,4 mL

43. En un balón de acero se tiene 340 g de Cl2(gi a 17 X Si al calentarse la presión aumenta en 100%, hallar la tem peratura final del gas en X . A) 340 D ) 370

B ) 330 E ) 307

C) 580

44. Se tiene un balón de acero de 10 L el cual contiene He a 14 atm de presión y 37 °C. ¿Cuántos globos de 700 mL se podrá llenar a 760 mmHg y a la mis­ ma temperatura? A) 200 D) 275

B ) 240 E ) 315

C ) 250

45. Se tienen 4 L d e gas oxigeno a 912 mmHg y 4 7 X : luego por un proceso ¡sobárico se increm enta la temperatura hasta 177 °C y por último m ediante un proceso isotérmico se aumenta la presión hasta 1140 mmHg, ¿Cuál es el volumen final que ocupa el gas? A) 3,9 L D) 4,5 L

B) 4,0 L E) 4.9 L

C) 4,2 L

46. ¿Cuántos globos esféricos de goma de 5 litros de capacidad pueden llenarse a condiciones norm a­ les, con el hidrógeno procedente de un tanque de 600 litros a 5 atm y 27 CC? A) 100 D ) 2730

B) 276 E ) 5460

C )5 4 6

47. Un globo soporta una presión máxima de 4,1 atm. Si se infla con aire hasta un volumen de 5 L y a

A) 150 L D) 80 L

B ) 160 L E) 277.7 L

C) 75 L

51. Se tienen 200 litros de un gas a 300 K, si la tem pe­ ratura en X se duplica, determ ine el nuevo volu­ men, si el proceso es isóbaro. A) 109 L D ) 218 L

B ) 200 L E ) 118 L

C) 300 L

52. Calcule el peso molecular de un gas, sabiendo que 0,8 g de! gas ocupa un volumen de 500 mL a 27 X y a 624 mmHg. A) 48 UMA D) 80 UMA

B) 84 UMA E) 38 UMA

C) 56 UMA

53. Se tiene un term o abierto sobre el nivel del mar a 27 X , si se calienta el termo a 227 X . ¿Qué por­ centaje en peso de aire se ha escapado? A) 20% D) 5%

B) 30% E) 40%

C) 10%

54. Determine la masa m olecular de un gas, sabiendo que 4 litros de este gas pesa igual que 7 litros de oxigeno en las mismas condiciones de presión y temperatura. A)

46 UMA

B) 56 UMA

D)

28 UMA

E) 60 UMA

C) 38 UMA

55. ¿Qué peso de oxigeno se encuentra en un reci­ piente de un litro que contiene anhídrido carbónico a 300 K y 2 atmósferas? A) 2,6 g D) 6,2 g

B) 1,6 g E) 6,1 g

C) 3,4 g

294

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

56. Determine el volumen molar en CN de un gas de masa molecular 50 UMA y densidad 1,29 g/L. A) 47,1 L D) 41,7 L

B) 33,4 L E) 36.3 L

C) 40 L

57. Calcule el volumen ocupado por 6,02 4 10‘ ! áto­ mos de un elemento diatómico a 27 °C y 2 atm. A) 5,6 L D) 2,6 L

B) 3 L E) 6,2 L

C) 3.3 L

B ) 20 L E) 4 L

C ) 40 L

59. Determine la densidad del metano a 27 °C y 8,2 atm. A) 3,5 g/L D) 6,1 g/L

B) 1,6 g/L E) 2 g/L

C) 5,3 g/L

60. Una muestra de gas de 20 mL a 1 atm y 300 K, se comprim e a 2 atm y se calienta a 40 kg. ¿Cuál es su volumen final? A) 5 mL D) 27 mL

B) 80 mí. E) 33,3 mL

C )1 3 .3 m L

61. De las siguientes proposiciones ¿cuántas son correctas? I. Proceso isocórico es a volumen constante. II. Al nivel del m ar el volumen y la tem peratura son directam ente proporcionales. III. En PV = nRT: V y n son inversam ente propor­ cionales. IV. El volumen molar de O, a CN es igual a 22,4 L. A) 0 D) 3

B) 1 E) 4

C) 2

Aum enta ia energía cinética del gas. El gas ejerce más presión. El volumen se duplica. Es un proceso isobárico. El sistema absorbe energía.

63. Se infla un globo con 1,5 L de helio a 760 mmHg. Si el globo se eleva donde la presión es de 0,5 atm, ¿cuál es el nuevo volum en de helio? A) 3 atm D) 4 atm

B) 1,5 atm E) 2,5 atm

C) 2 atm

B) 600 °C E) 107 °C

C) 4,1 atm

66. Si el vo lu m e n de un g a s a u m e n ta en 40 % y su p re ­ sión d ism in u ye en 10% , se ñ a le lo correcto . A ) La te m p e ra tu ra no cam bia. B) La te m p e ra tu ra a u m e n ta en 20% . C ) La te m p e ra tu ra d is m in u y e en 26% . D) La m a sa no va ria .

67. C ie rto g a s logra c u a d ru p lic a r su te m p e ra tu ra a b ­ so lu ta y re d u c ir a 1/3 su pre sió n a b soluta. H a lla r la re la ció n de V, a V 2. A ) 1/6

B) 1/12

D) 3/5

E) 1/7

C )1 /8

68. ¿ Q ué gas tie n e m a y o r d e n sid a d a las m ism a s co n ­ d icio n e s de p resión y te m p e ra tu ra ?

A) P ro p a n o D) B utan o

B) E tileno

C ) A ce tile n o

E) M e tano

69. ¿ C u á n ta s m o le s h a brá en un re cip ie n te de 2 L que c o n tie n e N H , a 27 °C y 2 atm de p re sión? A ) 6,2 m ol

B) 0.4 6 m ol

D) 4 ,6 m ol

E) 5,6 mol

C) 0.6 4 mol

70. Un g a s ideal está a una te m p e ra tu ra T, vo lu m e n V y pre sió n P. Si varía su p resión a 4P y su te m p e ra ­ tura a 2T. ¿cuál es el n u e vo vo lu m e n ? A ) 4V

B) 2 V

D)

E) N. A.

8V

C ) V /2

71. ¿C u ál e s el v o lu m e n en litros que o cu p a n 64 g de o xíg e n o ( 0 2) a la te m p e ra tu ra de 77 °C y 8.2 atm

A) 7 D)

B) 5,3 3,5

C )4 ,2

E) 3

72. S e tie n e n 128 g de 0 2 a 2 atm y 27 °C. D e te rm in e el v o lu m e n en litro s del re c ip ie n te q u e lo con tiene. A ) 98 ,4

B) 12,3

D)

E) 36,3

4 9 ,2

C ) 24 ,6

73. ¿ C u á n to s g ra m o s de n itró g e n o (N 2) o c u p a n un v o ­ lum e n de 5 L a 7 °C y 6 2 4 m m H g ?

A) 6,1 D) 3,2

B) 2,2

C ) 4 ,5

E) 5,0

74. D e te rm in e la de n sid a d , en g/L, del C O , a 57 °C y

64. En un proceso isócoro, un gas está a 2 kPa y 27 °C, halle la nueva tem peratura si la presión se duplica. A) 372 °C D ) 307 °C

E) 6,3 atm

de p resión?

62. Un gas se calienta de 22 °C a 44 °C, a presión normal. ¿Qué proposición no se cumple? A) B) C) D) E)

B) 2.8 atm

D) 6 atm

E) La te m p e ra tu ra a u m e n ta en 26% .

58. Determine el volumen que ocupan 10 moles de un gas a 82 atm y 27 °C. A) 10 L D) 2 L

A ) 8,2 atm

C) 327 °C

65. Si 20 L de oxigeno a 2 atm y 27 “C se lleva a un tanque de 5 L, calcule la presión del oxigeno si la temperatura cambia a 37 °C.

0,8 2 atm de presión.

A) 0.4 6 D) 1,33

B) 1,06

0 1 ,2 6

E) 1.56

75. S e re co le cta una m u e stra d e 2 L de a ire a 29 8 K y d e s p u é s se e n fría a 149 K (la p resión se m a n tie n e c o n s ta n te a 1 atm ). C a lc u le el nu evo v o lu m e n en litros.

Q

A) 1,2 D) 2,4

B) 1 E) 3

C )2

76. Cuando la temperatura de una m uestra de gas ideal aumenta a presión constante ... de la m ues­ tra tam bién aumenta. A) el volumen B) la densidad C) las moles D) la masa E) el número de Avogadro

u ím ic a

■

295

83. La teoría cinética m olecular de los gases propone que la presión observada en el gas se debe ... de sus m oléculas contra las paredes del recipiente. A) a la dispersión C) a la agresión E) a la transm isión

B) a las colisiones D) a la difracción

84. En un proceso isotérmico, ¿qué volumen ocuparán 2,5 L de un gas, si la presión cambia de 600 mmHg a 500 mmHg?

77. Un balón contiene nitrógeno a 27 °C y a una pre­ sión de 1800 mmHg. Si se requiere increm entar la presión en un 50%, determ inar la nueva tem pera­ tura del gas en grados Celsius. A) 177 D ) 450

B) 354 E) 225

C) 264

78. Un recipiente rígido contiene He a 107 "C y 760 mmHg de presión. ¿Cuál es la presión, en mmHg, si la tem peratura desciende hasta 7 °C? A) 5 x 102 C) 7 , 6 x 1 02

B) 5,6 >' 102 D) 8 , 2 x 1 02

E) 8,8 x 102 79. Se tienen 20 litros de amoniaco a 127 °C y 640 mmHg. C alcular el volumen que ocupa a 27 °C y 600 mmHg. A) 2 L D) 10 L

B) 5 L E ) 16 L

C) 8 L

80. Una muestra de NH3(gl ocupa 3 L a 300 K y 1,5 atm. ¿Qué volumen ocupará a CN? A) 0,2 L D )2 L

B) 4,1 L E) 8 L

C) 1 L

81. ¿Qué volumen, en mL. a condiciones normales, ocuparán 76 mL de un gas que se encuentra ini­ cialm ente a 23 °C y 296 mmHg? A) 20,3 D) 30,3

B) 22,4 E) 48,4

C) 27,3

82. Marque la secuencia correcta respecto a los gases: I.

Ocupan todo el volumen del recipiente que los contiene.

II. Sus m oléculas pueden ser m onoatómicas, dia­ tóm icas o poliatómicas. III. Son fluidos. IV. No son compresibles. A )V V V V D )F V F V

B )V V F F E) VVVF

C )V F V F

A) 1 L D) 4 L

B) 2 L E) 5 L

C) 3 L

85. Considérese una muestra de 1,5 L de freón 12, uti­ lizado en los sistemas de refrigeración, a presión de 50 mmHg. Si la presión aumenta a 150 mmHg m anteniendo la temperatura constante, ¿cuál será el nuevo volumen de gas? A) 0,5 D) 1

B) 5 E) 1,5

C) 0,6

86. Cuando la presión de una muestra de gas aumenta (a temperatura constante), el volumen del gas ... . A) aumenta. B) no se altera. C) aumenta el doble. D) disminuye. E) dism inuye a la mitad. 87. En un proceso isobárico, 2 g de oxígeno ocupan un volumen de 280 mL a 127 °C. ¿Cuál será el volumen, en mililitros, cuando la temperatura des­ ciende hasta 27 °C? A) 172 D ) 410

B) 32 E) 350

C )2 1 0

88. A temperatura y presión constantes el volumen de una muestra de gas ideal e s proporcional al número de moles presentes. A) inversam ente C) conjuntam ente E) directam ente

B) igualmente D) desigualm ente

89. ¿Qué volumen en litros ocupan 0,25 moles dióxido de carbono gaseoso a 27 °C y 380 torr? A) 12,3 D) 22,4

B) 20 E) 11,2

C) 15

90. ¿Qué presión, en atmósferas, ejercen 0,2 moles de un qas a 100 °C, si el volumen del recipiente es de 3,73 L? A) 3,73 D) 0,76

B) 1,82 E) 1,64

C) 0,82

296

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

1. C 2. E

13. B 14. E

3. D 4. E 5. C 6. 0 7. A

15. D 16. B

8. A

17. D 18. A 19. A

9. B

20. C 21. E

10. E 11. E 12. B

22. D 23. D 24. B

S

a p ie n s

25. E 26. C 27. E

37. D 38. B 39. A 40. C

49. C 50. B

31. A 32. B

41. C 42. E 43. E 44. A

53. E 54. B 55. A

33. B 34. B

45. E 46. C

57. E 58. E

35. D 36. C

47. A 48. C

60. C

28. D 29. C 30. C

51. D 52. A

56. A

59. C

61. 62. 63. 64. 65.

D C A C A

73. 74. 75. 76. 77.

E D B A A

66. E

78. B

67. B 68. D

79. E 80. B

69. C 70. C 71. A 72. D

81. 82. 83. 84.

C E B C

85. A 86. D 87. C 88. E 89. C 90. E

Líquidos y sólidos

Robert Boyle (Wateriord, 25 de enero de 1627-Londres. 31 de di­ ciembre de 1691) fue un filósofo natural, químico, físico e inven­ tor. También fue un prominente teólogo cristiano. Como científico es conocido principalmente por la formulación de la ley de Boyle, además de que es generalmente considerado como el primer quí­ mico moderno y, por lo tanto, uno de los fundadores de la química moderna. De 1656 a 1668 trabajó en la U n i­ versidad de Oxford como asis­ tente de Robert Hoofee. cuya co­ laboración le sirvió para realizar una serie de experimentos que establecieron las características físicas del aire, así como el papel que este desempeña en los proce“ /' sos de combustión, respiración y transmisión del sonido. Los resultados de estas aportaciones fueron recogidos en Nuevos expe­ rimentos físico-mecánicos acerca de la elasticidad del aire y sus efectos (1660). En 1661 publicó Thescepticalchemist, obra considerada como fundamental en la Química moderna, en la que ataca a la vieja teoría aristotélica de los cuatro elementos (tierra, agua, aire, fuego), así como a los tres principios defendidos por Paracelso (sal, azufre y mercurio); por el contrario. Boyle propuso el concepto de partículas fundamentales que, al combinarse entre sí en diversas proporciones, generan las distintas materias conocidas. Fuente: Wikipedia

298

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

M uchas de las sustancias que se consideran son mo­ leculares. Todas las sustancias líquidas a tem peratura ambiente son sustancias moleculares. Los enlaces covalentes que son fuerza dentro de las

moléculas, influyen en form a molecular, las energías de enlace y m uchos aspectos de com portam iento quí­ mico. Las propiedades físicas de los líquidos y sólidos m ole­ culares se deben a las fuerzas interm oleculares.

Propiedades: características de gases, líquidos y sólidos Volum en / form a

Compresibilidad

GAS

Asum e la form a y el volu­ men del recipiente que lo contiene.

Muy com presible

LÍQUIDO

Tiene volumen definido, pero asume la form a del recipiente que lo contie­ ne

Incompresible

Se desliza entre sí libremente (Isotrópicos)

SÓLIDO

Tiene volumen y forma definida.

Incompresible

Vibraciones alrededor de posi­ ciones fijas.

M ovim iento m olecular

M ovimiento muy libre.

<4 ESTADO LÍQUIDO Es un estado de agregación molecular de la materia donde las partículas tienen m ovimiento vibratorio y res­ balamiento; entre sus partículas existe un equilibrio en­ tre las fuerzas de repulsión (Fr) y cohesión (Fe). Esquem a Ilustrativo del agua (formado por moléculas)

Relación Inversa La viscosidad dism inuye al aum entar la temperatura, por ello es necesario Indicar la temperatura. Viscosím etro de Ostwald. Sirve para determ inar la viscosidad de un líquido poco viscoso, para ello se toma como base un líquido patrón cuya viscosidad se conoce, generalm ente el agua. Procedimiento:

1. Para el líquido (L) 2. Para el agua

Propiedades generales (a nivel macroscópico) Poseen volumen definido y forma variable. Son isotrópicas. La compresibilidad es extrem adam ente pequeña. Posee fluidez, fluye de m ayor a menor presión.

bulbo

<4 PROPIEDADES INTENSIVAS Visco ad (p) Tendencia de un líquido a resistir al flujo. Comparación de la fluidez (u) y viscocidad (p) de dos líquidos

Luego del experim ento se emplea: Fl

DLtL

F h 2o

Donde

d: densidad t: tiempo

Tensión superficial (/)

Fluidez: H20 > aceite = \ / : > V 2 Viscosidad: aceite > H20 => \x2 > Fi

Es una propiedad de los líquidos por la cual parecen estar rodeadas por una membrana en tensión. Es la me­ dida de la fuerza elástica por unidad de longitud, que actúa en la superficie del líquido. Esquema ilustrativo

Q

u ím ic a

■

299

<4 CURVAS DE CALENTAMIENTO Y ENFRIA­ MIENTO

Fuerza(F) Superficie de longitud (L)

- dina ►cm

El poder del jabón para limpiar.

En el laboratorio, se puede tom ar una m uestra sóli­ da de una sustancia pura y registrar cada m inuto su tem peratura mientras se calienta a una velocidad constante. Los datos se pueden usar luego para tra­ zar una gráfica de tem peratura en el eje de las ordena­ das contra el tiempo de calentam iento, en el eje de las

Formación de espumas.

abscisas.

Los insectos pueden perm anecer suspendidos so­

Conform e se calienta la m uestra sólida, se observa que la tem peratura sube de manera regular hasta que comienza la fusión y perm anece mientras que toda la muestra sólida se convierta en sustancia líquida. Si el calentam iento continúa, se observa que la sustancia líquida increm enta su equilibrio líquido-vapor y la tem ­ peratura perm anece constante m ientras se encuentre algo de sustancia en la fase líquida. Si la muestra está en un recipiente cerrado, el vapor no podrá escapar y su tem peratura com enzará a elevarse otra vez, si con­ tinúa el calentam iento, después de la tem peratura de ebullición, se produce vapor sobrecalentado, como ocurre en una olla de presión.

Líquido

La tensión superficial está relacionada con:

bre el agua. La capilaridad, fenóm eno que permite a las plantas llevar agua desde las raíces hasta la parte más alta del tallo. El que se moje una tela normal, pero no la de un impermeable. La form a esférica de las gotas.

Presión de vapor (Pv) Es la m áxima presión que ejerce el vapor, a cierta tem ­ peratura, cuando se establece el equilibrio dinámico. Vapor

Líquido

125

Donde la velocidad de vaporización es igual a la veloci­ dad de condensación.

o

75

Su valor depende de la naturaleza del líquido y de la temperatura.

Temperatura de ebullición (Trb)

Sustancia

Agua

Etanol

Acetona

Ácido Sulfúrico

TebN

100

78,4

56,1

338

La acetona ebulle más rápido E c u a c ió n de C la u s iu s -C la p e y ro n Establece la relación del calor m olar de vaporización y la presión de vapor de P, a P,,, cuando la temperatura varía de T, a J 2. .

I P; \ AHV i 1 1 9 ( p/J ~ 2 ,3 0 3 r | Tj ” T2

Donde: R = 8,314 J/mol . K AHV = calor m olar de vaporización (J/mol).

h

E

25 0

Es la tem peratura a la cuai hierve el líquido, esto ocurre cuando

Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido es igual a la presión atmosférica normal (760 mmHg).

IV

50 tu 9-

Temperatura de ebullición normal (TrtlN)

/

D

100

-25

B. l i e / ( /i

a

Calor agregado

L e yenda I. Calentam iento de hielo. II.

Equilibrio sólido líquido H20 (sl e H20,|,

III.

Calentam iento del agua líquida

IV.

Equilibrio líquido - Vapor H2Ofl) e

V.

Calentam iento de vapor.

H2O m

Curva de calentam iento del hielo hasta su conversión en vapor de agua desde - 25 °C hasta + 125 °C.

<4 DIAGRAMA DE FASES El equilibrio entre un líquido y su vapor no es el único equilibrio dinámico que puede existir entre los estados de agregación de la materia. En condiciones apropia­ das de tem peratura y presión, un sólido puede estar en equilibrio con su estado líquido o incluso con su fase de vapor. Un diagram a de fases es una form a gráfica de resumir las condiciones en las que existen equilibrios entre los diferentes estados de agregación de la materia, y tam ­ bién nos permite predecir la fase de una sustancia que es estable a determ inadas condiciones de tem peratura y presión.

300

mC

o le c c ió n

U n i c i l n c í a S a p i e n s __

.

La fo rm a genera ! de un d ia g ra m a de fase s pa ra una s u sta n cia q u e e x h ib e o e s fase s. El d ia g ra m a c o n tie ­ ne tre s c u rv a s im p o rta n te s , cad a una de las cu a le s re p re se n ta las c o n d ic io n e s de te m p e ra tu ra y pre s ió n en las que ias d is tin ta s fa s e s p u eden c o e x is tir en eq uilib rio . La línea de A y B es la c u rva de pre s ió n de v a p o r del líqu id o: re p re s e n ta ei e q u ilib rio e n tre las fa s e s líqu id a y g a se o sa El pu nto de esta c u rva en el que la p resión de v a p o r es de 1 atm es el p u n to de e b u llic ió n n o rm al de la s u s ta n ­ cia. La curva de p resión de v a p o r te rm in a en el punto crítico . (B), que es la te m p e ra tu ra c rítica y la presión c ritic a de ia su sta n cia . M ás alia del punto c ritic o , no es po sib le d is tin g u ir las fa s e s líqu id a y ga s e o s a . La lin e a de A a C re p re s e n ta la v a ria c ió n de la presión de v a p o r de! só lid o al s u b lim a rs e a d ife re n te s te m p e ­ raturas. La lin e a de A a D re p re s e n ta e! ca m b io del pu nto de fu sió n del só lid o a! a u m e n ta r la presión, esta lin e a sue le te n e r una p e q u e ñ a p e n d ie n te hacia la d e re c h a al a u ­

<4 TEMPERATURA Y PRESION CR ITICAS Los g a se s se p u eden licu a r co m p rim ié n d o lo s a una te m p e ra tu ra ap ro p ia d a . Al a u m e n ta r la te m p e ra tu ra , ¡os g a se s se vu e lve n m ás d ifíc ile s de licu a r p o rq u e sus m o lé cu la s tie n e n m a yo r e n e rg ía cinética . P ara ca d a s u sta n cia , e xiste una te m p e ra tu ra por e n c i­ ma de la cual el gas no p u e d e licu a rse in d e p e n d ie n te de la pre sió n qu e se ap liq ue. La te m p e ra tu ra m ás alta en la que una s u sta n cia p u e ­ de e x is tir co m o liq u id o es su te m p e ra tu ra crítica La pre sió n crítica es la p resión que debe ap lica rse para lo g ra r la licu e fa cció n a esta te m p e ra tu ra crítica , cu a n to m ás in te n sa s sean las fu e rz a s de atra cció n in te rm o le ­ c ulares, m ás fácil será licu a r en gas. y po r tanto, m ás alta será la te m p e ra tu ra crítica de la susta ncia. Las te m p e ra tu ra s y p re sio n e s crítica s de la su sta n cia , a m e nudo , tie n e n una im p o rta n cia c o n s id e ra b le para los in g e n ie ro s y o tra s p e rso n a s que tra bajan con g a se s p o rq u e p ro p o rcio n a n in fo rm a ció n ace rca de las c o n d i­

m e n ta r la presión. P ara la m a y o r pa rte de las s u s ta n ­

cio n e s en q u e los g a se s se licúan.

cias, el só lid o es m á s d e n s o qu e el líqu id o: po r tanto,

A v e c e s , nos in te re sa licu a r un gas: otras vece s q u e re ­

un a u m e n to de la pre s ió n po r lo re g u la r fa v o re c e la fase

m os e v ita r licuarlo.

sólida , m ás co m p a cta . P or ello, se re q u ie re n te m p e ra ­ tu ra s m ás a lta s para fu n d ir el só lid o a p re s io n e s m ás altas. El pu nto de fu sió n de una s u s ta n c ia es id é n tic o a su p u n to de c o n g e la c ió n . La única d ife re n c ia e n tre los dos es la d ire c c ió n en que de be c a m b ia r ia te m p e ra tu ra

Es inútil tra ta r de íicuar un g a s a p lica n d o p resión, si el g a s está p o r e n cim a de su te m p e ra tu ra crítica. T e m p e ra tu ra s y p re sio n e s crític a s de a lg u n a s su s ta n ­ c ias selectas.

para qu e se e fe c tú e el c a m b io de fase. El p u n to de fu ­ sión a 1 atm es e! pu nto de fu sió n norm al.

Sustancia

El pu nto A. d o n d e se in te rs e c a n ias tre s curvas, se c o ­

Temperatura crítica (K)

Presión crítica (atm)

no ce com o pu nto trip le . A esta te m p e ra tu ra y presión las tre s fase s c o e x is te n en eq u ilib rio . C u a lq u ie r otro

A m o n ia c o : N H ,

4 0 5 ,6

111,5

p u nto de las tres c u rv a s re p re s e n ta un e q u ilib rio entre

A rg ó n , A r

150,9

48

d o s fa se s C u a lq u ie r pu nto del d ia g ra m a qu e no cae. en

D ióxido de carbono . CO-

304,3

73,0

e stá pre s e n te una fase . C a b e s e ñ a la r qu e la fa s e g a ­

N itróg eno , N:,

126,1

33,5

se o sa es la fa s e e s ta b le a ba ja p resión y alta te m p e ra ­

O xíg e n o , 0 ,

154,4

49,7

Freón - 12, C C I.F ,

384,7

39,6

A gua, H20

64 7,6

21 7,7

una linea , c o rre s p o n d e a c o n d ic io n e s en las que solo

tura. las c o n d ic io n e s en las qu e la fa s e só lid a es esta b le se extie n d e n a te m p e ra tu ra s ba ja s y p re s io n e s alta s. El in te rva lo de e s ta b ilid a d de los líq u id o s e s tá e n tre las o tra s dos re gione s

<4 ESTADO SÓLIDO Las s u s ta n c ia s qu e ba jo cie rta s co n d ic io n e s de p resión y te m p e ra tu ra se p re se n ta n en el esta d o sólido , no solo pu eden

p re s e n ta r fu e rza s de inte ra cció n

m olecular,

sino ta m b ié n sus p a rtíc u la s p u eden e sta r u n id a s ya sea po r e n la c e s iónico, co v a le n te o m etálico.

T ip o s de só lid o s E xisten do s tipo s de sólidos:

Sólidos cristalinos: en los cu a le s su s p a rtícu la s (á to ­ m os, ione s o m o lé c u la s ) se d isp o n e n o rd e n a d a m e n te en el esp a cio , d e te rm in a n d o así una e stru ctu ra in te r­ F o rm a g e n e ra l de un d ia g ra m a de fa s e s de un s is ­

na que m a n ifie sta un g ra d o de o rden de largo alcan ce.

te m a que e x h ib e tre s fase s: gas, líq u id o y sólido.

E ste o rd e n a m ie n to a rm o n io so de p a rtícu la s tra e co m o

_

Q j!'..'

-

*

3

c o n s e c u e n c ia la p re s e n c ia de p ro p ie d a d e s e s tru c tu ra ­

pu estos po la res generalm ente se funden a tem peraturas

les, fís ic a s y q u ím ic a s m u y bien d e fin id a s com o el punto

lig e ra m e n te rnás aitas que les com p u e sto s no polares de

de fu s ió n y e b u llic ió n , fo rm a s g e o m é tric a s p e culiare s,

peso m olecular, tam año y form a com para bles. En g e n e ­ ral, las su sta n cia s m o le culares no co n ducen electricidad

en tre otras

S ó lid o s no c ris ta lin o s o a m o rfo s : e sto s s ó lid o s se c a ra c te riz a n por te n e r e s tru c tu ra s inte rnas con o rd e ­ na m ie n to de p a rtíc u la s de corto alca n ce , es decir, e! o rd e n a m ie n to de p a rtíc u la s no se m a n ifie s ta a lo largo de to d a su e s tru c tu ra sin o solo po r pa rtes; co m o c o n s e ­

en les esta d o s soiido o líquido. U nos po cos com puestos m o le culares, tales com o el agua se d iso cia n m uy ligera­ m e nte y producen ca ja s co n ce n tra cio n e s de iones; esto s líq u id o s sen de ficie ntes co n d u cto re s eléctricos. R e d e s c o v a le n te s . En e sto s c rista le s los á to m o s o c u ­

cu e n c ia e s to s s ó iid o s no p re s e n ta n p u n te s d e fu s ió n y

pan p o s ic io n e s del re tícu lo y está n u n id o s por un a red

eb u llic ió n d e fin id o s com o es ei ca so del v id rio y to d o s

de e n la c e s c o va le n te s Torio el crista l p u e d e c o n s id e ­

los m a te ria le s am orfo s.

ra rse co m o una m o lé cu la g ig a n te . Ei d ia m a n te es un e je m p lo de e ste tip o de crista l ios á to m o s de c a rb o n o

Tipos de sólidos cristalinos

está n u n id o s po r e n la c e s c o v a le n te s en una e stru ctu ra

Los s ó lid o s c ris ta lin o s e s tá n fo rm a d o s p o r á to m o s , io ­

trid im e n s io n a l

nes y m o lé culas. P o d e m o s cla s ific a r a los c ris ta le s en

tos de fu sió n e le v a d o s y son e x tre m a d a m e n te d u ro s

c u a tro tip o s de a c u e rd o a la cla se de p a rtíc u la s que fo r­

d e b id o al gran nú m e ro de e n la c e s co va le n te s q u e te n ­

m a ei c rista l y a las fu e rz a s qu e las m a n tie n e n ¡untas.

drían q u e ro m p e rs e para d e s tru ir la e s tru c tu ra c ris ta li­

C ris ta le s ió n ic o s . Los ione s p o s itiv o s y n e g a tiv o s e s ­

Los m a te ria le s de e ste tip o tien en p u n ­

na. Las re des crista lin a s no co n d u ce n e le ctricid a d

tán s o s te n id o s en la red c ris ta lin a po r a tra c c io n e s e le c ­ tro stá tic a s . D ebid o a que las fue rzas son fu e rte s , las s u s ta n c ia s iónica s tie n e n pu n to s de fu s ió n ele v a d o s . Los c ris ta le s iónico s son d u ro s y frágiles. La figu ra in d i­ ca qué su c e d e si se in te n ta d e fo rm a r un crista l Iónico. D ebid o a¡ m o v im ie n to de un plan o de io n e s s o b re otro, los io n e s con la m ism a c a rg a se re pelen m u tu a m e n te . El cristal se ro m p e en p e dazos. Los c o m p u e s to s iónico s son b u e n o s c o n d u c to re s de e le c tric id a d c u a n d o está n fu n d id o s o en so lu ció n ; p e ro no en el e s ta d o c ris ta lin o en el que los Iones no p u e d e n m o verse.

- m

-

SSS9

(a.)

C ris ta le s m e tá lic o s . .Los e le c tro n e s e xte rn o s de los á to m o s m e tá lico s está n d é b ilm e n te re te n id o s y se m u e ­ ven lib re m e n te a tra vé s del cristal m e tálico. El resto de los á to m o s m e tá lico s, los io n e s po sitivo s, o cu p a n p o s ic io n e s fija s en ei cristal

La nu be ne g a tiva de los

e le c tro n e s que se m u even lib re m e n te , a lg u n a s vece s lla m a d a gas e le c tró n ic o o m a r de e le c tro n e s m a n tie n e ju n to al crista l, a los ione s m e tálicos. El e n la ce m e tá lico es fue rte . La m a yo ría de los m e ta ­ les tie n e n p u n to de fu sió n e le va d o s, a lta s d e n s id a d e s y E fecto de d e fo rm a c ió n s o b re (a) un crista l m e tá lic o y (b) un crista l iónico.

e stru c tu ra s en las cua le s los ione s p o sitivo s e stá n e m ­ pa ca d o s d e m a n e ra co m p a cta (lla m a d a s d is p o s ic ió n de e m p a q u e ta d o co m p a cto ). A d ife re n c ia de los crista le s

C rista le s m olecu la re s. Las m o lé culas o cu pan p o sicio ­ nes de red o re tlculado en los cristales de los c o m p u e s ­ tos covalentes. Las fue rzas inte rm o le c u la re s que m a n tie ­ nen las m o lé culas en la estructura cristalina no son tan fue rtes com o las fue rzas ele ctro stá tica s que m a ntiene n

Iónicos, las p o s ic io n e s de los io n e s p o sitivo s p u e d e n a l­ te ra rs e sin d e s tru ir el crista l, de b id o a la nube u n ifo rm e de ca rg a n e g a tiva p ro p o rcio n a d a po r los e le c tro n e s que se m u e ve n lib re m e n te

Los crista le s m o le culares,

P o r co n sig u ie n te , la m a yo ría de los c rista le s m e tá lico s

por con sig uien te, son blandos y poseen puntos de fusión

p u eden d e fo rm a rs e fá c ilm e n te y la m a yo ría son m a ­

bajos. Las fue rzas de London m a ntiene n las m o lé culas

le a b le s y dú ctile s. Los e le c tro n e s que se m u even lib re ­

no po la res en ei retículo. En los cristales de m o lé culas

m e nte ta m b ié n son re s p o n s a b le s del h e ch o de que la

ju n to s los cristales Iónicos

polares, se m a nifiestan ¡as fu e rz a s d ip o lo —dipolo com o

m a yo ría de ¡os m e ta le s sea n b u e n o s c o n d u c to re s de la

tam bién las fue rzas de London. Por ¡o tanto, ¡os c o m ­

e le ctricid a d .

302

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Tipos de sólidos cristalinos

Cristal

Partículas

Fuerzas de atracción

Propiedades

Ejemplos

Iónicos

Iones positivos y negativos

Atracciones electrostáticas

Puntos de fusión eleva­ dos. duros, frágiles, bue­ nos conductores eléctri­ cos en estado de fusión.

NaCI, BaO, K N 0 2

Moleculares

Moléculas polares M oléculas no polares

Puente de hidrógeno. London y dipolo- dipolo

Puntos de fusión bajos, blandos, conductores de­ ficientes de electricidad en el estado líquido

Redes covalentes

Átomos

Enlaces covalentes

Puntos de fusión eleva­ dos. muy duros, no con­ ductores de electricidad

C (diam ante ) SIC. AiN. S O

M etálico

Iones positivos y electrones móviles

Enlaces metálicos

Puntos de fusión relati­ vamente elevados, duros o blandos, m aleables y dúctiles, buenos conduc­ tores eléctricos

Ag, Cu, Na. Fe, K

H¿0, NHj. S 0 3 H¿,

c l, ch4

<4 PUMO DE FUSIÓN

<♦ SUBLIMACIÓN

El punto de fusión (punto de congelam iento) es la tem ­ peratura en la cual un sólido y un líquido existen en equilibrio:

Algunos sólidos, como el yodo y el dióxido de carbo­ no. se evaporan a presión atmosférica sin pasar por el estado líquido: se dice que se subliman. Los sólidos tienen presión de vapor igual que los líquidos aunque, por lo general, su valor es muy inferior. Los sólidos con presión de vapor altos se subliman con facilidad. Los olores característicos de sólidos que se emplean com únm ente en el hogar, como el naftaleno (bolas de naftalina) y el para-diclorobenceno (desodorante para baños), se debe a la sublim ación. El proceso inverso, por el cual el vapor se solidifica sin pasar por la fase líquida, se llama deposición.

congelación líquido

.

.... _

sólido

fusión El punto de fusión de un sólido es lo mismo que el punto de congelam iento de su líquido. Es la tem peratura a la cual la velocidad de fusión de un sólido es igual a la velocidad de congelam iento de su líquido a una presión dada. El punto de fusión normal de una sustancia es su punto de fusión a una atm ósfera de presión. Las variaciones de los puntos de fusión y de ebullición de las sustancias suelen ser paralelas porque las fuerzas interm olecula­

sublimación sólido

res son parecidas. Punto de fusión de algunas sustancias com unes

Sustancia

Punto de fusión (°C)

Metano

182

Alcohol etílico

-117

Agua

0

Naftaleno

80,2

Nitrato de plata

209

Alum inio

658

Cloruro de sodio

801

. _

gas

deposición E je m p lo s : 1.

Respecto a los líquidos, indicar lo incorrecto: I. Tendencia de la sustancia de conservar su vo­ lumen sin m antener su forma. II. Los líquidos presentan la propiedad de la isotropía. III. Las m oléculas en el líquido se encuentran cer­ ca una de la otra. IV. En el estado liquido las fuerzas de cohesión y repulsión toman valores similares. V. Las moléculas del liquido se mueven todo el tiem­ po. y se les puede comprimir en gran magnitud. Resolución: Respecto a los líquidos.

Q

IV.

I.

Correcto Debido a que las distancias entre sus partículas no son muy grandes su volumen es definido, pero por su fluidez su form a es variable. II. Correcto Las partículas que conform an un liquido no se ordenan de form a regular por lo que presentan

Líquido

Gas

1

1,5

10

Por lo tanto, es incorrecto V. 2.

Respecto a la acción capilar, indicar lo incorrecto: I. Acción capilar es el ascenso (o descenso) es­ pontáneo de un líquido dentro de un tubo estre­ cho. II. Se denom ina fuerza de adhesión a las fuerzas entre el líquido y la pared del recipiente. III. Si la fuerza de adhesión es mayor que la de cohesión el menisco form ado es cóncavo. IV. Si la fuerza de adhesión es menor que la de cohesión el m enisco form ado es convexo. V. Una sustancia no polar como el m ercurio forma m enisco de forma cóncava.

Esto se debe a que: Cohesión > adhesión V.

III. Correcto Menisco cóncavo

—

Liquido Capilar

se debe: cohesión • adhesión

Incorrecto El mercurio (Hg) es un liquido metálico de ele­ vada y, ya que: cohesión > adhesión Por lo que en un capilar form a un menisco con­ vexo.

Por lo tanto, es incorrecto V. 3.

Respecto a la evaporación, indicar la alternativa incorrecta. I.

Cuanto m ayor sea la tensión superficial de un líquido, m enor será su evaporación.

II. Se produce cuando las m oléculas de la superfi­ cie, adquieren suficiente energía para escapar como vapor. III. La velocidad de evaporación aumenta con la temperatura. IV. Las m oléculas con puente de hidrógeno se evaporan más rápido com paradas con los com ­ puestos que tienen interacciones London. V. Las m oléculas con mayor fuerza interm olecular se evaporan con m enor facilidad. Resolución: Proceso de evaporación: I Correcto Depende de las fuerzas interm oleculares y de la temperatura. Es lento en líquidos de alta tensión superficial como el mercurio.

Capilarídad: I. Correcto Es el fenóm eno de ascenso y descenso de los líquidos en sistemas tubulares (capilares). II. Correcto Se presentan dos tipos de interacciones m ole­ culares: • Adhesión: m oléculas - pared del capilar • Cohesión: M olécula - molécula

Correcto

Líquido

II.

Resolución:

303

Capilar

Relativam ente cerca una de otra IV. Correcto Entre las partículas de los líquidos se tiene la relación de fuerzas. Atracción ~ Repulsión V. Incorrecto El m ovimiento de las partículas de los líquidos es limitado ya que las distancias entre sí no son m uy grandes, su com presión es mínima.

■

Menisco convexo

¡sotropía. III. Correcto Distancias m oleculares en los 3 estados de agregación Sólido

u ím ic a

Correcto O curre en la superficie de los líquidos. ¿ a ;;/) V aaV

M oléculas de m ayor Ec.

III. Correcto Al elevar la temperatura, se increm enta el nú­ mero de m oléculas con m ayor energía cinética (Ec), por lo que la evaporación es más rápida. IV. Incorrecto El proceso es más lento en líquidos de eleva­ da atracción m olecular como los que poseen puente de hidrógeno. V

Correcto Tomemos como ejem plo los líquidos:

304

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

H 0

S

a p ie n s

III Correcto Esta propiedad se define como la resistencia que ofrecen los líquidos a fluir.

G a so lin a

Mso

E va p o ra c ió n lenta (m a y o r fu e rz a m o le c u la r) P o r lo tanto, es in c o rre c to IV. 4,

V

R e s p e c to a las p ro p o s ic io n e s , in d ic a r c u á líe s i son correcta s: I.

Un líq u id o con fu e rz a s in te rm o le c u la re s d é b i­ les p o s e e m a y o r v is c o s id a d qu e un líq u id o con fu e rz a s in te rm o le c u la re s m uy Intensas.

Macal'?

M h 20

^aceite

DH2o

Incorrecto Se sa b e q u e tod o liq u id o cum ple:

II. El etilengllcol (CH2 — CH,)

que la del agua.

Resolución: D e a c u e rd o a las a firm a c io n e s :

6.

¡ ' ¡ OH OH y la gllcerina (CH, — CH — CH2)

(dp) fu e rz a s in te rm o le c u la re s . (ip) te m p e ra tu ra

II.

Incorrecto No existe dependencia directa entre densidad y viscosidad:

Respecto a las propiedades de los líquidos y sóli­ dos, Indicar la veracidad (V) o falsedad (F) de las siguientes proposiciones: I. La tensión superficial es una propiedad de los líquidos como el agua, el alcohol etílico, tetracloruro de carbono, bencina, etc.

III. La te n s ió n s u p e rfic ia l de! m e rc u rio es m a yor

I

M ga,

Por lo tanto, es incorrecto V.

II. La v is c o s id a d e s una p ro p ie d a d e x te n s iv a de la m ateria.

M ,,

IV Correcto Esto se Incrementa en los líquidos con el tam a­ ño y la complejidad de las moléculas.

Incorrecto

I I I OH OH OH son líquidos con intensas fuerzas interm olecu­ lares (Inter o intram oleculares), siendo la glicerlna la de m ayor viscosidad.

La v is c o s id a d es una p ro p ie d a d Intensiva de la m a te ria ya q u e su v a lo r no d e p e n d e de la c a n ti­ dad de m ateria.

III Correcto R e s p e c to a los líqu id os:

^H gh en la c e m e tá lic o

>

yQH^O) p u e n te de H

III. Cuando el m ercurio se deja libre sobre una su­ perficie de vidrio, se form an pequeñas gotas esféricas, causadas por la tensión superficial.

P o r lo tan to, es c o rre c to solo III.

Resolución: 5.

R e s p e c to a la v is c o s id a d , in d ic a r lo incorrecto . I.

La v is c o s id a d d e p e n d e de la fo rta le z a de las fu e rz a s in te rm o le c u la re s .

Propiedades de los líquidos: I

La tensión superficial (y) es una propiedad ex­ clusiva de los líquidos como: • Agua: H20 • Alcohol etílico: C H 3 CH2 OH • Tetracloruro de C: CCI4 • Bencina: C6H¡¡

II. La v is c o s id a d de un líq u id o g e n e ra lm e n te d is ­ m in u ye al a u m e n ta r la te m p e ra tu ra . III. La viscosidad se define com o la resistencia a fluir. IV. La v is c o s id a d d e p e n d e de la fo rm a y ta m a ñ o de las m o lé cu la s. V. E xiste una re la ció n d ire c ta e n tre la d e n s id a d de un líq u id o y su v iscosida d.

Resolución: V is c o s id a d (u):

I

Correcto Su Intensida d es p ro p o rc io n a l a las fu e rz a s m o le c u la re s , e s to e x p lic a el p o rq u é los líqu id os p o la re s son m á s v is c o s o s q u e los ap olare s.

II

Correcto El In c re m e n to de la te m p e ra tu ra d is m in u y e las fu e rz a s m o le c u la re s y la p.

Verdadero

II

Verdadero En los líquidos: Etilenglicol: CH 2 — CH, I I OH OH Gllcerina: CH. — CH — CH, i i r OH OH OH Ambos poseen enlace puente de hidrógeno, pero la glicerlna es más polar, por lo que es más viscosa.

III Verdadero Formas de las gotas en una superficie de vidrio:

Hn

H2°

Q

1.

RESUELTOS

PROBLEMAS

'Q

Indicar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. La presión de vapor de un líquido es indepen­ diente de la cantidad de liquido. II. La presión de vapor saturado es la m áxima pre­ sión de vapor de un líquido a una tem peratura dada.

3.

III. Un ambiente está saturado de vapor cuando la humedad relativa en él es 100%.

■

Se hace burbujear aire seco a través de agua para obtener aíre húmedo con 75% de humedad rela­ tiva. ¿Cuál será la tem peratura del agua (en °C) si la presión parcial del vapor de agua en el aire húmedo es de 23,87 mmHg? T (°c )

20

25

30

35

40

Pv(m mHg)

17,5

23,7

31,8

42,1

55,3

Resolución:

De acuerdo a los enunciados: I. Verdadero La presión de vapor (Pv) es una propiedad in­ tensiva de la materia, por lo que su valor es in­ dependiente de la cantidad de líquido. II. Verdadero

Se tiene una muestra de aire húmedo, donde: HR = 75% P h 2 o = 23,87 mmHg

Pv = P h 2o

Esto indica que el ambiente está saturado de vapor de H20 (punto de rocío). Indicar la proposición correcta. I. Durante la evaporación, las moléculas superficia­ les de un líquido que tienen mayor energía cinética pueden superar las fuerzas intermoleculares de las moléculas vecinas y escapar al estado vapor. II. La evaporación es el escape de las m oléculas del estado líquido a estado de vapor. III. La ebullición es la vaporización en toda la masa líquida. Resolución: Sobre los enunciados: I. Verdadero Proceso de evaporación (ocurre en la superficie): Vapor •rí &

— Moléculas superficiales de m ayor energía cinética.

Liquido Verdadero La evaporación es un cam bio de estado solo a nivel de la superficie de los líquidos. Verdadero La ebullición es un cambio de estado de toda la masa del líquido, esto ocurre cuando: *P\/ = rPatm

305

Q i

Resolución:

Como la humedad relativa (HR) se determina según:

La presión de vapor se mide sobre ia base del equilibrio: Vapor = Líquido Por lo que su valor es máximo. III. Verdadero Para una humedad relativa del 100% se tiene:

2.

u ím ic a

HR =

Ph2, - ( 100) ~Pv

75

2 3 ,8 7 , - ( 100) Pv

=> Pv = 31,8 mmHg Lo cual de acuerdo a la tabla de datos de Pv: .-. T = 30 °C 4.

Señalar la proposición incorrecta acerca de los es­ tados de agregación de la materia. I. Los líquidos son fluidos incompresibles. II. Los gases son fluidos compresibles. III. Un sólido posee form a y volumen definidos. IV. En un gas las m oléculas tienen alta energía ci­ nética. V. En un sólido la energía de las moléculas es cero. Resolución: Estados de agregación de la materia: I. Correcto Los líquidos se consideran fluidos, ya que pue­ den desplazarse con relativa facilidad, no son comprim ibles. II. Correcto Los gases no poseen form a ni volumen defini­ do, adem ás por difundirse fácilm ente se deno­ m inan fluidos compresibles. III. Correcto En los sólidos predom ina las fuerzas de atrac­ ción sobre la repulsión, por lo que poseen for­ ma y volumen definidos. IV. Correcto El elevado desorden (entropía) en los gases se debe a la gran movilidad de sus m oléculas (alta energía cinética). V. Incorrecto Las partículas en el interior de los sólidos ocu­ pan posiciones fijas, su único m ovimiento es vibracionai (poseen energía vibracional). Por lo tanto, es incorrecto V.

306

5.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

En relación con los tres estados de agregación, in­ dicar las proposiciones verdaderas (V) y falsas (F). I. Las partículas de un sólido, no poseen algún tipo de movimiento. II. Las m oléculas que posee un gas se hallan a distancias relativas entre sí muy grandes, lo cual hace que sus fuerzas interm oleculares sean despreciables. III. Los líquidos se caracterizan por ser más den­

II. III. IV. V.

sos que los gases.

6.

Resolución:

Resolución:

Respecto a los estados de agregación: I. Falso Debido al predom inio de las fuerzas de atrac­ ción, las partículas de los sólidos se encuentran en posiciones fijas, solo presentan movimiento de vibración. II. Verdadero Relación de fuerzas m oleculares en los gases: repulsión > atracción Esto se debe a las grandes distancias intermoleculares. III. Verdadero Para una masa constante los sólidos y líquidos ocupan menor volumen que los gases, por lo que sus densidades: sólido > líquido > gas

Propiedades de los sólidos: I. Correcto Tipos de fuerzas: • Iónico: electrostático • Covalente: electrom agnética • Metálico: eléctrica. • M olecular: fuerzas de Van der Waals. II. Correcto Puntos de fusión: covalente > iónico > metálico > m olecular

Indicar verdadero (V) o falso (F) en cada una de las siguientes afirmaciones. I. La tem peratura de fusión es la tem peratura a la cual un sólido pasa al estado líquido. II. Los sólidos amorfos funden en un rango de temperaturas. III. Los sólidos cristalinos funden a una tem peratu­ ra definida. VI. El vidrio funde a una temperatura definida.

Para las afirm aciones: I. Verdadero La tem peratura a la cual se desarrolla el proce­ so de cambio de estado: sólido

m oderado y alto III. Correcto La T, de los sólidos covalentes son muy altos (mayores a 1000 °C) IV. Incorrecto Solo fundidos o en solución los com puestos ió­ nicos conducen la electricidad. V. Correcto Los sólidos, moleculares poseen la Tf más bajas. 8.

Indicar como verdadero (V) o falso (F) según co­ rresponda: I. Son ejemplos de sólidos amorfos, jebe, plásti­ co, vidrio. II. Los sólidos amorfos son anisotrópicos. III. Los sólidos amorfos poseen punto de fusión de­ finidos.

Resolución:

líquido

Se denom ina punto de fusión. II. Verdadero Los sólidos amorfos al no poseer una estructura interna regular funden a temperatura variable. III. Verdadero Los sólidos cristalinos funden a una tem peratu­ ra fija. IV. Falso El vidrio es un sólido amorfo por lo que no funde a una tem peratura fija, se ablanda primero. 7.

unidas a las partículas son de naturaleza elec­ trostática. Los sólidos m etálicos poseen punto de fusión variable de m oderado a alto. Los sólidos covalentes tienen punto de fusión elevados. Los sólidos iónicos son buenos conductores de la electricidad. Los sólidos m oleculares tienen punto de fu ­ sión bajos.

Indicar la alternativa incorrecta: I. En el sólido iónico las fuerzas que m antienen

Resolución: De acuerdo a los enunciados: I. Verdadero De acuerdo al ordenam iento de sus partículas, se tiene dos tipos de sólidos: • Cristalinos • Amorfos; jebe, plástico, etc. II. Falso En los sólidos amorfos, el ordenam iento es irre­ gular, por esto se denom ina isotrópicos.

Sus propiedades son las mismas, independien­ tes de la dirección.

Q

III.

Falso

■

307

L u ego p o se e e n la ce p o r d ip o lo in sta n tá n e o el CF4

Al c a le n ta rs e los só lid o s a m o rfo s tie n d e n a a b la n d a rs e , p o r lo q u e se fu n d e n a te m p e ra tu ra va ria b le .

11. In d ica r la p ro p o sició n v e rd a d e ra (V) o fa lsa (F ) se ­ gún co rre sp o n d a : I.

In d ic a r co m o v e rd a d e ro (V ) o fa ls o (F ) s e g ú n co ­

La p resión de v a p o r de un líq u id o es la p resión e je rcid a po r su v a p o r cu a n d o e stá en e q u ilib rio

rre sp o n d a : I.

u ím ic a

con el liquid o.

En los s ó lid o s las fu e rz a s de co h e sió n sup e ra n

II. La p resión d e v a p o r de un líq u id o a u m e n ta con

a las de re pulsión .

el in c re m e n to de la te m p e ra tu ra .

II. Los s ó lid o s y líq u id o s son e s ta d o s co n d e n s a -

III. C u a n to m a yo r sea la p resión de v a p o r de un

d o s de la m a teria.

líqu id o, m ás fá c ilm e n te se e va p o ra y el líq u id o

III. Las m o lé c u la s o iones en só lid o s está n d is ­

es m ás volátil.

pu e s to s en fo rm a irregular.

Resolución:

Resolución: I Verdadero

De a cu e rd o a las a firm acion es:

I. Verdadero

R e p re se n ta un e s ta d o c o n d e n s a d o ya que e n ­

D e te rm in a ció n de la p resión de v a p o r (P v) de

tre sus p a rtíc u la s e x is te la re la c ió n de fue rzas:

un líquido:

a tra c c ió n < re pulsión

j l U U U

II. Verdadero

e q u ilib rio (v a p o r - líqu id o)

D is ta n c ia s ¡n te rm o le c u la re s en tre los 3 e s ta d o s de a g rega ción. S ólido

L íq uido

G aseoso

1

1,5

10

En e ste e sta d o la pre sió n es m a siva (P v) II.

e s ta d o s c o n d e n s a d o s III.

10.

a u m e n ta r la te m p e ra tu ra .

Falso

III

Verdadero

S us p a rtíc u la s (á tom o s, ione s o m o lé cu la s), p o ­

Los líq u id o s de fu e rz a s in te rm o le c u la re s d é b i­

see n un o rd e n a m ie n to regular.

les p o seen alto v a lo r de Pv y se e va p o ra n fá c il­ m e n te (vo lá til)

Identificar la m o lé cula que es ap olar y solo presenta interacciones: dipolo ¡nstantáneo-dipolo instantáneo. Dato: C = 6: N = 7; F = 9:O = 8: Cl =

I.

NF3

IV. C F 4

12.

In d ic a r si las sig u ie n te s p ro p o s ic io n e s son v e rd a ­ d e ra s (V) o fa ls a s (F).

Z:

II. O ,

17

I.

III. N H 3

V. C H 2C I2

El pu nto de e b u llició n n o rm al es el m ism o para to d o s los líquidos.

D e s a rro lla m o s las e s tru c tu ra s de las m o lé c u la s de

III. En el pu nto de e b u llició n n o rm al la p resión de v a p o r de to d o s los líq u id o s es igual a 7 6 0 torr.

las a lte rnativa s: N F,

irre g u la r F

II. 0 3

El p u n to de e b u llició n n o rm al se e va lú a a la p re ­ sión de 76 0 torr.

II.

Resolución

I.

Verdadero El pro ce so de v a p o riz a c ió n se in cre m e n ta al

I F

F

0 =

(p o la r)

0 ’^

Resolución: De a cu e rd o a las a firm a cio n e s:

I. Verdadero El p ro ce so de e b u llició n o cu rre cua ndo:

Irregular O

Pv = P atm = 760 m m H g

(p olar)

y la te m p e ra tu ra a la cual o c u rre se co n o ce III. NFH3

/ H

co m o pu nto de e b u llició n norm al.

irre g u la r ¿

H

H

(p o la r)

II.

Falso C a d a liq u id o p o se e su p ro p io v a lo r de Tcb. n o r­ m al. esto d e p e n d e de la n a tu ra le za del líquido:

IV. C F 4

I

re g u la r (a polar)

F

Cl V. C H 2C L

J, C '

r Cl

Irregu la r (p o la r) Teb(B ) > Teb(A)

308

■

III.

C

o le c o o n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

V e rd a d e ro

n(D P ) M

C om o la presión norm al es de 760 m m Hg = 1 atm

P o r lo tanto, son co rre cto s II y III.

(nivel del m ar) to d o líqu id o al e b u llir cum ple:

15.

P, - 760 mmHg.

Ind icar ve rd a d e ro (V) o falso (F) según corresponda: I.

El e n la ce m e tá lico se p ro d u c e solo e n tre m e ta ­

II.

D e b id o al e n la ce m e tá lico , los m e ta le s po seen

13. D e te rm in a r q u e p ro p o s ic ió n (e s ) e s (s o n ) in c o ­

les del g rupo IA y HA.

rre c ta s : I

Los a c e ite s lu b ric a n te s p re s e n ta n m a y o r te n ­ sión

s u p e rfic ia l

qu e

los s o lv e n te s

co m o

alta c o n d u ctivid a d eléctrica.

¡a

III. Los m e ta le s p o seen brillo m etálico.

a c e to n a (C H 3C O C H 3), o d ic lo ru ro de m e tile n o

Resolución:

(C H 2C !2).

E n la ce m etálico:

II. S a b e m o s q u e los a ce ite s tie n e n m e n o r d e n s i­

I. Falso

dad que el agua, por lo ta n to tie n e n m a y o r v is ­

E ste e n la ce está p re se n te en to d o s los m e tales

cosida d que este.

y su s ale a cio n e s.

III. A m a y o r inte n sid a d de las fu e rz a s in te rm o le ­ II.

culares. es m a y o r la te n s ió n s u p e rfic ia l, la cual

Verdadero M o d e lo del m a r e le ctró n ico

d is m in u y e con el a u m e n to de la te m p e ra tu ra .

R e s o lu c ió n :

©

I.

- Q

O

O

- 0

- catión

- 0

In c o rre c to e le ctró n m óvil

Se d e n o m in a líq u id o lu b ric a n te a aq uel q u e flu ­

(co n d u cció n e lé ctrica y té rm ica )

ye fá c ilm e n te , para e sto d e b e p o s e e r ba ja v is ­

Verdadero

co sid a d y te n s ió n sup erficial. II. In c o rre c to No e x is te re la c ió n d ire c ta e n tre la d e n s id a d y la

La re flexión de los fo to n e s d e la luz s o b re los ele c tro n e s lib re s pro vo ca el brillo ca ra c te rís tic o

viscosida d:

de los m etales.

a c e it e

III.

G

©

R e sp e c to a las pro p o sicio n e s:

H ,0

u >

|U

D <

D

Correcto

16.

Ind ique si las sig u ie n te s p ro p o s ic io n e s son v e rd a ­ d e ra s (V ) o fa lsa s (F): I.

En el pu nto de e b u llició n la te m p e ra tu ra no v a ­

II.

El punto de ebullición es una propiedad Intensiva.

ría m ie n tra s e xista el e sta d o líquido.

S abe m os: v / (D P ) fu e rz a s m o le c u la re s v (IP ) te m p e ra tu ra

III. En el pu nto de e b u llició n se fo rm a n bu rb u ja s p o rq u e la p resión de v a p o r del líqu id o es m a yo r

Por lo tanto, son Inco rre ctos I, II.

q u e la p resión atm o sfé rica . 14. ¿C uál de las s ig u ie n te s p ro p o s ic io n e s es c o rre c ta ? I.

C u a n to m a y o r sea la te m p e ra tu ra de un líquido, m a y o r será su v iscosida d.

Resolución: 1. Verdadero En el pro ce so de e b u llició n se m a n tie n e c o n s ­

II. A m a y o r fu e rz a ¡n te rm o le cu la r en un líquido,

ta n te ha sta q u e to d o el líq u id o se vap orice:

m a y o r es su vis c o s id a d . III. Los líq u id o s qu e tie n e n m o lé c u la s g ra n d e s y fo rm a s irre g u la re s son g e n e ra lm e n te m ás v is ­ coso s que los q u e tie n e n m o lé c u la s p e queñ as.

Resolución T b: cte.

R e sp e c to a las p ro p o sicio n e s:

I.

In c o rre c to El in c re m e n to de la te m p e ra tu ra d e b ilita las fu e rz a s de a tra c c ió n m o le c u la r y a u m e n ta la

II.

flu id e z, po r lo q u e d is m in u y e la vis c o s id a d .

El p u n to o te m p e ra tu ra de e b u llició n es una p ro ­

II. C o rre c to

p ie d a d Intensiva, ya q u e su v a lo r no d e p e n d e

Tanto la vis c o s id a d co m o la te n s ió n sup e rficia l son m a y o re s c u a n d o m ás Intensos sea n las fu e rz a s ¡n term olecula res. III. C o rre c to La v is c o s id a d ta m b ié n d e p e n d e del ta m a ñ o y la co m p le jid a d de las m o lé culas:

Verdadero

de la ca n tid a d de líquido. III.

Verdadero D u ra n te la e b u llició n se fo rm a b u rb u ja s de agua, ya qu e to d a la m a sa s del liq u id o se v a p o ­ riza.

.-. V V V

Q

17. In d iq u e la c a ra c te rís tic a que no c o rre s p o n d e a los

u ím ic a

*

309

B) La te n sió n su p e rficia l d is m in u y e con el a u m e n ­ to de la te m p e ra tu ra .

só lid o s am orfo s. A ) Los e le m e n to s se a g ru p a n de una m a n e ra irre­ gular.

C ) Es una c a ra cte rística e xclu siva de los líquidos. D) La te n sió n s u p e rficia l del m e rcu rio es m e n o r que la del agua.

B) S on isotrópicos. C) No p re s e n ta n en su e s tru c tu ra pla n o s ni d ire c ­

E) S e de nom ina tensión superficial a ¡a resistencia de un líquido a un aum ento d e su área superficial.

c io n e s de finidas. D) P ro d u ce n fig u ra s n ítid a s de d ifra c c ió n con ra ­ y o s X. E) S on e je m p lo s el p lá s tic o y resinas.

Resolución:

Resolución: La te n sió n su p e rficia l (y) vie n e a se r la re siste n cia qu e o fre ce n los líq u id o s a un a u m e n to de su área sup erficial.

Los s ó lid o s a m o rfo s son a q u e llo s c u y a s p a rtí­

E sto se d e b e al d e s e q u ilib rio de las fu e rza s in te r­

c u la s e s tá n o rd e n a d o s en fo rm a irre g u la r, e sto

m o le cu la re s en la sup erficie:

d e te rm in a : •

S on isotrópicos.

~ 0 -0 -0 I , + +

P unto de fu s ió n v aria ble.

/

P or d ifra c c ió n de ra yo s X dan fig u ra s difu sas.

•

t

/ -«-O-*-

E jem plo : plástico , m a dera , vidrio , etc. P or lo tanto, la c a ra c te rís tic a que no c o rre s p o n d e es D.

Fuerzas dirigidas al interior

18. Ind ique cuál de las s ig u ie n te s p ro p o s ic io n e s e s in ­

P or esta ra zón tie n d e n a p o s e e r el m e n o r área s u ­

correcta .

p e rficia l (g o ta s esfé ricas).

A ) La p resión de v a p o r es una p ro p ie d a d del e s ta ­

•

do liquid o.

Su in te n sid a d es m a y o r en líq u id o s de ele va d a a tra cció n m o le cular:

B) La p resión de v a p o r es la p re s ió n q u e e je rc e un

Vh3 ' 7m,o

v a p o re n e q u ilib rio con su líquido. C) El v a lo r de la pre s ió n de v a p o r de un líq u id o

•

D ism in u ye al a u m e n ta r la te m p e ra tu ra :

d e te rm in a d o d e p e n d e de la te m p e ra tu ra . D) El e q u ilib rio e n tre un líqu id o y su v a p o r es un e s ta d o d iná m ico. E) Es la p resión de v a p o r se d e te rm in a en el punto de e b u llic ió n de los líqu id os. T

Resolución: A ) Correcta

P o r lo tan to, lo in co rre cto es la a lte rn a tiv a D.

C o rre s p o n d e a una pro p ie d a d in te n s iv a d e los

20. M a rq u e co m o ve rd a d e ro (V ) o fa ls o (F ) seg ún c o ­

líquidos. B)

rrespon da:

Correcta D icha

p resión

se

d e te rm in a

a te m p e ra tu ra

I.

V a p o r = L íq u id o C)

Correcta Su v a lo r es p ro p o rc io n a l a la te m p e ra tu ra ya qu e e s to a c e le ra la v a p o riz a c ió n .

D) Correcta En el e q u ilib rio in d ic a d o la ca n tid a d de v a p o r y de líq u id o e s c o n s ta n te (p ro c e s o d in á m ic o ) E)

Incorrecta

El p u n to de fusió n es la te m p e ra tu ra en la cual el só lid o pa sa al e s ta d o liq u id o .

co n s ta n te en el eq uilib rio : II.

El pu nto de fusió n d e te rm in a la p u reza de un só lid o crista lin o.

III. El pu nto de fu sió n p e rm a n e c e co n sta n te , m ie n ­ tra s d u re el ca m b io de fase.

Resolución: I. Verdadero La fu sió n es el p ro ce so de ca m b io de esta do: só lid o — ► liq u id o

Su v a lo r se d e te rm in a pa ra d ife re n te s te m p e ra ­ turas. no so lo en el p u n to de e b ullició n.

y la te m p e ra tu ra a la que o cu rre se d e n o m in a p u n to de fusión.

19. R e s p e c to a la te n s ió n s u p e rfic ia l, in d iq u e lo Inco­

II. Verdadero

rrecto:

Los só lid o s crista lin o s p o se e n pu nto de fusió n

A)

de fin id o , lo cual se e m p le a pa ra Ide ntificarlo o

Los líquidos con Interacciones m oleculares Inten­ sas presentan ten siones superficiales elevadas.

m e d ir su pureza.

310

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III. Verdadero Punto de fusión:

22. Indique como verdadero (V) o falso (F) según co­ rresponda: I. Tf : cte.

Todos los sólidos subliman a la tem peratura or­ dinaria.

II. El hielo seco C 0 2ís), y el l2(s) se subliman. III. La sublim ación es el cambio del estado gaseo­ so al estado sólido.

Sólido

Líquido

Resolución:

Tf: no cambia hasta el final del proceso .-. VVV 21.

I.

Indique el tipo de sólido cristalino, cuyas propieda­ des se describen a continuación:

Sólido I II III

T. X 848 1675 -2 5

Conducción eléctrica

Tet. °C

Sólido

Líquido

No Si No

Si Si No

1727 3260 136

Verdadero Todos los sólidos tienden a sublim arse (sólido —► vapor), pero lo hacen en el orden de facilidad:

m olecular > metálico > covalente > iónico II. Verdadero Los sólidos siguientes: C 0 2(s) y el l2(s); son moleculares, por lo que se subliman fácilmente. III. Falso Proceso de sublimación: sólido ------► vapor

A) B) C) D) E)

Metálico - iónico - molecular Iónico - metálico - molecular Molecular - metálico - iónico Iónico - iónico - covalente Covalente - iónico - metálico

.-. VVF 23. Indique verdadero (V) o falso (F), según corresponda: I.

III. Las partículas de un sólido amorfo, ocupan po­ siciones fijas, pero con un cierto desorden.

Resolución: De acuerdo a la tabla de propiedades:

Sólido I II III I.

T, X 848 1675 -2 5

Teb°C 1727 3260 136

El vidrio es un sólido amorfo.

II. El C u S 0 4(sl tiene un punto de fusión definido.

Conducción eléctrica Sólido

Líquido

No Si No

Si Si No

Este sólido posee alto Tf y solo fundido conduce la electricidad, se trata de un sólido iónico. II. Este sólido posee alto Tf y conduce la electrici­ dad fundido o no, se trata de un sólido metálico. III. Este sólido posee bajo T, y no es conductor eléctrico, se trata de un sólido molecular. Por lo tanto, el tipo de sólido cristalino es la al­ ternativa B.

Resolución: I. Verdadero El vidrio es una variedad amorfa del S ¡0 2, que en el proceso de solidificación sus partículas, no llegaron a ordenarse de forma regular. II. Verdadero El com puesto C u S 0 4 (sulfato de cobre) corres­ ponde a un sólido cristalino iónico, posee punto de fusión definido. III. Verdadero Tanto en los sólidos cristalinos como en los amorfos las partículas ocupan posiciones fijas, en el primer caso de forma regular y en el otro irregular. .-. VVF

Q

PROBLEMAS Señalar verdadero (V) o falso (F) según correspon­ da, respecto a los sólidos moleculares: I. Consisten en átomos o moléculas unidas por enlace covalente. II. Poseen puntos de fusión elevados. III. Son ejemplos de sólidos m oleculares:

2.

m entos que poseen los m ismos ángulos inters­ ticiales. A) I, II y IV D) Solo III

6.

NaCI,s):

II. C 0 2(S,:

sólido iónico sólido molecular

III. S i0 2ls!.

sólido molecular

IV. Ag,s):

sólido metálico

V. H20 ,s):

sólido molecular

A) I, II, y IV D) I y IV

VFW VVFV

B) VFVF E) VFFV

I, III y IV III y IV

C) I y III

El calcio se cristaliza en una red de cubo centra­

Dato: PA (Ca = 40 g/mol)

7.

A)

1,97 Á

B) 2,79 Á

D)

0,975 Á

E) 4,01 Á

8.

C ) 1 ,3 9 A

El proceso por el cual un com puesto o elemento sólido se transforma directam ente en vapor, por efecto del calor, se denomina: A) Evaporación C) Sublimación E) Solidificación

C) VFF

B) Fusión D) Vaporización

¿Cuál de los siguientes grupos de sustancias se presenta en estado líquido a la tem peratura de 15 CC? A) Agua, mercurio, alcohol, bromo. B) Alcohol, helio, acetona, mercurio. C )A g u a , nitrógeno, alcohol, acetona. D) Mercurio, bromo, agua, helio. E) Alcohol, nitrógeno, agua, helio.

9. C) I, II, IV y V

Señalar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. El NaCI(s) conduce la electricidad en estado fun­ dido. II. El diam ante es buen conductor eléctrico. III. El vidrio presenta un ordenam iento regular de sus partículas. IV. El C 0 2(s) presenta una elevada presión de va­ por, respecto al hielo. A) D)

5.

B) I, III, IV y V E)Todos

B) E)

5 ,5 7 Á. ¿Cuál es el radio del átomo de calcio?

C) VFF

Relacionar correctamente: I.

4.

B) VVF E) FVV

31 1

do en las caras. La arista de la celda unitaria mide

S eñalar verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda: I. Los sólidos metálicos son buenos conductores del calor y la electricidad. II. Los metales cristalizan en forma de sólidos en los que los iones m etálicos se encuentran en los puntos de la red, rodeados de un m ar de electrones deslocalizados. III. Todos los m etales son sólidos a temperatura ambiente. A) VFV D) V W

3.

B) VFV E) VVF

■

PROPUESTOS

Q^2(s! Y Q 2H22Q 11 A) FFV D) W V

u ím ic a

C) VFFF

Con respecto a los sólidos amorfos, señalar lo co­ rrecto: I. Son anisotrópicos. II. Poseen puntos de fusión definidos. III. Las partículas en los sólidos am orfos están dis­ puestas en forma irregular. IV. La ruptura de un sólido amorfo produce frag­

Las propiedades físicas de la materia pueden divi­ dirse en dos grupos: 1. Extensivas, las que dependen de la cantidad de m ateria presente. 2. Intensivas, las que no dependen de la cantidad de materia. Basado en las definiciones anteriores, señalar cuál de las siguientes propiedades no es intensiva. A) El punto de ebullición. B) La densidad de los líquidos. C) El número de átomos contenidos en una mol de cualquier elemento. D) La constante de equilibrio de una reacción quí­ mica, a una tem peratura determinada. E) El tiempo para llegar al punto de fusión de una determ inada sustancia.

10. Del examen de las siguientes curvas p re s ió n temperatura, para los líquidos puros A y B; indicar las tem peraturas a las que entrarán en ebullición dichos líquidos, si el experim ento se efectúa a nivel de mar.

312

■

Coi

e c c io n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A ) +4 D) + 2

P (mmHg) 17 .

600 400 200

B) -1 E) + 3

¿Cuál es la fórm ula más sencilla de un sólido que contiene átomos A y B en una red cúbica en la que los átomos de A ocupan los vértices y un átomo B está situado en la posición central del cuerpo de una celda unitaria? A) AB

20

40

60

A) A = 50: B= 110 C) A = 80; B= 140 E) A = 78; B= 142

d)ab

80 100 120 T(°C )

B )A = 8 0 ;B = 140 D )A = 60. B = 120

18 .

11. El calor de fusión del hielo es 1440 cal/mol. ¿Cuán­ tas calorías se requiere para fundir 500 gram os de hielo7 A) 9000 D) 300 000

B) 25 000 E) 720 000

C) 40

000

12. Calcular el número de joules que se liberan cuando 15 g de agua a 0 °C se convierten en hielo a - 2 5 °C. Datos: C alor latente de fusión = 80 cal/g C alor especifico del hielo = 0,5 cal/g 1 cal = 4,184 J A) 3,8 x 102J D) 5,8 x 10J J

B) 7,5 x 102J E) 3,5 x 104J

C ) 5 , 0 x 1 0 3J

13. El elem ento oxígeno está distribuido en la tropos­ fera como O z y en la estratosfera como 0 3. ¿Cómo se debe designar apropiadamente este fenóm eno? A) Isomorfismo C) Isomería E) A zeotropia

B) Polimorfismo D) Alotropía

B) 1,2 x 102 E) 1 ,8 x 1 0 "

C) 1628

A) XY

B) X2Y

D)

E) X2Y3

X4Y

C) XY2

16. Un com puesto que contiene cationes A " ' y aniones X 0 4 se cristaliza en una red cúbica. Los iones A"~ se sitúan en los vértices de la celda unitaria, y los iones X 0 4 se ubican en los centros de las caras y en el centro del cuerpo. ¿Cuál es la carga del catión A" ?

B) 17% E) 54%

C )7 9 %

El volumen del recipiente anterior puede aum en­ tarse por medio de un pistón a una temperatura constante. ¿En qué volumen mínim o no perm anecerá agua líquida? A) 21 L D) 54 L

B) 32 L E) 65 L

C) 43 L

20. ¿Cuál es el volum en de una celda unitaria cúbi­ ca centrada en las caras y constituida por átomos cuyo radio es de 1.00 ■ 10 a cm? A) 8,00 x 10 3" c m !

B) 1,23 x 10 23 cm 3

x 10 23 cm 3

D) 1,00 x 10 24 cm 3

E) 2,26 x 10 24 cm 3 21. La plata se cristaliza en el sistema centrado en las caras. Si la arista de una celda unitaria es de 4,07 A. ¿Cuál es el radio aparente de un átomo de plata? A)

15. Un com puesto cristalino consta de los átomo X e Y en una red cúbica. Una celda unitaria contiene átomos de X en sus vértices y en el centro de las caras, y los átomos de Y en el centro del cuerpo. ¿Cuál es la fórm ula empírica de este compuesto?

C )A 4B3

E )A 3B

Se inyecta 1 g de agua líquida en un recipiente eva­ cuado de 20 L m anteniendo la tem peratura cons­ tante a 25,0 °C. A esta temperatura, la presión del vapor de agua es de 24 torr. Suponiendo que el vapor de agua se com porta idealmente, ¿qué por­ centaje de agua perm anecerá como líquido una vez que se ha establecido el equilibrio de líquido y vapor?

C) 2,26

14. Al suponer un comportamiento ideal, el vapor de agua a 100 °C y a 1,00 atm tiene un volumen molar aproximado d e _______ veces la del agua líquida bajo las mismas condiciones. (d100°c = 0,9584 g/cm3). A) 20 D) 2 . 5 x 1 03

B) A,B 3

A) 98% D) 33% 19 .

C )+ 1

1,76

D) 2.88

Á

B) 3.52 Á

Á

E) 1.44 Á

C) 2,04 Á

22. Señalar verdadero (V) o falso (F) según corres­ ponda: I.

Un diagram a de fases proporciona las condicio­ nes en las cuales una sustancia puede existir como líquido, sólido o gas.

II. El punto triple de una sustancia proporciona las condiciones de presión y temperatura en la cual las tres fases coexisten en equilibrio. III. El punto de ebullición de los líquidos se pueden dar a varias condiciones de P y T. A) W V D) FFF

B) VVF E) FFV

C) VFF

Q

23. ¿Cuál es la densidad teórica de una sustancia me­ tálica (PA = 210) cuyos átomos tienen un radio de 1,5 x 10 8 cm y están em paquetados en una es­ tructura cúbica simple? A) 7,0 g/cm 3 D) 13 g/cm 3

B) 9,0 g/cm 3 E) 15 g/cm 3

313

E) Se licúa a - 2 0 °C. 28 .

Con respecto al siguiente gráfico:

C) 11 g/cm 3

I.

quirir la mayor área superficial. IV. La viscosidad de un líquido aumenta, con el au­

El punto de ebullición normal del etanol es m a­ yor que la del éter etílico.

II. Respecto a la intensidad de las fuerzas inter­ moleculares: Éter > etanol > agua

mento de la temperatura. B) II, III y IV E) I, II y III

■

D) Se funde por encim a de - 2 0 °C.

24. ¿Cuál(es) de las siguientes afirm aciones no es (son) correcta(s)? I. La viscosidad es la resistencia al libre despla­ zamiento de las capas de un fluido. II. Los líquidos, cuyas m oléculas tienen fuerzas interm oleculares fuertes, fluyen rápidamente. III. Como resultado de la tensión superficial, cuan­ do cae un liquido desde un gotero, tiende ad­

A) II y IV D) III y IV

u ím ic a

III. Respecto a la presión de vapor a una determ i­

C) II y III

nada temperatura Éter > etanol > agua

25. ¿Cuál es la principal fuerza interm olecular que se debe vencer para: I. Evaporar alcohol metílico, CH ,OH II. Sublim ar hielo seco, C 0 2. III. Fundir sal de cocina.

IV. A presiones m ayores de 1 atm el agua hierve a más de 100 °C. Es correcto afirmar: A) I y III D) l . l l l y IV

B) I y IV E) I, II y IV

C) II, lli y IV

A) I. ión - Ión; II. London; III. enlace de hidrógeno. B) I. enlace de hidrógeno; II. London; III. London.

29 .

C) I. enlace de hidrógeno; II. Ión—ión; III. London. D) I. enlace de hidrógeno; II. London; III. ió n -ió n E) I. enlace de hidrógeno; II. ión —Ión; III. ¡ó n -ió n . 26. En el siguiente diagram a de fases, el punto de fu­ sión del sólido:

Com parar las propiedades de la gasolina y un acei­ te para motor, señalar lo correcto. I. La viscosidad del aceite para m otor es mayor que la viscosidad de la gasolina. II. La intensidad de las fuerzas ¡ntermoleculares en la gasolina es mayor que la intensidad de las fuerzas interm oleculares en el aceite para motor. III. El punto de ebullición de la gasolina es mayor que el punto de ebullición del aceite para motor. IV. Cabe esperar que, el tam año de las m oléculas de la gasolina, sea menor que el tamaño de las m oléculas en el aceite para motor. A ) I y IV D) I, III y IV

30 .

A) B) C) D) E) 2 7 .

sotrópicos.

III. Los sólidos amorfos son com pletam ente irregu­ lares. IV. Un ejem plo de sólido amorfo es el vidrio. A) 0 D) 3

A) Se funde por debajo de - 2 0 °C. C) Se funde a - 2 0 °C.

Los sólidos cristalinos, generalm ente, son ani-

II. Los sólidos cristalinos presentan calor de fusión definido.

Si un sólido descrito por el diagram a de fases de la pregunta anterior se calienta a 1,0 atm, señalar lo correcto:

B) Se sublima.

C) II y IV

Indicar cuántas proposiciones son correctas: I.

Disminuye al aum entar la presión. Es de - 2 0 °C a todas las presiones. Es 200 °C a todas las presiones. No cambia con la presión. Se incrementa, al aum entar la presión.

B) II, III y IV E) II y IV

3 1.

B) 1 E )4

C) 2

Respecto al estado sólido, indicar el número de proposiciones incorrectas:

314

■

I.

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Se caracteriza por ser compresible.

36 .

II. Sus moléculas, átomos o iones tienen una orientación al azar. III. Sus partículas se difunden con facilidad. IV. Tienen un volumen definido pero su form a es variable. V. Sus partículas no poseen m ovimiento de trasla­ ción. A) 1

B) 2

D) 4

E )5

A) 0 D )3

B) 1 E )4

A) O D) 3

C) 3

32. Señalar el número de proposiciones incorrectas: I. Los sólidos am orfos son anisotrópicos. II. Los sólidos cristalinos tienen punto de fusión definido. III. El vidrio y ciertos plásticos son sólidos amorfos. IV. Las partículas de un sólido cristalino form an en­ tre ellas ángulos definidos.

V

C) 2

A) 1 D )4

B) 2 E )5

C )3

35. Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. Las sustancias covalentes son malas conducto­ ras de la electricidad. II. Las sustancias isotrópicas no poseen puntos de fusión definidos. III. Un sólido se sublima, dism inuyendo su presión de vapor a tem peratura constante. IV. Un sólido se sublima, aum entando su tem pe­ ratura a una presión constante mayor que la critica. V. Son anisotrópicos los que poseen punto de fu­ sión definidos. A) 1 D) 4

B) 2 E) 5

C )3

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

De las siguientes proposiciones: I. Los sólidos cristalinos covalentes son extrem a­ damente volátiles y sus puntos de fusión muy altos. II. Los sólidos cristalinos iónicos son generalm en­ te blandos y quebradizos. III. En general, los sólidos cristalinos moleculares, tienden a ser duros. IV. Los sólidos cristalinos metálicos se caracteri­ zan por su brillo plateado y alta conductividad térmica. Es (son) correctos(s):

C )2

34. Respecto a los sólidos metálicos, indicar cuantas proposiciones son correctas: I. Buena conducción eléctrica en estado sólido. II. Buena conducción térmica. III. Subliman fácilmente. IV. Son aislantes térmicos. V Son dúctiles y maleables.

C) 2

Son no conductores de electricidad

A) 1 38 .

B) 1 E) 4

B) 1 E) 4

37. Respecto a las propiedades de los compuestos moleculares, indicar cuantas proposiciones son correctas: I. Son blandos II. Son volátiles III. Bajos puntos de fusión y ebullición IV. Insolubles en el agua

33. Respecto a los sólidos covalentes señale las pro­ posiciones incorrectas: . I. El hielo es un sólido covalente. II. Los átom os de carbono en el grafito poseen electrones ti, lo cual permite que esta sustancia sea un buen conductor eléctrico. III. El grafito es una excepción de sólido cristalino covalente. IV. Los sólidos covalente poseen alta dureza. A) 0 D) 3

Indicar cuantas proposiciones son correctas para los sólidos amorfos: I. Presentan un ordenam iento regular en sus áto­ mos o moléculas. II. Presentan punto de fusión bien definidos. III. Son isotrópicos. IV. Presentan anisotropía.

A) I y II D) II y IV 39 .

B) Solo III E) II y III

C) Solo IV

De las siguientes proporciones: I. El cristal es la form a poliédrica que tiene un só­ lido cristalino. II. Los isótropos son cristales que tienen propieda­ des en cualquier dirección. III. El isom orfism o es la propiedad que tienen dos sustancias de cristalizar en la misma form a cris­ talina. Es (son) correcta(s): A) Solo I D) I; II

B) Solo II E) I; II y III

C) Solo III

40. De las siguientes proposiciones: I. El vidrio común es un sólido cristalino. II. Existen siete sistemas de cristalización para los sólidos cristalinos. III. El diam ante se emplea como herramienta de corte por su dureza, así también como piedra preciosa. Es (son) incorrecta(s): A) Solo I D) I y I I

B) Solo II E) I. I I y I I I

C) Solo III

Q

41.

De las siguientes propiedades de los sólidos ióni­ cos, indicar cuantas son incorrectas: I. Los sólidos cristalinos son frágiles. II. Los sólidos cristalinos tiene punto de fusión de­ finido. III. Los sólidos cristalinos son anisotrópicos. IV. Las sustancias ¡sotrópicas poseen formas geom étricas definidas A) 0 D) 3

42.

C) Solo III

Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. Los sólidos cristalinos presentan anisotropía. II. Los sólidos amorfos se pueden considerar flui­ dos de muy alta viscosidad. III. Los sólidos amorfos tienen punto de fusión de­ finido. IV. En los sólidos cristalinos las partículas constitu­ yentes están dotadas en m ovim iento de tra s ­ lación. V. Los sólidos covalentes son muy duros y malos conductores térmicos. A) D )4

45.

B) Solo II E) I; II y III

1 B) 2 E )5

47.

C )3

Indicar el número de proposiciones incorrectas, respecto a la viscosidad, en: I. Es la resistencia de un liquido a fluir. II. Las sustancias que poseen gran habilidad para form ar puente de hidrógeno tienen norm alm en­ te viscosidades bajas. III. Aum enta al increm entar el tamaño y el área su­ perficial de las moléculas.

315

B) 1 E )4

C) 2

Indicar el número de proposiciones correctas en: I. La viscosidad depende del estado físico de los cuerpos. II. El mercurio tiene mayor viscosidad que el agua a la misma temperatura. III. Cuanto más largas sean las m oléculas más se pueden unir en el liquido y será más fácil para ellas fluir. IV. A m ayor fuerza interm olecular de atracción, más viscoso será el líquido. A) O D )3

C )2

De las siguientes proposiciones: I. Los sólidos amorfos no tienen estructuras orde­ nadas y bien definidas II. Algunos sólidos cristalinos pueden existir en más de una forma. III. El diamante es un buen ejemplo de cristal ató­ mico covalente. Es (son) correcta(s): A) Solo I D) I y II

44.

B) 1 E )4

46.

■

Aum enta con el increm ento de la temperatura.

A) O D )3

C )2

Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. En los sólidos metálicos existe atracción elec­ trostática entre iones positivos y los electrones deslocalizados. II. Los sólidos covalentes tienen punto de fusión y ebullición altos. III. En los sólidos iónicos existe atracción electros­ tática entre partículas de carga opuesta. IV. Son sólidos iónicos: dióxido de silicio, am onia­ co, carburo de silicio. A) O D )3

43.

B) 1 E) 4

IV.

u ím ic a

B) 1 E )4

C )2

De los siguientes enunciados indique cuantos son correctos: I. Los líquidos con alta presión de vapor se deno­ minan un poco volátiles. II. Líquidos con m ayores fuerzas interm oleculares tienen m enor presión de vapor. III. El punto de ebullición normal es la temperatura en la cual la presión de vapor del líquido es la presión de la atmósfera. IV. Los líquidos más volátiles son los que tienen m enor tensión superficial. A) O D) 3

B) 1 E) 4

C )2

48. Con fines de hacer uso de un líquido J como lu­ bricante. se desea determ inar cuál es su viscosi­ dad, para ello se usa un viscosím etro de Ostwald, donde la densidad del líquido J a 20 °C es de 1,2 g/mL y el tiempo que demora en deslizarse es de 10 segundos, mientras que el H20 se demora en deslizarse 4 segundos, la viscosidad del líquido J es: A) 8 cp D) 5 cp 49.

B) 4 cp E) 3 cp

C) 7 cp

Completar: “La... es un ejemplo de tensión superficial, se trata del desnivel que presentan los líquidos en el inte­ rior de tubos A) B) C) D) E)

c a p ila rid a d - de elevado diámetro viscosidad - muy estrechos capilaridad - muy estrechos viscosidad - de elevado diámetro cohesión - de gran diámetro

50. De las siguientes proposiciones: I. La presión de vapor de un líquido dism inuye al aum entar la temperatura. II. El alcohol presenta m ayor presión de vapor que el agua a la misma temperatura.

316

■

C

III.

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A) 1 D) 4

La te n s ió n s u p e rfic ia l d is m in u y e el á rea s u p e rfi­ cial de la go ta de un líquido.

S on no co rre c ta s : 54 .

5 1.

A ) S olo I

B) S olo II

D) I y II

E) I y III

C) S olo III

R e sp e cto a la v is c o s id a d , in d ic a r lo incorrecto : I.

Es la re s is te n c ia de un líq u id o a fluir. A u m e n ta al In c re m e n ta r el ta m a ñ o y el área s u ­ p e rficia l de las m o lé culas.

II. A u m e n ta al In c re m e n ta r el ta m a ñ o y el área s u ­ pe rficial d e las m o lé culas. III. Su un id ad es el polse IV. A u m e n ta con el In cre m e n to de la te m p e ra tu ra . V. Es In v e rs a m e n te p ro p o rc io n a l a la flu id e z. A) I 5 2 .

B) II

C ) III

D) IV

Del g rá fic o m o strad o: I.

La te m p e ra tu ra de e b u llic ió n n o rm a l de Q es

55.

80 C. II. A una m is m a te m p e ra tu ra la pre s ió n de v a p o r de Q e s m a y o r q u e J. III. La te m p e ra tu ra de e b u llic ió n n o rm al de J es m a y o r qu e 4 0 °C. IV. Q es m á s v o látil q u e J. Es (son) c o rre c ta (s )

53 .

A ) II, IV

B ) S o lo IV

D) I; II y III

E) I; II

C ) I; II; III y IV

I.

5 7 .

El b e n c e n o tie n e m a y o r te m p e ra tu ra de e b u lli­ ción qu e el agua.

II.

El alcohol m etílico es m ás volátil que el benceno.

III. La tem peratura de ebullición norm al del benceno. IV. La p resión de v a p o r p o se e la s ig u ie n te re la ción: ag ua > b e n c e n o > a lc o h o l m e tílico. V. La te m p e ra tu ra de e b u llic ió n del a lc o h o l m e tíli­ co a 7 6 0 m m H g es 64 ,7 °C.

B) Solo II E) I: II: III y IV

C) Solo III

B) 2 E )5

C )3

Indicar el número de proporciones Incorrectas res­ pecto a un líquido. I. Las m oléculas se mantienen juntas por uno o más tipos de fuerzas de atracción. II. Las m oléculas pueden moverse libremente entre ellas, de tal manera que el líquido puede fluir. III. Al igual que los sólidos son fluidos. IV. La miscibilidad de dos líquidos se refiere a su habilidad para juntarse y producir una mezcla homogénea. A) O D )3

58 .

C )2

Indicar el número de proposiciones correctas res­ pecto a los líquidos: I. Tienen forma y volumen definidos. II. Tienen una densidad mayor que el de los ga­ ses. III. Se difunden a través de otros líquidos. IV. Al enfriar un líquido dism inuye su energía ciné­ tica. V Los líquidos son isotrópicos. A) 1 D )4

Del s ig u ie n te e s q u e m a , ind iq u e c u a n ta s p ro p o s i­ cio n e s son Inco rre ctas:

B) 1 E )4

De las definiciones: I. Cohesión, es la fuerza que m antiene unido a un liquido. II. Menisco, es la superficie superior de un líquido en un recipiente cilindrico. III. Adhesión, es la fuerza de atracción entre un lí­ quido y otra superficie. Es(son) correcta(s) A) Solo I D) I; II

56 .

C )3

Respecto a la tensión superficial en los líquidos, indicar el número de proposiciones correctas: I. Es la cantidad de energía necesaria para estirar o aumenta la superficie del liquido por unidad de área. II. El trabajo realizado para estirar una película, en el liquido, es proporcional al aumento del área superficial. III. Disminuye al increm entar la temperatura del lí­ quido. IV. Disminuye entre la presencia de agentes tensoactivos como los detergentes. A) 0 D )3

E) V

B) 2 E )5

B) 1 E )4

C )2

Acerca del estado líquido: I.

La fuerza de atracción entre las m oléculas es mayor que en el estado gaseoso.

Q

II. El movimiento molecular está más restringido

6 3.

B) Solo II E) I y III

A) 0

B) 1

D) 3

E )4

R e sp e cto a la e va p o ra ció n en los líqu id os, in d ica r I.

Es un fe n ó m e n o de sup erficie.

II. S e In cre m e n ta a m e d id a que la te m p e ra tu ra a u ­ m enta. III. El p ro ce so c o n tra rio se d e n o m in a e b ullició n. IV. La e v a p o ra c ió n so lo o c u rre en los líquidos.

C) Solo III

59. Indicar cuántas proposiciones son correctas: I. La viscosidad varía en forma directa con la tem ­ peratura. II. La viscosidad está relacionada a la densidad. III. Solo los sólidos poseen la propiedad de visco ­ sidad. IV. La viscosidad del agua a 20 °C es mayor que la del benceno a la misma temperatura.

64.

A) O

B) 1

D) 3

E) 4

C )2

H asta q u e a ltu ra a sce n d e rá el ag ua en el tu b o c a ­ pila r de 5 * 10 5 m de radio, si la te n sió n su p e rficia l e s 72 m J/nV y la d e n sid a d 1 g/m L.

6 5.

A ) 1 5 ,4 c m

B) 2 9 .4 cm

D) 2 0 ,4 cm

E) 12,5 cm

C ) 1 0 ,5 c m

Al h a c e r d e s liz a r una esfe rlta de a ce ro a tra vé s de dos líq u id o s, en una p ro b e ta que co n te n g a el m is ­

C )2

m o v o lu m e n de los líq u id o s, p o d e m o s a firm a r que: t = O

60. Respecto a la ebullición, indicar el número de pro­ posiciones correctas: I. El punto de ebullición es Inversam ente propor­ cional a su presión de vapor. II. Se denom ina punto de ebullición normal cuando la presión que rodea al líquido es de 101.3 kPa. III. Ocurre solo en la superficie del líquido. IV. Un líquido puede hervir a cualquier tem peratu­ ra. pues solo depende de la presión externa. A) 0 D )3

B) 1 E )4

317

el n ú m e ro de p ro p o s ic io n e s inco rre cta s:

que en el estado sólido. III. Es considerado como el estado interm edio de la materia, debido a las características y propie­ dades que presenta. Son correctas: A) Solo I D) I y II

■

u ím ic a

I.

t = o

L íq u id o

L íq u id o

1

2

El líq u id o 1 pre se n ta m a y o r visco sid a d .

II. SI 1 y 2 fu e ra n los m ism o s líq u id o s a la te m ­ p e ra tu ra de 20 °C y 50 "C , re sp e ctiva m e n te , e n to n c e s 2 o fre ce m a y o r re siste n cia al d e s p la ­

C )2

z a m ie n to de la e sfe ra de acero. III. Si nos Indican que los líq u id o s 1 y 2 son a ce ite

61. Con relación a la viscosidad se puede afirm ar que: I. Es una propiedad extensiva de la materia. II. Varia en forma independiente a la temperatura para una misma sustancia. III. Es una propiedad exclusiva del estado líquido. IV. Una sustancia tendrá un alto poder de lubrica­ ción si posee mayor viscosidad. A) Solo IV D) Solo II

B) Solo I E) II y IV

B) 2 E )5

A ) II y III

B) S olo III

D) S olo I

E) I y II

C ) I y III

66. In d ica r cu a n ta s p ro p o s ic io n e s son correcta s: I.

La v is c o s id a d es el g ra d o de d ificu lta d que tie n e una cie rta cap a de un líq u id o al flu ir s o b re otra.

C) Solo III

II. Todo líq u id o p re se n ta te n sió n su p e rficia l aun te n ie n d o un vo lu m e n m u y p e queñ o.

62. Indicar el número de proposiciones incorrectas: I. La adherencia consiste en la atracción existen­ te entre los átomos o moléculas de una sustan­ cia y los átomos o m oléculas de otra. II. Como consecuencia de la tensión superficial, la capilaridad es la característica que presentan los líquidos para ascender por un tubo. III. Para líquidos asociados, al aum entar la tem pe­ ratura. se Incrementa la viscosidad. IV. La viscosidad y la tensión superficial son direc­ tam ente proporcionales. V. El mercurio presenta un menisco cóncavo. A) 1 D) 4

y agua, e n to n c e s d ire m o s qu e 1 es el agua.

C )3

III. Si la fu e rz a de a d h e re n c ia de un líq u id o es m e ­ no r q u e la fu e rz a d e c o h e sió n , la ca p ila rid a d es mayor. IV. A m a y o r te m p e ra tu ra d is m in u y e la te n sió n s u ­ perficial. V. Los d e te rg e n te s d ism in u ye n la te n sió n s u p e rfi­ cial del agua.

6 7.

A)

1B) 2

D)

4E ) 5

C)

3

R e sp e cto al e sta d o líqu id o, Ind icar cu a n ta s p ro p o ­ sicio n e s son incorrecta s: I.

El m e rcu rio p re se n ta un m e n is c o cón cavo.

II. La vis c o s id a d del so lid o e s m a y o r que la v is c o ­ sidad del líquido.

318

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III. Para líquidos asociados, al aum entar la tem pe­ ratura, se increm enta la viscosidad. IV. Al dism inuir la tensión superficial del agua faci­ lita sus propiedades del lavado. V Como consecuencia de la tensión superficial, la capilaridad es una característica que presentan los líquidos para ascender por un tubo. A) 1 D) 4

B) 2 E )5

7 2 .

A ) l-b; ll-c y 11l-a

B) l-a: ll-b y lll-c

C)

l-c: Il-a y lll-b

D) l-b: ll-a y lll-c

E)

l-c: ll-b y lll-a

S e ñ a le la a lte rn a tiva correcta , re sp e cto al pu nto de eb u llició n de un liquid o: A ) Es igual a 100 °C en to d o s los líqu id os. B) S e d e te rm in e a la pre sió n de 1 atm .

C) 3

C ) Es el m ism o a d ife re n te s altitu des. D) No varía con la presión.

68. Respecto a la presión de vapor, indicar el número de proposiciones es correcta, en: I. Se mide cuando hay un equilibrio estático entre la condensación y la evaporación a una deter­ m inada temperatura. II. Aum enta conform e se increm enta la tem peratu­ ra del líquido. III. En el agua la presión de v a p o re s bajo debido al enlace puente de hidrógeno que existe en dicho compuesto. IV. Los líquidos que tienen elevada presión de va­ por tienen baja temperatura de ebullición. A )0 D )3

B) 1 E )4

E ) Es la te m p e ra tu ra en q u e la p resión d e v a p o r del líq u id o igual a la pre sió n exte rna . 7 3 .

I.

de fo rm a ció n ). III. N o son fluido s. IV. T ie nen d isp o sició n o rd e n a d a de p a rtícu la s que e stá n m uy p ró xim a s en tre sí: las p a rtíc u la s solo po seen m o v im ie n to vib ra cio n a l.

74 .

Las presiones de vapor aumenta a m edida que dism inuye la temperatura. II. Los líquidos volátiles poseen presiones de va­ por relativam ente altas. III. La presión de vapor del agua es baja debido al enlace puente de hidrógeno. IV. La presión de vapor de un líquido es la mínima presión que ejerce el vapor de un líquido a cier­ ta temperatura. B) 2 4 E)5

C )3

Tendencia de un líquido a vaporizarse.

E) V V V V

C )V F V V

R e sp e cto a los tipo s de sólido s, ¿Q ué p ro p o s ic io ­ Los só lid o s c ris ta lin o s tie n e n p u n to de fu sió n de finido. II. Los só lid o s a m o rfo s no tie n e n pu nto d e fu sió n d e finido. III. El vidrio , los plá stico s y la brea son só lid o s c ris ­ talino s.

7 5 .

A)

I y III

B) II y III

D)

S olo II

E) S olo III

C ) I y II

Ind ique la verdad (V) o fa lse d a d (F) de cad a una de las s ig u ie n te s p ro p o sicio n e s: I.

Un só lid o c rista lin o es aq uel cuyo s áto m os, io­ nes o m o lé cu la s e stá n o rd e n a d o s en d is p o s i­ c io n e s bien de fin id a s.

A) De la cantidad de líquido. B) Del área superficial. C) De la tem peratura y naturaleza química del lí­ quido. D) De la masa del líquido. E) Del volumen del recipiente.

I.

B) V V V F

D )F F V V

I.

70. La presión de vapor de un líquido en un recipiente cerrado depende:

71. Relacione característica-propiedad:

A )V V F F

nes son co rre cta s?

I.

A) 1 D)

T ie nen fo rm a s d e fin id a s (son re siste n te s a la

II. S on in co m p re n sib le s.

C )2

69. Indicar cuantas proposiciones son correctas:

R e sp e cto al e sta d o sólido , indiq ue v e rd a d e ro (V) o fa lso (F), según co rre sp o n d a :

II. La iso tro p ía es una p ro p ie d a d ca ra c te rís tic a de los só lid o s am orfo s. III. T o dos los só lid o s son a n iso tró p ico s.

76 .

A)

VFF

B) FF V

D)

VVF

E) V W

C ) FVF

R e sp e cto a los só lid o s crista lin o s, m a rq u e la se ­ cu e n cia correcta : I.

P osee n d is p o s ic io n e s o rd e n a d a y re p e titiva de

II. Moléculas que ingresan y salen del liquido con la misma frecuencia.

II. P ue d e n se r ió n ico s, c o va le n te s, m o le c u la re s o

III. Presión que ejerce la fase gaseosa sobre su fase liquida.

III. T ie n e n p ro p ie d a d e s física s y q u ím ic a s v a ria ­

a. Equilibrio dinámico b. Presión de vapor c. Volatilidad

iones, á to m o s y m o lé culas. m e tálicos. bles.

A) V W D) FFV

B) VVF E) VFF

C)

VFV

Q

7 7 .

De acuerdo al orden interno de las partículas en un sólido, estos pueden ser: A) B) C) D) E)

78 .

Metálicos y amorfos Covalentes e iónicos Iónicos y metálicos Cristalinos y m oleculares Cristalinos y amorfos.

B) m a y o r-a lta D) mayor - baja

8 2.

8 3.

B) CH4 E) HF

C) H2S

IV. Constan de grupos de partículas desordenadas que están bastante próxim as entre sí, las partí­ culas poseen m ovimiento al azar en tres dim en­ siones.

B) VVF E) VFV

B) H O E )N H 3

B) VVFF E) FFFF

C) VVVF

85. Respecto a la tensión superficial, marque la se­ cuencia correcta. I.

Es la energía requerida para expandir una su­ perficie liquida.

A) VVF D) VFV

C) VFF

Respecto al estado liquido, indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. Sus partículas están en desorden. II. Son anlsotróplcos.

C) VVV

Es la m edida de la resistencia a fluir.

II. Está relacionado con el desplazam iento de las capas m oleculares del liquido. III. Aum enta cuando dism inuye la temperatura. A) FVF D) FFF

B) VFF E) FFV

C) VVV

87. ¿Cuál de los siguientes sólidos tiene una estructu­ ra cristalina? A) D)

Vidrio Hollín

B) Alquitrán E) Alm idón

C) Grafito

88. Señale la secuencia correcta: I.

C) NaCI

B) FFV E) FVV

86. Señale la alternativa correcta con respecto a la vis­ cosidad de un liquido: I.

¿Cuál de las siguientes sustancias tiene mayor punto de fusión? A) C 0 2 D )S 0 2

III. Son fluidos.

III. A mayor fuerza ¡ntermolecular m enor tensión superficial.

Indique verdadero (V) o falso (F) en cada propo­ sición: I. La ebullición es la vaporización que ocurre en toda la masa del liquido con form ación de bur­ bujas. II. Un líquido alcanza su estado de ebullición cuando la presión de vapor saturado del líquido es mayor que la presión atmosférica (externa). III. El punto de ebullición normal de un líquido y sus fuerzas de cohesión ¡ntermoleculares son entre si inversam ente proporcionales. A) VVV D) FFF

II. Tienen volumen definido (solo son ligeramente comprensibles).

II. Explica la forma casi esférica de las gotas de agua.

80. Indique la sustancia que en estado líquido presen­ tará mayor punto de ebullición:

8 1.

No tienen forma definida (adoptan las form as de los recipientes).

A) VFFF D) VVVV

cristalino - alto - variable cristalino - definido - constante amorfo - definido - pequeño soluble - soluble - constante blanco - alto - alto

A) H2Te D) H2Se

3 '9

III. Tienen puntos de fusión definido. A )F F F B )F F V C) VFF D ) VFV E )V V V

I.

79. El cloruro de sodio es un sólido por lo que pre­ senta un punto de fu sió n cuando el cloruro de sodio solido se calienta, cambia de estado sólido a liquido m anteniéndose la tem peratura en un va­ lo r m ientras exista la fase sólida. A) B) C) D) E)

■

84. Respecto al estado liquido, indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

Com plete los espacios adecuadamente: Se requiere tiempo para cocer los alim entos en la montaña (donde la presión atm osférica es menor) que al nivel del mar. póquer el agua a ma­ yor altitud hierve a una tem peratura m ás...... A) m e n o r-b a ja C) m enor - alta E) Igual - alta

u ím ic a

Las propiedades físicas de líquidos y sólidos m oleculares se deben en gran m edida a las fuerzas ¡ntermoleculares.

II. Los líquidos son más densos y más com prensi­ bles que los gases. III. Las sustancias con débiles fuerzas ¡ntermole­ culares. a condición ambientales, se presenta­ ran como gases generalm ente. A) VFV D) VVV

B) FVV E) VFF

C) FFV

320

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

89. Señale la alternativa que no corresponde a una propiedad general de los líquidos: A) Son isotrópicos, es decir, que sus propiedades m ecánicas y eléctricas tienen un valor unifor­ me, en cualquier dirección en que se midan.

1. A 2. B 3. C 4. E 5. D 6. A 7. C 8. A 9. E 10. D 11. C 12. D

13. D 14. C

25. D 26. A

15. D 16. A 17. A

27. B

18. E 19. C 20. C 21. E 22. A 23. D 24. B

28. D 29. A 30. C 31. E 32. B

B) Generalm ente son más densos que los gases. C) Poseen form a variable y volumen definido. D) La distancia de separación interm olecular en prom edio es mayor que en el estado gaseoso. E) La energía cinética traslacional de las m olécu­ las es menor que en el estado gaseoso.

37. D

49. C

61. A

38. D 39. E 40. A 41. B 42. C

50. A 51. D 52. E 53. B

62. 63. 64. 65.

54. E 55. E 56. D 57. B

66. D 67. B 68. E 69. C 70. C 71. D 72. E

33. B 34. C

43. E 44. C 45. B 46. D

35. D

47. D

58. E 59. B

36. C

48. E

60. B

C B B A

73. E 74. C 75. 76. 77. 78. 79.

D A E D

B 80. E 81. C 82. C 83. c 84. D

85. A 86. C 87. C 88. A 89. D

Reacciones químicas

o D

Q .

O O

Antoine-Laurent de Lavoisier (Pa­ rís, 26 de agosto de 1743-París, 8 de mayo de 1794) fue un quím i­ co, biólogo y economista francés, considerado el creador de la Q uí­ mica moderna, junto a su esposa, la científica Marie-Anne Pierrette Paulze, por sus estudios sobre la oxidación de los cuerpos, el fenó­ meno de la respiración animal, el análisis del aire, la ley de conser­ vación de la masa o ley Lomonósov-Lavoisier, la teoría calórica y la combustión, además de sus estudios sobre la fotosíntesis. En las investigaciones de Lavoi­ sie r se incluyeron algunos de los primeros experimentos químicos de estequiometría, donde se pe­ saba cuidadosamente los reacti­ vos y productos de una reacción química en un recipiente de v i­ drio sellado, siendo crucial en el avance de la química. Asimism o, demostró que en una reac­ ción la cantidad de materia siempre es la misma al final y al comienzo de la reacción. Estos experimentos proporcionaron pruebas para la ley de conservación de la materia. Lavoisier también investigó la composición del agua y denominó a sus componentes oxígeno e hidró­ geno. Entre los experimentos más importantes de Lavoisier se encuentra el examinar la natu­ raleza de la combustión, demostrando que es un proceso en el que se produce la combinación de una sustancia con oxígeno. También reveló el papel del oxígeno en la respiración de los animales y las plantas. Fuente: Wikipedia

322

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Son procesos químicos, donde la m ateria sufre cam­ bios estructurales para dar origen a nuevas sustancias químicas.

2H2 + 1 0 2 —► 2H 20 1N2 + 3H2 — 2N H 3 2Ca + 1 0 2 —► 2CaO Reacción de descom posición

<4 ECUACIONES QUÍMICAS Es la forma abreviada de escribir qué es lo que sucede en una reacción química. A las sustancias iniciales se les denom ina reactantes o reaccionantes y a las que se obtiene se denom inan productos o resultantes.

<4 REACCION QUIMICA rP O OO'

AB

• O ,o « °O 00«P° O

oLj r \

calor

2H2 + 0 2

(electrólisis)

2 K C I0 3

2KCI + 3 0 2

NH4N 0 3

N20 + 2H20

A + BC Z nC L

A + B .— ,— . reactantes

_

1CaO + 1 C 0 2 (calcinación)

Oo ° o0

Reactantes (reaccionantes) En general:

A

* A + B

Reacción de desplazam iento simple Se produce cuando los ácidos fuertes atacan a metales.


HCI

calor

Un com puesto por efecto de energía se descom pone en 2 o más sustancias,

1C a C 0 3

oO 0

HCI(ac) + Zn(s)

Síntesis agua Síntesis Haber-Bosch Oxidación

AC + B

1£p + 2HCI — • 1ZnCI2 + 1H2 i

ZnCL, „ -'2(s) T H 1 2(g) + 4AI20 3 —* 3Fe30 4 + 8AI

Productos (resultantes)

2 0 + 2H 20 — C + D -----v----' productos

Toda reacción quím ica implica la ruptura de enlaces como consecuencia de los choques entre las moléculas de los reactantes, generando la form ación de especies libres con alto grado de energía que form an el complejo activado, que consiste en una especie de com puesto interm edio entre los reactantes y los productos y a partir de la cual se obtendrán estos últimos. La energía im plicada en el desarrollo de una reacción se denom ina entalpia y el grado de desorden molecular que alcanzan las especies luego de la ruptura de enla­

2NaOH + j - y

metal activo

desplazado

Reacción de doble desplazam iento Metátesis AB + CD —►AD + BC Entre soluciones sales disueltas (intercambio de iones). rP * 1 A g N 0 3 + 1 HCI — N.

1AgCI + 1 H N 0 3

S

A g N 0 3 + NaCI —

AgCI + N 0 3Na

NaOH + H2S 0 4

N a ,S 0 4 + H ,0

NaOH + C a C 0 3

Na2C 0 3 + Ca(OH )3

ces se denom ina entropía. La evidencia del desarrollo de una reacción quím i­ ca; existe cuando se observa: Formación de precipitados (sólidos). D esprendim iento de especies gaseosas con cam­ bio de temperatura. Formación de un gas. D esprendim iento de luz y energía.

Tener presente: +1 - 2 + 1

+1

+6 - 2

+1

+6 -2

+1

-2

Tipos de reacciones químicas: Las reacciones quím icas se clasifican atendiendo a diversos criterios, entre los principales tenemos:

Na OH + H2 S 0 4 — Na2 S 0 4 + H20 En la reacción de metátesis no existe el fenóm eno de la oxidación reducción (redox). Reacción de neutralización (á c id o -b a se ). HCI + NaOH - + NaCI + H20

De acuerdo a su forma:

De acuerdo a su energía

Reacción de com posición: Adición o síntesis. A + B-

-A B

Se combinan 2 o más sustancias para form ar un solo compuesto.

En toda reacción quím ica siem pre ocurre emisión o absorción de energía: esta energía es calorífica o lu­ minosa. Entalpia (AH). Denom inado también calor de reacción, a la energía que se libera o absorbe.

Q

Reacción exotérm ica Una reacción es exotérm ica cuando el sistema emite energía, esto es debido a que la energía total de los reactantes es m ayor que la energía total de los pro­ ductos. ■C + D + calor

A + B-

AH = 31,4

u ím ic a

■

323

kcal mol

NH3 + 2 2 ^ 4 mol ^ AH = 2 2 kcal mol 30,

2 0 , - calor

AH < O

De acuerdo al sentido

AH: Entalpia de la reacción.

Reacción irreversible. Aquella reacción que se realiza en un solo sentido y se representa (—►) CaO + H20

Ca(OH)2

2Na + 2H20 —

2NaOH + H2

Reacción reversible. Esta reacción se realiza sim ul­ táneam ente en ambos sentidos de tal manera que en algún instante determ inado se logra el equilibrio. Esta ecuación se indica m ediante (—)

Reacción de com bustión. Se refieren a las reacciones que realizan los com puestos orgánicos con el oxígeno. El com puesto orgánico actúa como combustible. El oxígeno actúa como comburente. En este tipo de reacción se aprecia desprendim ien­ to de energía y luz. Tipos: Com bustión com pleta. Los productos de la reac­ ción son: C 0 2 + H20

Ea: energía de activación

Ejem plos: 2 H ,0 + 116

kcal mol

kca! AH = -3 1 6 ■ mol

QHg^, A 0 2( AH = -341

3C 0, + 4H ,0 + 341 kcal mol

C*HYOz 2NH, + 22

■3H-,. AH = - 22

kcal mol

kcal mol

GXHY + 0 2 —— ► C 0 2 + H20

kcal mol

Oxígeno en exceso

CH C N,

Ejem plos:

4AI,SJ + 3 0 ; — ► 2AI;0 , + calor -- AH = - Q

C sH b

Q

Reacción endotérm ica Una reacción es endotérm ica cuando se realizan con absorción de energía (calor). La energía total de los reactantes es m enor que la energía total de los pro­ ductos. A + B + Calor

C + D

AH > O

, 25 0 2 —

8 C 0 2 m 9 H 20

...(a )

Com bustión incom pleta. Los productos de la reacción son CO + H20 , debido a la deficiencia de oxigeno. Si es muy deficiente: C + H20 . C,H„ + O, C,H„ + O,

C + H ,0 í Hollín

Ejem plos: 1C8H 18+ ^ 0 2 1C8H18 + —0 2 De a, p,

. 8 C 0 + 9HzO 8C

...(P)

+ 9 H ,0

Se observa que para una misma can­

tidad de com bustible (C8H 18). Para las reacciones indicadas los volúm enes de 0 2, se encuentran en

Ejem plos: H

O

• C

• 31

4

*~*2;g) +

C 0 (g)

25. 17 9 2 • 2 y 2

324

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Reacciones catalíticas. Son reacciones quím icas que se aceleran por medio de sustancias, las cuales per­ m anecen inalteradas al finalizar la reacción química. Reciben el nombre:

En general: Aum enta EO: oxidación - 7 - 6 - 5 - 4 - 3 - 2 -1

0 +1 + 2 + 3 + 4 + 5

+6

Catalizador (+) Dism inuye EO: reducción

Acelera la reacción No reacciona Se recupera totalmente

E je m p lo : (0 ) - ( + 2 ) =

E je m p lo s :

----------H2S 0 4 Mn02 2 4

2KCI° 3 CO (NH2)2 +

t______________ í (+2) - (0) = +2 e~

2KCI + 3 0 2 h 2o

e-

I 1 0 +2 0 Fe + 2H + —► Fe + H2

x---------------catalizador VA* S 0 3 + H20 3 2

- 2

C 0 2 + 2N H 3

Fe : Pierde 2 e ' (aum enta EO) (0 a + 2) es oxidado por el H+ es el agente reductor (Reduce al H+ a H2)

Inhibidor: Catalizador negativo ( - ) H+ : Gana 2 e~ (uno por ión) dism inuye el EO (+1 a 0) Retarda la reacción. H20 2 Mn°2

es reducido por el Fe h 2o

+ |

o2

es el agente oxidante (oxida al Fe a Fe+2) A n á lis is re d o x : Fe + 0 2 —► FeO p ierde e _______ j

o xida ció n

0 0 Fe + 0 2 |

J

+2 - 2 —► Fe reducció n

O j

gana e~

Reacción: H N 0 3 + H2S —► NO + S + H20 pierde: |

Reacción redox Son aquellas reacciones donde se verifican sim ultánea­ mente una oxidación y una reducción (redox). Llamadas tam bién reacciones de transferencia de elec­ trones, existiendo cambios en los estados de oxidación (EO) entendiéndose: O xidación. Sustancia o especie que pierde electrones. Aum enta algebraicam ente su estado de oxidación lla­ mado: agente reductor o reductor.

2

e

o xida ció n

+5 -2 +2 H N 0 3 + H2S — NO + |

gana: 3 e

|

0 S + H20

j

reducció n

Oxidante: H N 0 3 Reductor: H2S Forma oxidada: S Forma reducida: NO

<4 BALANCE DE REACCIONES Aum enta 0 EO +2 Fe -------. Fe + 2e~ Reducción. Sustancia o especie que gana electrones. Disminuye algebraicam ente su estado de oxidación lla­ mado: Agente oxidante u oxidante.

Dism inuye EO +7 Mn + 5e~

.

+2 . Mn

Al realizar el balance de una ecuación quím ica debe satisfacer la siguiente condición: El número de átomos en el prim er miembro debe ser igual al número de átomos de los m ismos elem entos en el segundo miembro, ya que la materia no se crea ni se destruye solo se transform a (ley de Lavoisier).

Métodos T anteos. Consiste en tantear los coeficientes de la ecuación y se realiza en ecuaciones sencillas. Se recom ienda em pezar por los elem entos metálicos; no m etálicos, hidrógeno (H) y por último oxígeno (O).

Q

E je m p lo s :

Balancear:

1.

1.

Reacción: N2 + H2 —► NH, Ajuste: • 1N, + 1H, — 2NH N, + 3H,

Sea d = 1 » a = 2 = c = 4 ..(C)

Así: 2b = 2(4) + 3(1)

2 C 0 2 + 3H20

..(H)

M ultiplicam os por 2: a = 4; b = 11; c

2.

Resolución:

Pb3(P 0 4)4 + H2

5.

5 incógnitas ) 4 ecuaciones /

Cu: a : : C H : b : 2e

...(P b)

4H 2P 0 4 + 3Pb

IP b ^ iP O J , + H2

-(P 0 4)

4H 3P 0 4 + 3Pb

1 Pb3(P 0 4)4 + 6 H2

Reem plazando en (I) y (II):

4 H 3P 0 4 + 3Pb

1Pb3(P 0 4)4 + 6 H2

2 = 2c + d 5 = 6c + d

16

..(!)

N : b = 2c + d O : 3b = 6c + d + e

..(II)

Sea e = 1 =* b = 2

c = 3/4 =■a d = 1/2

comprobación ( O) M ultiplicando por 4:

Reacción: H2S 0 4 + AI(O H)3 —►AI2(S 0 4)3 + H20 Ajuste:

a = 3;

3H2S 0 4 + 2AI(OH)3 —

3Cu + 8 HNO 3 —

AI2(S 0 4)3 + 6H 20

b = 8;

c = 3;

3 C u (N 0 3)2 + 2 N 0 + 4H20

Se les asigna coeficientes literales a cada sustan­ cia presente en la ecuación química. Como el número de átom os en ambos miembros debe ser el mismo, igualen los elem entos form an­ do un sistema de N incógnitas y N - 1 ecuaciones. Como nos falta una ecuación para resolver el sis­ tem a damos un valor numérico (el mínim o a cual­ quiera de las incógnitas) y se resuelve el sistema. Si falta otra ecuación se asume otro valor numérico más a otra variable, de tal manera que cumpla el balance respectivo. Como los coeficientes deben ser números enteros a los valores obtenidos (fraccionario), se les m ulti­ plica por su común denom inador y el resultado se reem plaza en la ecuación original. Por último se verifica la ecuación.

d = 2;

e = 4

3Cu( N 0 3)2 + 2NO + 4H 20

Reacción: H N 0 3 + Cu —► C u (N 0 3)2 + NO + H20 Ajuste:

Reglas:

4.

-* c C u (N 0 3)2 + dNO + eH20

aCu + b H N 0 3

Coeficientes indeterminados o algebraicos. Se utiliza para balancear ecuaciones químicas más complicadas.

3.

C u (N 0 3)2 + NO + h 2o

Cu + H N 0 3 -

1Pb3(P 0 4)4 + H

8 H N 0 3 + 3Cu —

2.

d = 2

H3P 0 4 + 3Pb —

16

112

-* 8 S 0 2 + 2Fe20 3

..(O)

2C ,H , + 7 0 , —► 4 C 0 2 + 6 H ,0

1.

4 incógnitas 3 ecuaciones

2 C 0 2 + H20

artificio Multiplicando todo por 2:

5.

c S 0 2 dFe20 3

Fe a = 2d S 2a = c O 2b = 2c + 3d

,.(H)

r 0 2 — 2 C 0 , + 3 H ,0

4.

325

Resolución:

- 2NH3

Reacción: H3P 0 4 + Pb Ajuste:

■

S 0 2 + Fe20 3

FeS2 + 0 2 —

aFeS, + bO,

+ 0 2 —► C 0 2 + H ,0 Ajuste: 1C^H6 + 0 2

u ím ic a

*■ C 0 2 + MnO + H20 + K2C 0 3 Resolución: aKMn04 + bC6H120 6

* cC02 + dMnO + eH20 + fK2C 03

K: a = 2f...(ot)

C : 6b = c + f

Mn: a = d

H : 12b = 2e => 6b = e ...
...((5)

...(0)

O: 4a + 6b = 2c + d + e + 3f Asum iendo: f = 1 a = 2 d = 2

■- -(X >

P en y: 4(2) + e = 2c + 2 + 3 + 3(1) c = 3/2

E n 6 : b = 5/12 =» e = 5/2 Por 12: a = 24;

b = 5;

c=18;

24KM n04 + 5C16H120 6 —

d = 24;

e = 30;

f = 12

18C 02 + 24MnO + 30H2O + 12K2C 0 3

M étodo redox. Se basa en el cam bio del estado de oxidación (EO ) que experim entan algunos elementos dentro de una reacción química. Es decir consiste en determ inar los elem entos que se reducen y se oxidan.

326

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Reglas para hallar EO

Pasos:

1.

1.

Asignar a todos los átom os su EO.

2.

Ver quienes ganan o pierden electrones y determ i­

La carga negativa se le atribuye al átomo más elec­ tronegativo.

2.

Todo elem ento que se encuentre en su estado libre

ne cuantos electrones pierden o ganen.

o molecular, su EO es cero. 3.

E je m p lo :

Si hay más de un átomo que pierde o gane electro­ nes en una unidad fórmula, determ inar la pérdida o

0

0

H2 3.

02

0

0

0

Fe

Ca

ganancia total por unidad fórmula.

P4

El hidrógeno siem pre actúa con EO = +1, excepto

4.

ra que el número de electrones ganados sea igual

cuando se combina con los metales (hidruros) que

al número de electrones perdidos. Introduciendo el coeficiente apropiado delante de la fórm ula de

actúa con EO = - 1 . E je m p lo :

cada uno en la parte izquierda de la ecuación (ver +1 Na

4.

ejemplos).

-1=0 H

5.

Com pletar el balance de la ecuación por tanteos.

El oxígeno siem pre actúa con EO = - 2 excepto

Primero balanceam os los átomos que han ganado

en los peróxidos que actúa EO = - 1 y cuando se

o perdido electrones, segundo los átomos diferen­

combina con el flúor actúa EO = +2

tes al O y al H. te rce ro los á tom os de H y fin a l­

E je m p lo :

m ente los O.

Peróxido: H20 2

Aplicaciones:

+1 - 1 h2 o2

1.

2 (+ 1) + 2 (-1) = 0

Balancear: HNO , + H2S —+ NO + S + H20

Flúor: F20

Resolución: 1 +2 f2 o

5.

Se m ultiplican por factores adecuados de tal m ane­

2( 1)

1(-2) = 0

Pasos: ■2e

Los metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) (Grupo IA) siem pre actúa EO = +1. H N 0 3 + H2S

6.

Los metales alcalinos tórreos (Be, Mg, Ca. Sr, Ba, Ra). Grupo IIA siem pre actúa EO = +2.

7.

—

NO + S + H20

- 5 ¡______ ¿3e_______ | -2 reduce

La suma algebraica de los EO de los elem entos en un com puesto neutro es Igual a cero y:

2e x 3

i 2H N O , + 3H2S —

I EO(com puesto) = 0

(neutro)

I EO(radical)

(n: carga radical)

= n

I

i 2NO + 3S - H20

-U -.U _____

í

n.° e transferidos = 6

Determ inar los EO del no metal en los siguientes compuestos:

- 6e

a. HNO, -1

x

2

+1

+ x + 3 ( —2 )

- 0

. x =

-5

5°

HNO,

I----------------------- 1 2HNO , + 3H2S — 2NO + 3S + 4 H 20

b. N a H B „0 ? •1

+ 1 x

-2

=» + 1

+1

i 4(x) + 7 ( - 2 ) = 0

x =

H: 2(1) + 3(2) = 8

l 3

Na H B4 0 7

O: 2(3) - 6

c. Ca(HS20 7) +2

i 1 x

- 2

2. ^

= 2 + 1 + 2íx)

• 7 ( —2 ) = 0

= x =

Balancear:

+6

KMn04 + FeSQ, + H,S04 — K.SO, + MnSO, +

Ca (H S2 0 7)

Fe2(S04), + H 20 d. (NH4) - ’ /x -n + 1

,

1(x) + 4 ( + 1 ) -

• 1

o

x = - 3

i

Indicar.

coef . oxidante ----- --------— -— coef. reductor

Q

Resolución:

( + 4) - ( + 6) = -2 e

u ím ic a

■

32

x 5

oxidación

K M n 0 4 + 2 F e S 0 4 + H2S 0 4 —

K2S 0 4 + M nSO „ + Fe2(S 0 4)3 + H20

| _________________(4-7) - ( + 2) = + 5e

■2 |

reducción

-10e" | reductor

J

2KM nO„ + 10FeSO4 + H2S 0 4 + 10e - » K2S 0 4 + 2 M n S 0 4 + 5Fe2(S 0 4)3 + H20 oxidante Por tanteo: 2 K M n 0 4 + 10FeSO4 + 8H2S 0 4 — Oxidante: KMnO„ Reductor: F e S 0 4

K2S 0 4 + 2 M n S 0 4 + 5Fe2( S 0 4i 3+ 8H20

. Coef. oxidante _ 2 „ 1 " Coef. reductor 10 5

t e l W i ...................... .................... ......... ..... i Regla práctica para determinar el número de electrones ganados o perdidos i Al estado de oxidación de los elementos de la sustancia reaccionante se le resta algebraicamente el estado de oxidaI ción del mismo elemento de la sustancia resultante. i Si la diferencia es positiva nos Indicará que el n.° de electrones ganados y si es negativa el n.° de electrones perdidos. 3.

Balancear K M n 0 4 + KCI + H2S 0 4 —* M n S 0 4 + K2S 0 4 + Fl20 + C l2 e indicar el coeficiente del reductor. Resolución:

-2

( - 2 ) - (0) = - 2 e “ x 5

O

oxidación

j

|

K M n 0 4 + 2 K C Í + H2S 0 4 —* M n S 0 4 + K2S 0 4 + H20 + C l2 j

(+ 7) - (+2) = + 5e > 2

í

reducción balance de ( S 0 4)

2KM nO„ + 10KCI + 8H2S 0 4 —►2 M N S 0 4 + 6K2S 0 4 + 8H20 + 5Cf

—

~~ balance de K

reductor: KCI

4.

coef.: 10

Balancear e Indicar el coeficiente del oxidante: K2Cr20 7 + H2S + H2S 0 4 —* Cr2( S 0 4)3 + S + K2S 0 4 + H20 Resolución: ( - 2 ) - (0) = - 2e >. 3

-2

oxidación

K2Cr20 7 + 3H 2S f H 2S 0 4 —.

12

( + 12 ) - (+ 6) = + 6e reducción

Oxidante: K2C r20 7; coef. = 1

x 1

Cr2( S 0 4)3 + 3°S + K2S 0 4 + H20 + 6

328

5.

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Balancear e indicar la suma de coeficiente de la forma oxidada y la form a reducida: Cl, + KOH

—*

KCIO, + KCI + H ,0

Resolución: (0) - (+5) = - 5e

< 1 Forma

oxidación

3CI, + KOH

—

I coef. = 1 + 5 = 6

I oxidada

KCIO,

+ 5KCI + H ,0

(0) - ( - 1 1 = + 1e

5

Forma reducida

reducción

6.

Indicar la suma de los coeficientes de los productos: H20 2 + K M n 0 4 —► M n 0 2 + KOH + 0 2 + H20 Resolución: ( - 2 ) - (0) = - 2 e“

X

3

¡0

_ 2[

3H 20 2 + 2 K M nO j

2 M n 0 2 + 2 K 0 H + 3 0 2 + 2H 20

( + 7 ) - ( + 4 )= + 3 e

7.

3 coefp —2 + 2 + 3 + 2 — 9

- 2

¿Cuál es la cantidad de electrones transferidos en: H N 0 2 + K M n 0 4 + H2S 0 4 —

H N 0 3 + M nS 0 4 + K2S 0 4 + H20

Resolución: (+ 3) - (+5) = - 2 e x 5

5 H N 0 2 + 2 K M n 0 4 + 3H 2S 0 4 —

5 H N O , + 2 M n S 0 4 + K2S 0 4 + 3 H 20

(+7) - (+2) = +5e x 2

n.° e transferidos = 10 Señalar la suma de coeficientes de los productos:

( + 3 ) - ( + 6) = - 3 e

-3

( - 3 ) — (+21) = -2 4 e 21

C r l3 + C l2 + KOH

—► 3 K I 0 4 + K2C r 0 4 + 2KCI + H20 ( 0) - ( - 2 ) = +2 e

-27 e x 2

Cr I, + C l, + KOH —

3 K I0 4 + K2C r0 4 + 2KCI + H ,0 +2 e

2Crl, + 27CI2 + 6 4 K 0 H —

X

27

6 K I0 4 + 2K2C r 0 4 + 54KCI + 32H20

S coefp = 6 + 2 + 54 + 32 = 94 9.

Balancear: A s2S3 + M n (N 0 3)2 + K2C 0 3 —► K3A s 0 4 + K2S 0 4 + K2M n 0 4 + NO + C 0 2 Hallar: Q = (3 coef. - 2 )12

Q

u ím ic a

■

329

Resolución: -4 e + 10

6 -2 4 e -

+

6

3- 2

+ 5

+ 2 +5

A s2S3 + M n (N 0 3)2 + K2C 0 3 —

+

+2

+6

2K3A s 0 4 + 3k2S 0 4 + K2M nO„ + 2 N 0 + C 0 2

__________________ -4e ____________________ j +4

+6 e '

+ 10

-2 8 e

X

1

I 1 2K3A s0 4 + 3k2S 0 4 + K2M n 0 4 + 2NO + C 0 2

r n A s2S3 + M n (N 0 3)2 + K2C 0 3

+ 2 e x 14 n.° e transferidos = 28 A s 2S3 + 1 4 M n (N 0 3)2 + 20K2CO 3 —

2K3A s 0 4 + 3K2S 0 4 + 14K2M n 0 4 + 28NO + 20CO 2

I coef. = 1 + 14 + 20 + 2 + 3 + 14 + 28 + 20 = 102

Q = (102 - 2)1'2 = 10 Sum ando 8 H ' al prim er m iem bro se igualan las cargas a ambos m iembros. 5Fe2' + M nO ¡ + 8H* —+ 5Fe3' + Mn2'

M étodo ión electrón. Es aplicable a la reacción redox donde el agente oxidante y reductor se encuentran en soluciones y la reacción se produce según el m edio en que se encuentran ya sea ácido, básico o neutro.

c.

Pasos: 1. 2.

3.

5Fe2+ + M n 0 4 + 8 H ' —

5Fe3+ + M n 2+ + 4H 20

Balancear en m edio ácido:

Se realizan los m ism os pasos que al anterior (re­ dox) hasta el paso 4. Se igualan las cargas en ambos lados de la ecuación.

H2S 0 3 + M n 0 4 —► S 0 4 + M n+2 Hallar la I

Medio ácido: se añaden iones H+ M edio alcalino: se añaden iones (OH) Medio neutro: se añaden iones H *o OH a formar H20 Se ¡guala el H agregando H20 . Si al llegar a este punto, las demás operaciones han sido efectuadas correctam ente al ajustar los átom os de H ajustam os tam bién los átomos de O y quedará igualada la ecuación final.

coeficientes de los productos.

Resolución: —2 e

r

X

5

“

i

5 H 2S 0 3 + 2 M n 0 4 —

5 S 0 4 + 2M N2+

| _______+5 e x 2_______ J

5 S O ; + 2Mn

5 H ,S 0 3 + 2 M n 0 4

+ 4H+

E je m p lo s : 1.

Balancear la ecuación en m edio ácido: Fe2' + M n 0 4 — Fe3' + Mn2,

r

-1 e x 5

3.

1

Balancear en m edio ácido: C r20 2" + NO ¡ — Cr+3 + N 0 3

—► Fe + M n2

Fe2+ + MnO

+5e~

L_

5Fe2* + M n O ;

+ 4H+ + 3H20

2 coeficientes,, = 5 + 2 + 4 + 3 = 14

Resolución: a.

5 S 0 4 + 2Mn

5 H ,S 0 3 + 2 M n 0 4

X

1

5Fe3' + M n2*

b. Carga neta del prim er miembro: (+10F e; - 1 M n 0 4) = + 9 Carga neta del segundo miembro: (+15Fe; + 2M n) = + 17

T

Hallar el coeficiente del H20 Resolución: -2 e' x 3 +6

I

+3

+3

Cr20 7

3N 02 —

+ [ 12

+6 e

X

1

+5

2C r + 3 N 0 3

+Í6

330

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

-5

Balancear en medio básico: |S n(O H )4] 2~ + (CIO .) 1 _ * [Sn(O H )6j2' 2Cr*

Cr20 2 + 3 N O ¡ + 8 H

4.

3 N 0 ; + 4H ,0

Coef. (H;,0 )

Coef.: (H20 ) = 4

e indicar:

Balancear en medio ácido e indicar la suma de coeficientes estequiom étricos.

Resolución:

SFe + N O ; —

Cl

Coef. oxidante -2 e x 3

NO + SO,. + Fe3' 3 Sn(OH)

Resolución:

+ |C I 0 3|

-*

3[S n(O H )6|

+CI

-1 e oxidante

-8 e I -2

+2

+6 e ' x 1

1

+5

S Fe + N O ;

NO +

so: +

Fe

3[S n(O H )4J2 + (CI03)' + 3H20 —►3 [S n (O H )6|2 + Cl

í +3e I Es igual a H agregando H20 Coef. H 20 _ 3 __ 3 Coef. oxidante ~ 1

r

£ S Fe + 3 N 0 3 —

3 N 0 + S O ; + Fe En una de las etapas de la extracción de cobalto a partir del mineral, se produce la siguiente reacción en medio básico: CoCI2 + OCI —► Co(OFI), + Cl . Balancear y determ inar la suma de los coeficientes estequiom étricos:

+3 e x 3

-3

+1

4 H ' + SFe + 3 N 0 3 — 3 N 0 + S 0 4 + Fe3^ * 2H20 X coef. = 4 + 1 + 3 + 3- f 1 + 1 + 2 = 1 5

Resolución:

- 1 e '2

B a la ncearen medio básico: N 0 2 + M n O ¡ —. M nO 2 + N 0 3

2Co C l2 + (OCI)

Resolución: -2 e

X

r

i

NO ¡ + 2 M n 0 4 —

j

2MnO¡

2CoCI2 + (OCI) no

Se ajusta el Cl. Se agrega 4 (0 H ) al 1 .er miembro, balanceando las cargas.

2M n04 + N 0 3

Carga neta primer miembro (—1N 0 2; - 2 M n 0 4) = - 3

2CoCI2 + (OCI) + 4(0H )“ —

Carga neta segundo miembro (~4M n04; - 1 N 0 3) = - 5 Sum ando 2( OFI) ~ en el primer m iembro se igualan las cargas de ambos m iembros N 0 2 + 2 M n O ¡ + 20 F T — 2M nO ¡ + N 0 ¡ + H20 Al balancear en medio básico: (C I0 3)~ + Cr 3 —

■2 Col O H ), + 5 C I"

;

+1e >2 |

N 0 2 + 2M nO ; —

2 C o (O H )3 + Cl f 2 e >1

1

Cl 1 + (Cr0 4r 2

Hallar el coeficiente del H ,0 . Resolución: -3 e x 2

2Co(OH)3 + 5CI

El H; con H20 2CoCI2 + (OCI) + 4(OH) + H20 —

2Co(OH )3 + 5CI

S coef. = 2 + 1 + 4 + 1 + 2 + 5 = 15 9.

Equilibrar la ecuación de la oxidación del cobre por el H N 0 3: aCu + bHNO, —► c C u (N 0 3)2 + d N 0 2 + eH20 Indicar el coeficiente incorrecto: a) a = 1

b) b = 4

d) d = 1

e) e = 2

c) c = 1

Resolución:

Icio,

2Cr

Cl + 2(C rO ,

-¡-6 e (C I0 3r + 2C r3~ — Cl + 2(CrO„)2~ +5 -5 (CIOJ- + 2CrJ- + 10(OH)“ — Cl + 2 [C r0 4]2' + 5H20 Coef. H ,0 = 5

(0) - ( + 2 ) = - 2 e

<1

oxidación

Cu + 2 H N 0 3 —*

C u (N 0 3)2 + 2 N 0 2 + H 20

j________ reducción________j (= 5 )

( + 4) = +1 e

x 2

Q

b = 4;

c=1;

d = 2;

(0 ) - ( +

331

) =

- 1

'

e

-3

~

^

4P — P H 3 + 3 (H 2P 0 2)í (0) - (-3) - - 3 e í

Balancear en m edio básico: P — PH3 + H ,P 0 2

4P + 3(O H )- + 3H20 —

Indicar los coeficientes del OH y el H20

PH3 + 3(H2P 0 2)

v coef : 3 * 3 = 6

RESUELTOS

PROBLEMAS 1.

1

i

e = 2

.-. oxidante: 0 3: reductor: Cu 10.

■

Resolución:

Por tanteo se ajusta: N Cu + 4 H N 0 3 — C u (N0 3)2 + 2NO, + 2 H ,0 a = 1;

u ím ic a

Q '

Resolución:

Al balancear por tanteo a la ecuación química: M n 0 2(KÍ + HCI(ac| —►MnCI2(acl + Cl2(g, + H20 ((|

Proceso de combustión completa del hidrocarburo:

Hallar la suma de coeficientes.

C„H2n _ 2

R e s o lu c ió n :

C„H2n_2 + aO, — b C 0 2 + CH20 Desarrollam os el balanceo y se tiene:

Se tiene la reacción siguiente: M n 0 2 + HCI — MnCI, + Cl, * H;0

C„H2n. 2 +

Aplicando el m étodo del tanteo la ecuación balan­ ceada es: M n 0 2 + 4HCI —* MnCI, + Cl, + 2 H ,0

_

n C 0 2 + (n + 1)H2C

Así tenem os: a =

^ = 1,5n + 0.5; b = n

a

c = n + 1

Luego, es incorrecto: II .-. I coef. = 1 + 4 + 1 + 1 + 2 = 9 4. 2.

guientes proposiciones es incorrecta:

La reacción siguiente se emplea en la obtención de cloro en m edio ácido: HCI x K,C r20 7 — Cl2 + CrCI, + KCI

2Fe + 3H¿0 —

(sin balancear)

Para la siguiente reacción, indique cuál de las si­ Fe20 3 + 3H2

I. El Fe es el agente oxidante. II. Se transfieren 6 electrones. III. El H20 se reduce.

Balancear la reacción e indicar como resultado de coeficientes de productos de la reacción global. Resolución:

IV. Es una reacción redox. V. Es una reacción de desplazam iento simple.

En m edio ácido se desarrolla el siguiente proceso redox:

R e s o lu c ió n :

( - 1,

Proceso redox: 2F°e + 3 H ,0

t

-6 e

—

t

oxidación

l e O

t

t

Agente reductor (se oxida) Fe.

•

Se transfieren 6 e Es una reacción redox de desplazamiento simple.

Balance final: K, Cl, H20 14HCI + K2Cr20 7 —►3CI2 + 2CrCI3+ 2KCI + 7H20

Considere la reacción de combustión de un hidrocar­ buro con fórmula CnH2ni2 (“n” es un número entero) C„H2rt2 + a 0 2 —* b C 0 2 + cH20 Indicar la veracidad (V) o falsedad (F) de las si­ guientes proposiciones: II.

I coef. (prod.) = 7 sin incluir el H20 5.

.. Es incorrecto: I

b = n

c = n + 2

En un laboratorio hacemos reaccionar un trozo de cinta de magnesio con oxígeno atmosférico, ha­ ciendo uso de un m echero Bunsen; a continuación, el sólido blanco obtenido lo añadim os en un vaso conteniendo agua produciéndose el hidróxido res­ pectivo. Indicar cuál de las siguientes proposicio­ nes es correcta. I.

III.

( - 3)

C l, * 2 C rC I3 + KCI

*6 e -1 Balance electrónico: 6HCI + K2Cr20 7 - * 3CI2 + 2CrCI3 + KCI

+6 e reducción

•

I.

(0 )

—

3¡1

Se observa: • Agente oxidante (se reduce) H ,0 .

3.

( - 6)

2H Cl + K; C r.O

a = 1,5n + 0,5

La primera reacción es redox y la segunda es de neutralización.

332

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. La primera es redox y se transfieren en total 2

8.

electrones. III. La primera no es redox y se transfieren en total

^ 3 P 0 4iaci 'F Ca(OH )2(ac)

2 electrones. IV. La primera es redox y la segunda es una reac­ ción ácido-base. V. La primera es redox y la segunda es de adición, no redox.

Para la reacción química siguiente no redox: H3P 0 4 + Ca(OH)2 — Ca3(P 0 4)2 + H20 Su balance se desarrolla por el método del tanteo. Ca — P — H — O Tenemos:

En un laboratorio se desarrollan los procesos: 0 0 Mg + 0 2

2H3P 0 4 + 3Ca(OH)2 —

- 2- 2 —*■ M gO

L -f

Ca3(P 0 4)2 + 6H 20

.-. El coeficiente del H2O e s 6.

1 1

9.

Corresponde a una reacción redox (oxidación del Mg). •

► Ca3(PO„)2(ac) + H20 (1|

R e so lu c ió n :

Resolución:

•

Al balancear la siguiente ecuación química, deter­ m inar cuál es el coeficiente del H20 .

Indicar la pareja incorrecta: I.

CO (gl + 2H2(g) —► CH 3O H()) Reacción de adición.

MgO + H20

—

M g(O H)

II. Fe20 31s] + 3CO (g} —► 2Fe,s) + 3 C 0 2jgl Reacción de doble desplazam iento.

6.

Reacción de adición no redox.

III. TiCI4(1) + 2H 20 (i) - + T i0 2(s) + 4H C Iig|

Determ inar cuál de las siguientes reacciones no es del tipo redox (reducción-oxidación):

IV. 2N 20 5(g) —

Reacción de doble desplazam iento. 4 N 0 2(g) + 0 2(g)

Reacción de descomposición. I-

N2(g) + 3H2(g)

► 2NH3(g)

V. Z n(g| + H2S 0 4lac] —► Z n S 0 4(gl + H2(gl

II. Z n(s) + 2HCI(ac) —► ZnCI2(ao) + H2lg) III. Fe(s) + H2S 0 4lacl

Reacción de desplazam iento simple. R e s o lu c ió n :

IV. HBr(acl + NaOH,ac) — V. 4N H 3(g)+ 5 0 2(gl —

NaBr(acl + H20 (l)

4 N 0 (g)+ 6 H 20 (l)

De la lista de reacciones del problema, todos llevan nombre correcto excepto: •3

1 ) ( + 1 ) ( - 2)( + 1)

HBr + NaOH

(4 1 )(-1 )

—*

NaBr + H20

Identificar una reacción redox: I.

ZnO (g) + HCI(ac) —► ZnCI2(acl + H20 (|>

II. CuO (s) + HCI(ac) —► CuCI2(ac) + H20 (l) III. N20 3(gl + H20 (l) —

H N 0 2(ac|

IV. Cl2(g) + NaBr(ac) —

NaCI(ac| + Br2(l)

V. NH4CI,g) —

í

NH3(g| + HCI(gl

Pues como se observa, es una reacción redox, mientras que las reacciones de metátesis que son de doble desplazam iento no son redox. 10. Una reacción puede representarse m ediante el llam ado perfil de reacción que m uestra la dife­ rencia en contenido energético entre reactantes y productos. Por ejem plo, se tiene la siguiente reacción: A + B —► C + D, entonces su perfil de reacción podría ser: Energía (kj/m o l) C + D

Resolución: Sabem os que la reacción redox es aquel tipo de reacción quím ica donde ocurren los procesos de: Oxidación: pérdida de e . Reducción: ganancia de eó De forma sim ultánea esto se verifica por los cam ­ bios en los estados de oxidación. C l2 + NaBr —

1

-4

(+ 1 )(-2 )

Es de metátesis o doble desplazam iento, como se observa no es redox, ya que no existen cam bios en los estados de oxidación.

7.

0

—► Fe + C 0 2

•------- 1--------- 1

La reacción química siguiente: í+ 1 )(

-2

Fe20 3 + CO

Resolución:

T

NaCI + B°r2

i

reducció n ____________________ oxida ció n

25-

A + B

/

Sentido de la reacción ¿Qué nos indicaría este gráfico? I. El calor liberado en la reacción es 33 kj/m ol. II. La reacción es endotérmica. III. El cam bio de entalpia (AH) es + 3 3 kJ/mol.

Q

u ím ic a

■

333

II. La estequiom etría es la parte de la química que se encarga del estudio de la composición de las

Resolución: Se tiene la gráfica siguiente:

sustancias. III. Se trata de una reacción de combustión:

(kJ/mol)

^ 3^ 8(3) + ^ 2
C + D

energía.

Resolución: Respecto a las reacciones químicas: 25-

A + B

/ I

transformación quím ica de las sustancias, se representa mediante una ecuación química.

Avance De acuerdo a esto podem os afirmar: I.

II. Verdadero El estudio del análisis cuantitativo de las reac­ ciones y la composición de las sustancias se denomina: estequiom etría.

Incorrecto Se trata de una reacción endotérmica, por lo que la energía es absorbida.

III. Verdadero Las reacciones de com bustión son reacciones

II. Correcto De acuerdo al contenido energético (E): E (A + B) < E (C + D) reactantes

exotérm icas donde participan los combustibles: C 3H8(g) + 0 2(„ —► C 0 2,:g) + H20 (al

productos

Propano

Corresponde a un proceso endotérmico. III. Correcto El cambio de entalpia (AH) AH = E(C + D) - E(A + B) AH = 58 - 25 =» AH = + 3 3 kJ/mol

Se aprovecha la energía liberada. 13.

Indicar lo incorrecto, acerca de los tipos de reac­ ciones. I.

.-. Son correctos: II y III 11.

Una reacción endotérm ica es aquella en que: I.

Dos o más elem entos se combinan para dar un producto.

II. Necesariam ente se realiza en dos etapas. III. Los reaccionantes no son consumidos total­

Descomposición: 2 K C I0 3(s) — 2KCI(S) + 3 0 2(gl

II. Adición combinación NH3(g) + HCI(s NH3(gl Y n — NH4CI(sl III. Metátesis AgCI(s) + N a N 0 3lac) IV. Desplazamiento: F e S 0 4lacl + Z nl£l

mente sino que llega a un equilibrio entre reac­ cionantes y productos.

Verdadero C orresponde a un proceso donde ocurre la

► Z n S 0 4(acj + Fe(s¡

V. Isomerización: C H 3CH 2CH 3(gl —

IV. Libera calor a m edida que se va realizando.

CH 3 - CH - CH3|gl

V. Hay que darle calor para que pueda realizarse. Resolución: Reacción endotérm ica. Es aquella reacción quí­ mica que para que se desarrolle se debe absorber energía, esto se debe a que los reactantes poseen m enos energía que sus productos.

CH3 Resolución: Tipos de reacciones: I.

Descomposición: A -» B + C + D + ... 2 K C I0 3 — 2KCI + 3 0 ,

II. Adición combinación: A + B + C + ... —> Z NH3 + HCI — NH4CI III. Metátesis: AB + CD —►AD + BC NaCI + A g N 0 3 — AgCI + N a N 0 3

12.

Indicar con verdadero (V) o falso (F) las proposicio­ nes siguientes: I.

IV. Desplazamiento: A + BC — AC + B Zn + FeSO„ —► Z n S 0 4 + Fe V. Isomerización: Se modifica la estructura del

Una reacción quím ica se describe de manera

compuesto, sin alterar su composición, se pro­

abreviada por m edio de una ecuación química.

duce un isómero.

334

■

C

o l e c c ió n

U

CH 3C H ,C H 3

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

CH , - C H - CH 3 I CH,

Adem ás el hierro m étrico se obtuvo por ganancia de 3 e , su peso equivalente es: PE(Fe) = í y - = ^

c 3h 8

no son isómeros (incorrecto) 14.

16. Determinar el tipo de ecuación química siguiente: NH4CNO ,, —

Relacionar las columnas: I.

II. Doble desplazam iento

urea

Resolución: De acuerdo a la reacción química siguiente:

III. Isomerlzación

NH.CNO —

IV. Descomposición

CH.

C)

Zn(sl + C u S 0 4(ac)

ZnSO,,

D)

NaCI,.., T AgNO. .

la sustancia, pero se mantiene su composición. CH - O 4- C u(s)

AgCI(ac¡ + NaNO „

Resolución: Nombre - ecuación química correctos: Sustitución (desplazam iento) Zn + C u S 0 4 —► ZnSO., + Cu

II. Doble desplazam iento (metátesis) NaCI + AgN C 3 — AgCI + NaNO:, III. Isomerización: CH2 - CH - OH —

NH2CO NH2

Se observa que se ha m odificado la estructura de

caiHr. NH3l,„ , 21,Cl,,

B) CH2 - CH - OH —

I.

NH2CO NH2,ac

cianato de amonio

Sustitución (desplazam iento sim plei

A) NH.C-

= 18.67

c 4h 10

CH 3 - CH - O

Am bos poseen por fórm ula N^H4CO por lo que la reacción es de hechizárnoslos. 17. La descom posición de un com puesto químico en sus elementos por acción del calor se denomina: A) D)

Ionización Pirólisis

B) Sublimación C) Electrólisis E) Autólisis

Resolución: Pirólisis es la reacción química producida por efec­ to del calor. 18. Dada la gráfica adjunta, indicar qué proposición no es correcta.

C ,H40 IV. Descomposición: n h 4c i

NH3 -

1, C|2

ó

La relación correcta es: le, lid, 11Ib. IVa 15.

El hidrógeno gaseoso reacciona con el óxido fé­ rrico, Fe20 3, a tem peraturas elevadas para formar vapor de agua y hierro. Si se obtuvieron 826 g de hierro mediante esta reacción, ¿cuál fue la masa

I.

de oxigeno del óxido y cuál la masa equivalente

II. La energía del complejo activado es 80 kcal/mol.

(Eq) del hierro? PA (O = 16: Fe = 56)

III. La energía de activación vale 60 kcal/mol.

Resolución: De acuerdo al enunciado del problem a se produce 826 g de hierro (PA = 56), según:

V. AH < 0

r

Resolución: ' E (kcal/mol)

2 mol 2,56 g 826 g (dato)

m = 162° XX58626 = 1180 g (Fe20 3) El cual posee de oxígeno la cantidad: 48

1180 x ^

S "\

2F°e + 3H20

Luego, la masa del óxido “m ” empleado es:

mr,

IV. La entalpia de la reacción es de 20 kcal/mol.

1 —

1 mol 160 g m

Es una reacción endotérmica.

= 354 g

/ Ea 40

20

\C + D AH

A + B

0

Avance de la reacción

Analizando la gráfica: E r = 20

Complejo activo (CA)

kcal mol

Q

21.

E = 40

• •

tp mol EP > E r => Reacción endotérmica

kcal TñoT

R e so lu c ió n :

X

-2

-f 1 4-1

3 (+ 1 ) = 0 x — +3

+

2(x)

+

X

x +1+ 2

-2

+

x

K H2 P 0 4

= ^CA ~ c Qn kcal on kcal _ cr. kcal E* = 80 ™ í " 20 moT - 60 moT Por lo tanto, V es falso 2 2 .

19. Una de las siguientes reacciones es de metátesis o doble desplazam iento. ¿Cuál es?

x

p

3( + 1)

-2

+

03

=

0

x =

+

4 (-2 ) +5

x + 3 (-2 ) x = +3

=

=

0

0

réntesis.

B) C3H8 + 5 0 , —* 3 C 0 2 + 4H20 D) 3CuO + 2N H 3 —

F1

h3

3( — 2) +3

=

Marque la relación correcta, respecto al radical y al índice redox, del elem ento que se señala en pa­

A) B) C) D) E)

2H 20

C) H2S + C a(OH )2 — E) 2 N a H C 0 3 —

i-1

h3

P2 0 3

Energía de activación:

A) 2H2 + 0 2 —

x

X

P or, kcal

AH > 0

•

335

Determ ine los estados de oxidación del fósforo en: PH3; P20 3; KH2P 0 4; H3P 0 3 (en ese orden).

Entalpia de reacción: AH = EP - Er « lj kcal AH = 40 TnoT~~

■

u ím ic a

CaS + 2H20 N2 + 3Cu + 3 H .0

Na2C 0 3 + C 0 2 + H20

Sulfito: (S) ; EO = + 6 Fosfato: (P); EO = + 3 Cloruro: (Cl); EO = + 5 Biselenuro: (Se); EO = - 2 Nitrato: (N); EO = + 3

Resolución:

R e s o lu c ió n :

A) Incorrecta i * ~2 r 2 Sulfito: ( S O ) => x + 3 ( - 2 ) = - 2 =* x = + 4

Las reacciones de metátesis son de las de doble desplazam iento o doble sustitución:

B) Incorrecta H2S + Ca(O H )2 —

x

CaS + 2H20

Cloruro: ( c i)

20. A un estudiante se le encarga verificar experim entalm ente si una sustancia X y otra Y, ambas en solución acuosa, reaccionan o no químicamente. ¿Cuáles de las siguientes m anifestaciones produ­ cidas, al poner en contacto las dos soluciones, son prueba inequívoca que se produjo una reacción química? La densidad resultante es mayor que 1. El calor resultante es diferente alde la solu­ ción X. III. Se form a un precipitado. IV. Se desprende un gas. A) D)

Solo II III; IV

B) I; II E) I; II; III; IV

-3

=> x + 4 ( - 2 ) = - 3 => x = + 5

C) Incorrecta

Por lo tanto, la alternativa correcta es: C

I. II.

2

Fosfato: (p 0 4)

=> x = - 1

D) Correcta / -1

X \-1

Biselenuro: (H Se) E) Incorrecta i x ~2 Nitrato: (N 0 3)

=> +1 + x = - 1 => x = - 2

=>x + 3 ( - 2 ) = - 1

=> x = + 5

Por lo tanto, la relación correcta es: D 2 3 .

En la gráfica:

C) II; III

R e s o lu c ió n : Las evidentes de una reacción química son: • • • •

Cambio de olor, color y sabor. Liberación de gas. Formación de precipitado. Variación de energía por lo que puede ser en­ dotérm ica o exotérmica. • Luego, solo corresponden III y IV, porque en algunas reacciones, no hay variación de tem ­ peratura. Por lo tanto, la alternativa correcta es: D

Se cumple: A) B) C) D) E)

I: reacción endotérmica II: reacción exotérm ica I: AH = 30 kJ/mol II: AH = - 1 9 0 kJ/mol En la reacción:

A - D + E; la energía de activación es 310 kJ/mol

336

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución: I. II. I. II.

D) Agente oxidante: coeficiente 3 E) Agua: coeficiente 3

Reacción exotérm ica: AH = - 3 0 kj/m o l Reacción endotérmica: AH = + 1 9 0 kJ/mol AH = 10 kJ/mol - 40 k j/m o l = - 3 0 kJ/mol AH = 200 k j/m o l - 10 kJ/m ol = 190 k j/m o l

Resolución: A partir de la reacción redox: oxidación ( - 3 e ') x 2

En reacción: A — ►D + E, la energía de activación es: Ea = 350 kJ/m ol - 40 kj/m o l = 310 kJ/mol Por lo tanto, la alternativa correcta es: E

-

2

+ 7

3Pb(N03)2+ 2HMn04+ 2H20 24.

Dadas las reacciones químicas: I. H2S 0 4 + KOH —* K2S 0 4 + H20 II. Na + H ,0 — NaOH + H, III. AICI, AI,S , + HCI

J reducción (+ 2 e ) x 3 En la reacción se identifican: Coeficiente

Calcule: Q =

£C o e f.(l)

Resolución: Balanceando las ecuaciones por tanteo: I.

1H2SO„ + 2KOH — 1K2S 0 4 + 2H20 Scoef.(l) = 1 + 2 + 1 + 2 = 6 II. 2Na + 2H 20 — 2NaOH + 1H2 Ic o e f. (II) = 2 + 2 + 2 + 1 = 7 III. 2AICI3 + 3H2S — 1AJ2S3 + 6HCI Zcoef. (III) = 2 + 3 + 1 + 6 = 12

Luego: Q :

6 ( 7 ) + 12

27.

Agente oxidante

Pb02

3

Agente reductor

M n02

2

Forma oxidada

HM n04

2

Forma reducida

P b (N 0 3)2

3

Indicar el número de reacciones de metátesis. I.

C a C 0 3 —► CaO + C 0 2

II. H2 + N2 —. NH3 III. NaOH + HCI —

Q = 9

IV. c o 2 + H2 — 25.

Después de balancear la ecuación química: al2 + b H N 0 3 —+ c H I0 3 + d N 0 2 + eH20 ; es correcto: A) B) C) D) E)

a b a b a

= = = = =

Resolución: Las reacciones de metátesis son llam adas también de sustitución doble, entonces analizando:

2; b = 5; d = 4 12; c = 4; d = 6 1; b = 10; e = 6 10; c = 2; e = 4 2; d = 4; e = 3

I.

III. NaOH + HCI -

Balancee por el método de los coeficientes indeter­ minados: al2 + bH N O j — c H I0 3 + d N 0 2 + eH20

+ e = 2d

...(1) ...(2) ...(3) ...(4) ...(5)

Donde asum im os que: e = 2 y d = 5 =* b = 5; c = 1; a = 1/2 Luego, m ultiplicam os todos los valores por 2 y la ecuación balanceada será: 1I2 + 10HNO3 - * 2 H I0 3 + 10NO2 + 4 H 20 Por lo tanto, la alternativa correcta es: D 26.

C a C 0 3 —► CaO + C 0 2 (reacción de análisis)

II. H2 + N2 —► NH3 (reacción de síntesis)

Resolución:

I: 2a = c H :b = c + 2e N: b = d 0 : 3 b = 3c + 2d De (2) en (4): 5e

En la reacción química: M n0 2 + P b02 + H N O 3 — . Pb(N d3)2 + HMnO, + H20 No es correcto: A) Agente reductor: coeficiente 2 B) Forma oxidada: coeficiente 2 C) Forma reducida: coeficiente 3

NaCI + H20

CO + h 2o

NaCI + H20 (reacción de

sustitución doble) IV.

C 0 2 + H2 —► CO + H20 (reacción de sustitu­ ción simple)

Por lo tanto, existe una reacción de metátesis 28.

Indicar la proposición verdadera (V) o falsa (F) en: I.

La energía que se libera o absorbe en una reac­ ción química es calorífica o luminosa. II. En una reacción exotérm ica el AH es positivo. III. En una reacción endotérm ica el sistema absor­ be energía eléctrica. Resolución: I.

Verdadera M uchas reacciones se producen en presencia de luz o calor.

II. Falsa Una reacción exotérm ica libera calor debido a que los productos tienen menor energía que los reactantes, entonces la variación de entalpia (A H ) es negativa.

Q

III.

29 .

Falsa Una reacción endotérm ica absorbe energía ca­ lorífica. VFF

3 2.

337

Si en la siguiente reacción química después de ba­ lancear se observa que la suma de sus coeficien­ tes es igual a 6. ¿Cuál es el valor de X? Fe20 3 + H20 —* Fe(OH)x

De la ecuación, balanceando en función de “x” : Fe20 3 + x H 20 —* 2Fe(O H)x 1 + X + 2 — 6 => x — 3 3 3.

Balancear la siguiente reacción: Bi(OH)3 + K2SnO¿ —► Bi + K2S n 0 3 + H20 Dar como respuesta: form a reducida form a oxidada

agente oxidante agente reductor

Resolución:

La reacción es endotérm ica El calor de reacción es 8 kcal/mol El AH es - 1 2 kcal/mol La energía de activación es 240 kcal/mol Los reactantes tienen menos energía que los productos.

Balanceando por redox: +3

+2

0

2Bi(OH )3 + 3K Sn0 2

i

¡

| R e ducción

‘

(+ 3 e ) x

+4

2BÍ + 3K 2S n 0 3 + 3H20

—►

f

2

‘

O xid ació n ( - 2 e~)

x

3

2 + 2 = 4 3 3 3

Resolución: Analizando el gráfico, observam os que se trata de un esquem a que representa una reacción exotér­ mica, entonces: AH = A E Prod — A E React

■

Resolución:

Respecto al esquem a, indicar la proposición ver­ dadera:

A) B) C) D) E)

u ím ic a

3 4 .

En la ecuación: K2Cr20 7 + N 0 2 + H N 0 3 —► K N 0 3 + C r(N 03)3 + H20 Determ ine el agente oxidante.

AH = 220 kcal/mol - 232 kcal/mol = - 1 2 kcal/mol

Resolución:

Por lo tanto, la proposición verdadera es: C

Balanceando por el método redox: +

30. La ecuación: N2(gl + H2(g) — NH3(g) + 22 kcal/mol es:

+4

6

+ 5

+3

1K2Cr20 7 + 6NO. + 2HNO, - 2K N 0 3 + 2Cr(NQ 3)3 + H20

A,

| R e ducción

A) Endotérm ica B) Combustión C) Irreversible D)Term oquím lca E) Descomposición

k

A

(+6e ) ■ 1

A

“

O xid ació n ( - 1 e~) X

6

Por lo tanto, el agente oxidante es el K2Cr20 7

Resolución: De la reacción se observa que: AH = - 2 2 kcal/mol Entonces, podem os decir que es de combustión exotérmica.

3 5.

A) B) C) D) E)

31. ¿Cuál de las siguientes ecuaciones, después de balancear correctam ente presenta el mayor pro­ ducto de todos sus coeficientes? A) B) C) D) E)

En la ecuación: H N 0 2 —► NO + H N 0 3 + H20 El El El El El

agente oxidante es el NO agente reductor es el H N 0 3 agente reductor es el H20 agente reductor es el NO H N 0 2 es agente oxidante y reductor a la vez

Resolución:

Cl2 + 0 2 —*■ Cl20 3 CH4 + 0 2 — CO + H20 Fe + HCI — FeCI2 + H2 CO + H20 — ► C 0 2 + H2 Aí2 + H2S 0 4 — AI2(S04)3 + H2

Balanceando por redox: 3HN02 — (+ 3 )

/i

2NO + 1 H N 0 3 + H20 (+ 2 )

R edu cció n (+ 1 e )

Resolución: Balanceando todas las ecuaciones: A) 2CI2 + 3 0 2 — 2CI20 3; (Prod. de coef. = 12) B) 2CH4 + 3 0 2 — 2CO + 4H20 ; (Prod. de coef. = 48) C) Fe + 2HCI — ► FeCI2 + H2: (Prod. de coef. = 2) D) CO + H20 —* C 0 2 + H2; (Prod. de coef. = 1) E) 2AI + 3B.SQ, — AI¡,(S04)3 + 3H,;(Prod.decoef. = 18) Por lo tanto, alternativa correcta: B

( + 5)

A

O xid ació n (+ 2 e

.. x2 )x

1

De la ecuación balanceada observam os que es una reacción de autooxidación en donde el H N 0 2 se oxida y se reduce a la vez. 36 .

¿Cuál de las siguientes reacciones que se presentan a continuación es una reacción de oxidación-reducción?

338

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A) NH3(g)- H20(|)

N H ¡(ac) + 0 H (ac)

B) Ag(+ac)

AgCI(SJ

Cl,(ac)

C) CH3OH(i) + Na(s) D) NaCI(s,

40. Balancear la ecuación de la oxidación de cobre por el H N 0 3.

1 Na (soi, + 2 H2(gl

CH30 , SO|,

aCu + b H N 0 3 —► cC u(N O ,)2 + d N 0 2 + eH20 Determine la suma de sus coeficientes.

Na(+ac, + C l(ac)

B) HCI(g) + H20,|, —► H3C(ac)+ H30(acU C l(ac)

R e so lu ció n : Balanceando por redox:

Resolución:

1Cu + 4 H N 0 3 —► 1C u ( N 0 3)2 + 2 N 0 2 + 2H 20

En toda reacción de oxidación-reducción, existe transferencia de electrones por io que las sustan­ cias participantes cambian su número de oxidación. Por lo tanto, la alternativa correcta es: C

(0)

( + 5)

(+ 2 )

(+ 4 )

A

^

A

A

| O xid ació n ( - 2 e )

x 1

|

x 2____

R e du cció n (+ 1 e~) 3 7 .

Sea: H N 0 3 + H2S — S + NO + H20 Hallar el coeficiente del agente oxidante.

Entonces: a = 1 ;b = 4 ; c = 1; d = 2; e = 2 .■. Suma de coeficientes: 1 + 4 + 1 + 2 + 2 = 10

Resolución: 41. Diga usted qué alternativa es correcta referente a la siguiente ecuación: 6 F e ‘ 2 + 3CI2 = 6CI + 6 F e r3

Haciendo el balance redox: A g e n te o xida n te

+1 - 2

+1

2H N 03

(0 )

-2

A) B) C) D) E)

(+ 2 )

1

(+ 3 e~)

R e ducción

+1

3S + 2NO + 4 H 20

( - 2)

( + 5)

t|

-2

3H2S —

x

2

t

1

O xid ació n ( - > e “ ) x 3

El El El El El

gas cloro pierde electrones F e 2 es el agente oxidante gas cloro es el agente reductor Fe-2 gana electrones gas cloro es el agente oxidante

R e so lu ció n :

.-. El coeficiente del agente oxidante es 2

Analizando la ecuación: 38 .

Hallar: agente oxidante agente reductor

6 F e ‘ 2 + 3CI2 =-forma oxidada form a reducida

(-2 ) A ¡O xidación

Luego de balancear: FeO + C — ► Fe + C 0 2

(+ 3 )

t 1

; í-

(+2

e )

x

e

1

x

form a

A I

re d ucto r

form a

reducida

oxidada

1C 02

t

2Fe (0) A

( + 2 e ")

x

M n O Í + N O 2 + H~ —► M n' 2 + N O 3 + H20 Se pide determ inar la suma de coeficientes de los productos.

-2 (+ 2 )

(0 )

t1 Reducción O xid ació n

agente oxidante agente reductor

( —4 e )

(+ 4 )

Resolución:

1

Balanceando por el m étodo del ión-electrón:

2 1

x

2MnC>4 + 5 N O 2 + 6 H + — 2 M n +2 + 5 N O 3 + 3 H 20

1

( + 7)

form a oxidada form a reducida

>— - — = 1 5 1

2

A

1,3

(+ 3 )

(-2 )

¡ k

¡

R e ducción

Balancear la siguiente reacción y determ inar la re­ lación: agente oxidante + agente reductor

O xid ació n

(+ 5 e ) ( - 2 e ")

x

Resolución:

Scargas prod. = (+ 4 ) + ( - 5 ) = - 1

(+ 5 )

Ik

t O xidación ( - 1 e )

x

(+2)

.-. 2 + 5 + 3 = 10

A

3

R e du cció n ( + 3 e ) x 1

.-. (agente oxidante) + (agente reductor) = 4 + 3 = 7

2

Com o el m edio es ácido se agregan en los reac­ tantes; hallando la suma de coeficientes de los pro­ ductos:

Balanceando por redox: 3AgN03 (+ 1)

A x

5

Ic a rg a s react. = ( - 2 ) + ( - 5 ) = - 7

3Ag + 4 H N 0 3 —

í+ 5 )

k

Ag + H N 0 3 —► A g N 0 3 + NO + H20

(0)

2

Balancear la siguiente ecuación:

4 2 .

agente

2FeO + 1C

39 .

1

1

Por lo tanto, agente oxidante: cloro gaseoso.

Balanceando por redox: o xid a n te

+ 6 F e "3

(-1 )

R e ducción

Resolución: age nte

6CI

(0}

4 3 .

En la siguiente reacción redox: aN H 3 + b 0 2 —

cNO + dH20

Indicar valores de a; b; c y d, respectivamente.

Q

Resolución:

4 7.

Balanceando la ecuación por simple inspección:

Resolución: Balanceando por el método del ión-electrón:

Indicar con (V) verdadero y (F) falso según corres­ ponda:

2C oCI2 + 1 0 C L —* 2C o (OH)3 + 5CL (+ 2 )

Una sustancia quím ica puede oxidarse y redu­ cirse sim ultáneam ente.

(+ 1 )

t

| O xidación

(-1

II. En una reacción quím ica ordinaria existe perdi­ da en la cantidad de materia.

Verdadero Esto ocurre en las reacciones de auto-oxidación.

n

|

(+2

e )

x

1

—

2Co(OH)3 + 5CL

Scoeficientes de productos = 2 + 5 = 7 48.

Señale los coeficientes correspondientes a los pro­ ductos HMnO„; K H S 0 4: H N 0 3 respectivam ente en la educación balanceada: M n(N 0 3)2 + K 2S 20 8 + H20 —* HMnO„ + KHSO„ + H N 0 3

.-. VFF

Resolución:

Indicar la suma de coeficientes en la reacción de saponificación: CH 3CH 2COOCH,

c h 2OH

!

I

CH 3CH2COOCH + NaOH _

Balanceando por redox: 2Mn(N0 3)2 + 5K2S2Oa + H20 — ►2HMnO„ + 10KHSO4 + 4H N 0 3 (+2)

I

(-1 )

O xid ació n

I

(-5 e )

c h 2o h

x

i

2 (+ 2 e )

x

5

Como el K2S20 8 es una sal que proviene de un pe­ róxido, se tom a la carga del oxígeno como - 1 . .-. 2; 10; 4

Expresando mediante sus fórm ulas globales y por sim ple inspección se tiene: 3CH3CH2COONa + C3H5(OH)3

(-2 )

i

Reducción

Resolución:

(CH3CH2COO)3C3H5 + 3NaOH —

¡-7 )

>k

A

CH 3CH2COONa + CHOH

c h 3c h 2c o o c h 2

49.

La siguiente reacción: Na2C 0 3 + C u S 0 4 —► Na2S 0 4 + C u C 0 3

.-. I coeficientes = 1 + 3 + 3 + 1 = 8 4 6 .

t

2

H20 + 4 0 H + 2CoCI2 + 10CI

III. Falso Pierde electrones.

4 5 .

x

(-1 )

Scargas reactantes = - 1 ; Scargas productos = - 5 Com o el medio es básico se agregan O H - en los reactantes, siendo la suma de coeficientes de pro­ ductos:

Resolución:

II. Falso Se conserva la cantidad de materia (Ley de La­ voisier).

e ")

(+ 3 )

Reducción

III. El agente reductor experim enta una ganancia de electrones en una oxidación.

I.

339

—* Co(OH )3 + c r

CoCI2 + OCI

a = 4; b = 5; c = 4; d = 6

I.

■

Determine la suma de coeficientes de los productos, al balancear la siguiente reacción en medio básico:

4N H 3 + 5 0 2 —* 4NO + 6H20

44 .

u ím ic a

Corresponde a una reacción: A) C) E)

En la reacción redox: H20 2 + Cr20 / 2 + PP —► Cr+3 + 0 2 + H20 Indicar los coeficientes de los reactantes que per­ miten el balance.

Redox B) Adición Metátesis D) Sim ple desplazam iento Doble descomposición

Resolución: De la reacción:

Resolución: Balanceando por el m étodo del ión-electrón:

Na2C 0 3 + C u S 0 4 —► Na2S 0 4 + C u C 0 3

3H20 2 + Cr2C>7 2 + 8H* —* 2 C r*3 + 3 0 2 + 7H20 (-1 )

(+ 6 )

t

4

(+ 3 )

(0)

k

| O xid ació n R e du cció n

( - 2 e ") (+6

e

)x

Se observa un doble desplazam iento (metátesis). Por lo tanto, la alternativa correcta es: C

A x

3 [

1

Scargas reactivos = - 2 ; Ic a rg a s productos = + 6 Como el medio es ácido se agregan FT en los reac­ tantes; entonces los coeficientes de los reactantes son 3; 1; 8.

50 .

¿Qué proposición es incorrecta? A) KO H(ac) + C 0 2lg) —► K2C 0 3(ac) + Reacción de metátesis. B) Cl2(g) + Kl(ac| —► KCI(ac) + l2(ac). Reacción de desplazam iento.

H jO ,,,.

340

■

C

o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

C) A I(0 H )3(acl + HCI(ac) —

AICI3(ac) + H2O (0:

5 3 .

Reacción de neutralización. D) K H C 0 3(s) —► K2C 0 3(s! + C 0 2(gl + H20 (v).

En relación a la ecuación química, indique verda­ dero (V) o falso (F), según corresponda: HCI(ac) + NaOH(ao) —

Reacción de desproporción.

I.

E) Cd(s) + H2S 0 4iac) —► CdSO4(a0) + H2(g).

II. Es una reacción exotérmica.

Reacción de desplazam iento.

III. Es una reacción de simple desplazamiento.

Resolución:

Resolución:

•

I.

•

Metátesis: KOH f C 0 2 — K2C 0 3 + H20 AI(OH)3 + HCI — AICI3 + H20 Desplazamiento: Cl2 + Kl - * KCI + l2 Cd + H2S 0 4 C d S 0 4 + H2 Descomposición: K H C 0 3 - » K2C 0 3 + C 0 2 + h 2o

III. Falso Al ser de m etátesis, se desarrolla desplaza­ m iento doble.

51. Identifique a qué clase de reacción corresponde lo siguiente: 2H 2(g) + Ct2(g¡3 —*■ 2H20,|,

.-. W F

Resolución:

52. Para la ecuación química: Zn(s, + 2HCI(ac, —»■ ZnCI2(acl + ^2(g) Indique la proposición verdadera (V) o falsa (F) se­ gún corresponda: I. El metal Zn y el HCI son reactivos. II. Producto de la reacción quím ica se desprende el gas hidrógeno. III. La ecuación indica que el m etal Zn se disuelve en el ácido.

Resolución: I. Verdadero Los reactantes: Zn: metal activo j _ , ■ -j 4 r Reactivos HCI: acido fuerte j II. Verdadero Se obtienen como productos: • ZnCI2: cloruro de Cinc • H2: gas hidrógeno III. Verdadero El m etal Zn es insoluble en H20 , pero se disuel­ ve según se observa en el HCI(ac). .-. W V

Verdadero Posee la forma: AB + CD —►AC + BD Por lo que corresponde a una reacción de me­ tátesis.

II. Verdadero Se observa de la ecuación que ia formación de productos va acompañado de liberación de ener­ gía (calor), por lo que el proceso es exotérmico.

Por lo tanto, la alternativa correcta es: D

La reacción: 2H2(g) + 0 2(g; —►2H20,,) Posee la forma: A+ B + C + ... —► Z Por lo tanto, corresponde a una reacción de com ­ posición o síntesis.

NaCI(acl + H A ,, + calor

Es una reacción de metátesis.

5 4 .

Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposicio­ nes que están referidas a las reacciones químicas: I.

Se produce ruptura de enlaces en los rea cti­ vos y se form an nuevos enlaces en los pro­ ductos.

II. Hay variación de energía. III. En algunas reacciones hay cambio de color. Resolución: I.

Verdadero Ocurre transform ación química de las sustan­ cias, esto por ruptura y form ación de enlaces: Reactantes Ruptura de enlaces

—► Productos Formación de enlaces

II. Verdadero Dichas transform aciones ocurren por acción de la energía (calor, luz, electricidad, etc.) por lo que hay cambios térmicos. III. Verdadero En algunos casos se observa cam bios en el co­ lor de los materiales. Ejemplo: Oxidación del hierro: Hierro + 0 2 —»• Óxido Gris .-. V W

Rojizo

Q

®

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II)

34-'

®

III. C u (0 H )2 a * C u O (s + h 2o [R eacción de descom posición]

Respecto a la reacción redox: M n 0 4(ac, + S O *, + H20 :l!

■

u ím ic a

* S 0 4iacl + M n4(hac) + H30 (acJ

Indique cuales de las siguientes proposiciones son conectas: I. El MnO,; actúa como agente oxidante, II. El número de oxidación del m anganeso cambia en 5 unidades. III. El agente reductor es el agua.

IV. C u0(s) + H2S 0 4(ac, * C u S 0 4iac; + H20 (l) I Reacción de m etátesis] Las reacciones de metátesis (doble desplazam iento) son aquellas en las que se produce un intercambio de iones en solución para dism inuir la cantidad de los m ismos en el sistema final. Se le reconoce de la forma global:

A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) II y III

C) Solo III

l-----------1 A B -l- C D —

AD 4 BC Clave: C

Resolución: En el proceso:

PROBLEMA 3 (UNI 2013 - 1)

M n 0 4 + S 0 2;ii + H20 3l

* S 0 4(aC| + M n (acj + H30 (ac|

I Verdadero 8 H 1' + M n O j + 5e —► Mn2^ + 4 H 20 El M n O jf se reduce, por lo tanto actúa como agente oxidante.

Determ ine el coeficiente del agente oxidante, luego de balancear la siguiente reacción: Cr2(S 0 4)3(ac| + H20 2(ac) + NaOH(acJ

EL0iu~ Na2S 0 4(acl A) D )8

II Verdadero De:

* Na2C r0 4(ao +

1 B) 2 E ) 10

C) 3

Resolución:

© M nO (

—

Mn2’

|

+5e

f

Usando el método redox: r

6

(-6

e~)

-1

-12

I 3+

III Falso El agente reductor es el S 0 2

l 1-

6

i

2

Cr2(S 0 4)3 + H20 2 + NaOH —1►2NaaC r0 4 + 2HaO + Na2S 0 4

Clave:

I___________________________ I

D

-2

( ‘ 2 e

) • 3

-4

PROBLEMA 2 (UNI 2012 - II)

1Cr2(S04)3 + 3H20 2 + NaOH — 2Na3C r04 + H20 + Na2S 0 4

Un trozo de cobre metálico empieza el siguiente proceso:

Terminando el balance por tanteo:

I. Es introducido en ácido nítrico (H N 0 3lac)) form ando una solución acuosa de C u (N 0 3)2.

1Cr,(S04)3 t 3H.O, + 10NaOH — 1►2Na;CrOa - 8H O - 3Na.S0 4

II. La solución de nitrato de cobre (II) se hace reaccio­ nar con NaOH(ac) produciendo Cu(OH )2(s) y nitrato de sodio (N a N 0 3iac)). III. El hidróxido de cobre (II) anteriormente formado, es sepa­ rado y calentado descomponiéndose en CuO(s,y agua. IV. El óxido de cobre (II) es tratado con FI2S 0 4(ac) para obtener sulfato de cobre (II), C u S 0 4lacl, y agua.

S e o xida

S e re d uce

F orm a

Form a

(ag en te

(ag en te

o xida d a

reducida

re d ucto r)

o xida n te )

Agente oxidante: H20 2; coeficiente: 3 Clave: C

PROBLEMA 4 (UNI 2 01 5 - I) El S 0 2 presente en el aire es el principal responsable del fenóm eno de la lluvia ácida. La concentración de

¿Cuáles de los procesos descritos involucran una reac­ ción de metátesis?

S 0 2 se puede determ inar m ediante análisis químico,

A) Solo I D) II y III

a la siguiente reacción:

B) III y IV E) I, II y IV

C ) ll y IV

valorándolo con perm anganato de potasio de acuerdo

S 0 2(g) + M n 0 4(ac) + H20 ,i,

S 0 4(ac) + M n |ac| + H(ac)

Resolución: I. Cu * H N 0 3 — C u (N0 3) + NO + H20 [R eacción redox] II. Cu(NO ; . + NaO Ffac! — Cu(OH)2(5) + N a N 0 3lac) [R eacción de m etátesis]

Indique la suma de los coeficientes de la ecuación iónica neta obtenida después de haber realizado el balance. A ) 17

B ) 19

D ) 20

E ) 21

C) 19

342

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

A) K M n02(s) + HCI(ac) —

Desarrollam os las sem ireacciones (balance en medio ácido) (2H20 + S 0 2 —+ S O 2 + 4H r 2 e ) x 5

B) K M n02(s) + HCI(ac)

*■ MnCI2(ac) + Cl2(g) + H20 (l) + KCI(ac)

C) KM n04(s) + HCI(ac)

*■ MnCI(ac) + Cl2(g) + H20 2(ac) + KCI(ac)

(5 e + 8 H f + M n 0 4 — Mn2* + 4H zO) x 2 La reacción balanceada es: 2H20 + 5 S 0 2 + 2 M n 0 4 — 5 S O ^' + 2M n2' + 4H* Scoeficientes = 2 + 5 + 2 + 5 + 2 + 4 = 20 Clave: D

PROBLEMA 5

(U N I

2015 - 1)

El permanganato de potasio suele reaccionar con el ácido clorhidrico para producir cloruro de m anganeso (II), cloro gaseoso, cloruro de potasio y oxidano. Indique usted cual es la reacción química correspon­ diente (sin balancear)

D) K M n 0 4(s) + HCI^) E) KM n03(s) + HCIlac)

MnCI(ac) + ^2(g)

^2^(ac)

^^(ac)

*■ MnCI2(ac) + Cl2(g) 4- H20 2í3) MnCI2(ac) + ^2(g) + H20(|) + KCI(ac)

Resolución: Reacción: K M n 0 4(s| + HCI(ac)

* MnCI2(ac) + ^2(g) + H20 (|j + KCI(ac)

Observación: H20 2(ac) no es oxidano, por lo cual la ecuación debe con­ siderarse como se muestra. La clave que se aproxim a más es la D. .. No hay clave

Q

PROBLEMAS 1.

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor Zn + NaNO, + NaOH N a.ZnO . t- NH, + H ,0 A) 1/4

2.

3.

B) 3/2

D) 5/2

E) 1/8

C) 7/2

D) 2/7

E) 3/7

B)1/2

C )1 /3

D)3/2

E) 2/3

12.

B) 5/2

C) 3/4

D) 2/5

E) 8/5

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor C r 0 2 + Br, —*• C r 0 42 + Br i alcalino i B) 3/2

C )2 /5

D)5/2

Z = 2

B) 2

1 4

C )3

E) 6

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor NalO, + Na.SO, + NaHSO, — Na2S 0 4 + l2 + H ,0 A) D)

B) 5

1/5 5/2

C )2 /5

E) 2/3

13. Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor M n(CN)64 + 0 2 — A)

4/3

B) 3/4

M nM n(CN)e3 + (neutro) C )4

D) 1/4

E) 2/5

E) 3/8

Respecto a la siguiente reacción balanceada: XAg + 4 H N 0 3 — YAgNO, + ZNO + 2 H .0 Determ inar qué relación es correcta respecto a los coeficientes que balancean la ecuación.

14. El cambio siguiente ocurre cuando se trata Sb20 3 con permanganato de potasio en una solución bá­ sica caliente. Sb20 3is| + M n 0 4 — M nO ¡2 + S b(O H )6 Por cada mol de Sb(O H )¡ que se forma.

B)X + Y > 4 + Z D)X - Y = 1

Respecto a la siguiente reacción balanceada (no está completa). XCuS + YHNO, — ZCu(N03)2 - 2N0 - 3S + WHzO Determ inar qué relación es correcta.

A) B) C) D) E)

B) Z = W + Y + 2 D) Y Z

Se Se Se Se Se

forma también 3 moles de H20 . consumen 3 moles de ión hidróxido. reducen 3 moles de permanganato. oxidan 2 moles de Sb20 3. forman también 0.5 moles de M n 0 42.

15. ¿Qué reacción se clasifica como doble descom po­ sición? A) Na20 [s) + P4O 10,s, B) CaC03IS) + H3P04(acl C) C H 3CH2OH„, + O,,,,

Respecto a la ecuación incompleta y balanceada que se desarrolla en medio ácido (no está completa) XMn'2 + YNaBiOj + ZH,0 —* 2M n 0 4 f WBi 3 + 5 Na" Determ inar qué relación es correcta. A) X + 2 < Z C) Y = Z E) W = 6

z

El etanol, C H ,C H 2OH, se oxida a acetaldehído. C H 3CHO. mediante los iones dicrom ato, en medio ácido. Sabiendo que los iones dicrom ado reducen a iones cromo (III). Hallar el coeficiente del oxidan­ te una vez balanceada la ecuación. A) D)

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor Mn2‘ + S20 82 —*■ M n 0 4 + S 0 42 (básicoi

A )X + Y = Z + W B) Y Z C) Z = W D) Y • Z + W E) (X + Y) - (Z r W) = 5 9.

11.

B) X + Y > Z + W D) W - Z > X

X + Y < Z + W

C) w

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor C r 0 2 + H20 2 —*• C rO ¡2 + H2O ib á s ic o )

A) X + Y <: Z C) X Z E )X > Y 8.

C )2 /5

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor C O + S 20 82 — ► Cr20 72 - S 0 42 (básicoi

A) 2/3 7 .

E) 1/7

E)

B) 16/5

34^

Respecto a la ecuación incompleta que se desarro­ lla en m edio ácido: XFe(OH)2 + Y C rO :2 a H3CT — WFe(OH)3 + ZCr(OH)3 Com pletada y balanceada la ecuación que relación es correcta respecto a los coeficientes que balan­ cean la ecuación:

A) 5/16

A) 5/8 6.

D) 7/4

10.

A)

A) 1/1 5.

C )4 /7

■

PROPUESTOS

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: oxidante / reductor C 20 42 + M n O : —*• Mn ' + C 0 2(ácido)

A) 2/3 4.

B) 4/1

u ím ic a

D) N a H C 0 31M

* Ca3(P04)2B) + C 0 2ig) + H20,|, * C 0 2(g) + H20 (ll

*■ Na2C 0 3lsl + C 0 2(g) + H20 ll}

E) CH 3O H(„ + Q2(1) 16.

* Na3 P 0 4(.,|

C 0 2(g) + H20 („

La siguiente ecuación química: Zn + 2HCI — ZnCI2 + H2 Representa a una reacción del tipo denominado:

344

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A) Adición. B) Descomposición. C) Desplazamiento. D) Doble descomposición. E) Doble desplazam iento. 17. Marcar la reacción que se puede clasificar como una reacción de precipitación. A) B) C) D) E) 18 .

A) Ca; H2S y N2 C) Na2S 0 4; H20 y 0 2 E) C a S 0 4; H20 y C 0 2 24 .

El amoníaco se produce industrialm ente por medio de la reacción: A) N a N 0 2 + H20 B) Nitrógeno + hidrógeno C) Na2N 0 3 + H20 D) Na2N 0 2 + H20 E) NaNO, + H2

Mg + HCI — MgCf, + H2 P b (N 0 3)2 + HCI — PbCI2 + HNO, Na + Cl, — NaCI N a C I0 3 — NaCI + 0 2 C 3H8 + 0 2 —* C 0 2 + H20

2 5 .

Sea la siguiente reacción redox: CoCI2+ O C r —*■ Co(OH )3 + CP (básico) Marcar la relación correcta, una vez balanceada.

B) La suma total de coeficientes es 15. C) La relación molar: forma oxidada / forma reduci­ da es 3/7. D) El coeficiente del agua es 2. E) El coeficiente del ión cloruro es 5.

El óxido m anganoso reacciona con el óxido plúm bi­ co en presencia de ácido nítrico produciendo ácido perm angánico, nitrato plumboso y agua. Balancear la ecuación y hallar la relación correcta: A) B) C) D) E)

A) La relación molar: oxidante/ reductor es 2.

26 .

19. Una vez balanceada la reacción: CH 3CHO + Ag(N H 3) / —* C H 3COO

B) NaOH; HCI y He D) Ca(OH)2; H20 y H2

+ Ag +

La suma total de coeficientes es 27. El coeficiente del oxidante es 2. La suma total de coeficientes es 25. El coeficiente del reductor es 5. La relación molar oxidante / reductor es: 5/2

El etileno, CH2 = CH2, reacciona con el perm anga­ nato de potasio, ácido clorhídrico y agua para pro­ ducir: etiléglicol, CH2O HCH2OH, dióxido de m anga­ neso y cloruro de potasio. Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación molar: ° xic|ante reductor

NH3(básico) Marcar la proposición incorrecta.

A) 2/3

B) 3/2

C) 1/3

D) 3

E) 1

A) El oxidante es Ag(N H 3)J B) C) D) E) 20 .

La relación molar: oxidante / reductor es 2. El coeficiente de la forma oxidada es 4. El coeficiente del ión oxidrilo es 3. El coeficiente de la forma reducida es 2.

2 7 .

Una vez balanceada la ecuación: Cu2SnS2 + S20 8 2 —

A) B) C) D) E)

S 0 42 + S n (O H )62 + Cu(OH )2(alcalino)

Marcar la relación correcta: A) El coeficiente del oxidante es 8. B) La relación molar: oxidante / reductor es 1/10.

28 .

C) El coeficiente de la forma reducida es 22.

6+

B) 2 +

C )5 +

D) 4 +

E) 3 29 .

2 2 .

Cuando el sulfuro de cinc se quema en el aire se obtiene: A) D)

Zn y S ZnO y S 0 2

B) ZnO E) Zn metálico

Una vez balanceada la siguiente reacción: A s2S3 + H20 2—*■A s 0 4~3 -t S O / 2 (básico)

A) B) C) D) E)

El permanganato de potasio es un oxidante fuerte ¿Cuál es el estado de oxidación cuando se reduce en medio básico? A)

El reductor transfiere 2 electrones por molécula. La suma total de coeficientes es 39. La relación molar: oxidante/reductor es 3/2. El coeficiente de la forma oxidada es 1. El coeficiente del sulfato de sodio es 6.

Marcar la proposición correcta:

D) El coeficiente de la forma reducida es 2. E) Se transfieren 20 electrones. 2 1 .

El peroxodisulfato de sodio, Na2S20 8, reacciona con el cloruro cróm ico en presencia de hidróxido de sodio, produciendo sulfato de sodio, dicrom ato de sodio cloruro de sodio y agua. ¿Qué proposición es falsa respecto a esta ecuación?

C) Z n S 0 4

El coeficiente del oxidante es 1. El coeficiente del ión oxidrilo es 18. La suma total de coeficientes es 52. La relación molar: o xid a n te /re d ucto r es 1/14. El coeficiente del agua es 21.

¿Cuál es la ecuación quím ica correcta para la ob­ tención del bicarbonato de sodio? A) C 0 2 + N a C 0 3 + H20 —

2NaHC03

B) C 0 2 + N a C 0 3 + H20 —

NaHCO,

C) C 0 2 + Na2C 0 3 + H20 —

2N aHC 03

D) C 0 2 + Na2C 0 2 + H20 -— 2 N a H C 0 3 2 3 .

En la reacción de carbonato de calcio con ácido sulfúrico, se producen tres compuestos: uno sóli­ do, otro líquido y otro gaseoso. Respectivamente ellos son:

E) C 0 2 + Na2C 0 2 + H20 —

N aHC03

30. Equilibrar la ecuación de la oxidación del cobre con el H N 0 3

Q

3 1.

B) b = 4 E) e = 2

C) c = 1

A) 1

La siguiente ecuación química: Na2C 0 3 + C u S 0 4 —* Na2S 0 4 + C u C 0 3 Corresponde a una reacción de: A) Com bustión C) Descomposición

38 .

Cual(es) de las siguientes reacciones es(son) de sustitución.

C )3

D) 4

E) 5

M etátesis: H2S 0 4 + 2NaCI —* Na2S 0 4 + 2HCI Descomposición: 3H N 02 —* H N 03 + 2 N 0 + H20 Adición: C6H6+ 3H2 —* C6H12 Desplazamiento simple: Zn + 2HCI —* ZnCI2 + H2 Com bustión: CH4 + Cl2 —*■ CH3C! + HCI

Cu+ A g N 0 3 —► C u (N0 3)2 + Ag

Balancear la siguiente ecuación y señalar el coefi­ ciente del agua: C2H6 + 0 2 —* C 0 2 + H20

II.

Sb + Cl2 —*■ SbCI3

A) 6 Z n (N 0 3) + Pb

A) Solo I

B) Solo II

D) I y II

E) I y III

39 .

4 0 .

C) Solo III

A) 3/2

B) 1/3

forma oxidada forma reducida

C )3

D) 4/3

E) 1/2

4 1.

Al balancear por redox: H N 0 3 + H2S 0 3 - * H2S 0 4 + H20 + NO

B) 17

C )5

D) 7

E) 8

Identificar cuál de las siguientes reacciones es de adición: A) B) C) D) E)

Balancear por redox: Sn + H N 0 3 — S n 0 2 + NO + H20 agente reductor ' agente oxidante

34 .

B) 2

I.

III. Zn + P b (N 0 3)2 —

3 3 .

345

Sobre el tipo de reacciones señale la alternativa incorrecta: A) B) C) D) E)

B) Adición D) Doble descomposición

E) Desplazamiento 3 2 .

■

IV. Form ación de nuevas sustancias. V. Cam bio en la densidad. ¿Cuántas proposiciones son incorrectas?

aCuS + bH N 03 — cC u(N 03)2 + d N 0 2 + eH20 + fS Indicar el coeficiente incorrecto: A) a =1 D) d = 1

u ím ic a

NH3 — N2 + H2 H2 + 0 2 —«■ H20 C a C 0 3 — CaO + C 0 2 CH4 + 0 2 — C 0 2 + H20 Fe + HCI — FeCI2 + H2

Balancear y determ inar la relación entre el agente oxidante y el agente reductor. P + H N 0 3 + H20 — NO + H3P 0 4 A) 3/5

B) 5/3

C) 1

D) 3/2

E) 2/3

hallar: agente oxidante + agente reductor A) 3 5 .

6B) 5

C )1 6

D) 8

E) 12

4 2 .

¿Cuántas reacciones de sustitución o desplaza­ miento existe? I.

Fe + C u S 0 4 —*- F e S 0 4

II. Zn + H2S 0 4 —

ZnS04

A) 2 y 3 D) 3 y 2

+ Cu + H2

III. K + H20 — K(OH) + H2 IV. Cl2 + NaBr — NaCI + Br2 A)

OB) 1

C )2

4 3 .

D) 3

Balancear la siguiente ecuación: H N 0 3 + H3S — NO + S + H20 Indicar el coeficiente del agente reductor y oxidan­ te respectivam ente.

4 4 .

36. Relacionar correctamente:

A)

c. C 3H8 + 0 2 —*• CO + H20

3 7 .

D) 14

E) 15

Ag + H B r0 3 —► A g B r0 3 + BrO + H20

H3S b 0 4 + N 0 2 + H20

A) I - b; II - c; III - a C) I - a; II - b;III - c E) I - c; II - a; III - b

C )1 3

agente oxidante agente reductor

KCI + 0 2

b. Sb + H N 0 3 —

B) 8

Balancear la siguiente ecuación y hallar la relación:

I. Descomposición II. Redox III. Com bustión incompleta a. K C I0 3 —

C) 1 y 1

Balancear: Hg + H N 0 3 —* H g (N 0 3)2 + NO + H20 Señalar el coeficiente del agente oxidante. A) 10

E) 4

B) 1 y 3 E) 2 y 1

B) I - c; II D) I - a; II -

4 5 .

B) 2/3

C )1 /3

D) 4/3

E) 3/2

Indicar la relación que no corresponde: A) KC103 —► KCI + 0 2 (descom posición) B) 2Hg + Cl2 —► Hg2CI2 (com binación)

b; III - a c; III - b

C) NH3 + BF3 —► H3NBF3 (adición) D) H20 2 —► 0 2 + H20 (sustitución) E) C u S 0 4 + Zn —► Z n S 0 4 + C (desplazam iento)

Sobre las evidencias del desarrollo de una reac­ ción química: I. Las sustancias cambian de color. II. Formación de precipitados. III. Liberación de un gas.

3/4

46 .

La siguiente ecuación química: Fe30 4 + H2 —*■ 3 Fe + H20 Se puede tipificar como:

346

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

A) Doble desplazam iento C) Com binación E)Ay B 4 7 .

S

a p ie n s

B) Descomposición D) Redox

A) B) C) D) E)

Marque la reacción de descomposición: A) NaCI + A g N 0 3 — B) NH4N 0 2 — C) S

54 .

+ h 2s o 4 — so2+ H20 C 0 2 + 2H20

¿Qué tipo de reacción representa la siguiente ecuación? C a C 0 3 + C alor —► C 0 2+ CaO A) Com bustión C) Descomposición E) C y D

4 9 .

55.

B) Exotérmica D) Endotérm ica

Butano H20 02

B) Dióxido de carbono D) C ,H e

56 .

50. ¿A qué tipo pertenece la siguiente reacción? CO + 0 2 ► C 0 2 A) C) E)

-

d; III b; III c: III d; III c; III

-

c; IV c; IV a; IV a; IV d; IV

-

b d b b b

Metátesis B) Combustión completa Com bustión incompleta D) Exotérmica Adición

De acuerdo con las siguientes ecuaciones parciales: N 3 - 1 e ' — Na ; S + 1 e" — Sb Los estados de oxidación del nitrógeno (a) y del azufre (b), son:

5 7 .

B) - 4 y - 2 E) - 3 y +1

C)-2 y -2

El permanganato de potasio es un oxidante fuerte. ¿Cuál es el estado de oxidación final del Mn al reaccionar con una sustancia reductora? M n 0 41 - MnO¡, A) + 6

51. En la relación de óxido-reducción: FsS
B) + 2

C) + 5

D) + 4

E) + 3

Cuando se quema madera, uno de los compuestos que intervienen en la combustión es la celulosa, cuya fórmula simple es: C6H10O 5. Escriba la ecua­ ción para la combustión completa de esta sustancia. A) C6H10O5 + 6 0 2 —

6 C 0 2 + 5H20

B) 2C6H10O5 + 6 0 2 — 12CO + 1 0 H 2O C) C6H10O5 + 3 0 2 6CO + 5H20 D) CgH10O5 + 2 0 2 —

A) Se produce dos oxidaciones y una reducción. B) El Fe no cam bia su estado de oxidación. C) El N gana dos electrones. D) Se produce una oxidación y una reducción.

El mercurio se oxida y el estaño se reduce. El mercurio se oxida: el cloro y el estaño se reducen. El estaño se reduce; el cloro y el mercurio se oxidan. El Mercurio se reduce; el cloro y el estaño se oxidan. El mercurio se reduce y el estaño se oxida.

A) - 4 y 0 D) - 2 y 0

Señale en la reacción , cuál es el comburente: ^3^8 ' O 2 —► C 0 2 + H20 A) C) E)

a;II a:II d;II c;II a;II

En la siguiente ecuación de óxido - reducción: 2HgCI2 + SnCI2 — SnCI4 + 2HgCI A) B) C) D) E)

D) Hg + 0 2 —► Hg20

4 8 .

-

AgCI + NaNO,

N2 + 2H 20

E) CH4 + 2 0 2 —

I I I I I

2 C 0 2 + 5H20 + 2C

E) 2C6H ,0O5 + 4 0 2 — 58 .

La siguiente ecuación química: ^ 3^ 8(9} -h ^ 2(g)

E) Solo el S se oxida perdiendo dos electrones.

2 C 0 2 + 4CO + 5H20

* QQgtg)

EI20 (ij + Energía

Representa a una reacción del tipo denominada: 52. Cuando el amoniaco reacción con el óxido de co­

A) Descomposición B) Combustión completa C) Com bustión Incompleta D) M etátesis E) Composición

bre II caliente, se produce cobre metálico. Este fe­ nómeno indica que el amoniaco es un agente: A) C) E)

Catalizador Deshidratante Oxidante

B) Reductor D) Nitrante

59 .

I. S n ' — S n ' 4 + 2 e ” III. C u ’ 2 + 2 e — Cu

53. Señale la correspondencia: reacción (ecuación quí­ m ica)-clasificación de acuerdo al comportamiento de los reactivos. I.

2AIIS1 + 6HCI(ac) —

II. 2HBr(g)

IV. BaO(s| + H20 (l) — Doble sustitución Sustitución

II. 21 1 — l2 + 2 e ' IV. Au 3 + 3 e ' — Au

Indique las que son de reducción. A) I y II D) II y V

B) III y IV E) I; II; III; y IV

C) I y III

2AICI3(acl + 3H2(g) 60.

* H2(gl + Br2lgJ

III. A g N 0 3(ac) + KCI(ac) —

a. c.

En relación a las siguientes semirreacciones:

AgCI(s) + K N 0 3(ag)

Ba(OH)2(ac) b. Adición d. Descomposición

Dada la siguiente ecuación química de ó x id o -re ­ ducción: Mg(s) + 0 2(g) —► M gO(s, De ella se deduce que el magnesio: A) Se oxida porque gana 2 electrones. B) Se reduce porque pierde 2 electrones. C) Es el agente reductor que se reduce.

Q

B) C) D) E)

D) Es el agente oxidante porque se oxida. E) Se oxida porque pierde 2 electrones. 6 1.

En la reacción de ó xid o -re d u cció n : M gIS) + N2(g) A) B) C) D) E)

6 2.

El El El El El

La reacción química: ^2^4igi 4 H2(gl *■ C2H6(g) + 137 kJ

6 3.

C) VFF

D) FFF

E) VFV

Para las siguientes reacciones: a. Producción de yodo a partir del agua de mar. + 2 llac) * l2(aig + 2C I(ac) b. Obtención de lejía. Cl2(g) + 2NaOH(ac) — ^

► N 0 2(gl + 0 2(g)

Marque la secuencia correcta de verdad (V) o fal­ sedad (F) en las siguientes proposiciones: I. Las tres son reacciones redox II. Las form as oxidadas de las sustancias en (a) y (b) son el l2 y el NaCIO, respectivam ente. III. La sustancia que reduce es el ozono. IV. El nitrógeno aumenta en 2 unidades su número de oxidación. A) VFVV D )V V V V

B) VVFF E )V F V F

C) F V W

I.

En las reacciones de m etátesis cambia el nú­ mero de oxidación de por lo menos un átomo. II. Las reacción de com bustión son exotérm icas y redox. III. Las reacciones de precipitación, form an sólidos insolubles. IV. En la reducción disminuye el número de oxidación.

6 5.

67. La siguiente ecuación química: Z n„, + 2HCI(ac) ► ZnCI2(ag)+ H2(g) Representa a una reacción del tipo denominada: A) Adición B) Descomposición C) Desplazam iento D) Doble descomposición E) Doble desplazam iento

A) Ionización C) Electrólisis E) Autólisis

B) Sublimación D) Pirólisis

69. La siguiente ecuación química: A g N 0 3(ac) + KCIlag) —* AgC lla) + K N 0 3(ac)

B )V V V F E) F V W

A) Síntesis B) Descomposición C) Pirólisis D) Electrólisis E) Doble desplazam iento 70. El am oniaco se produce industrialm ente por medio de la reacción: A) N a N 0 2 + H20 C) N a N 0 3 + H20 E) NaNO- + H2

C )V V F V

La semirreación de reducción balanceada es: A) S n ’ 2 — Sn~4 + 2 e B) 21 — l2 + 2 e~ C) C r26 + 3 e " - > 2 C r 3 D) M n*7 + 5 e~ —► M n '2 E) S8 + 2 e — 8S 2

I.

NaOH + HCI —

ii- s o 2Ig) + o 2(g)

A) B) C) D) E)

A) Se rompen los enlaces químicos en los reactivos y se forman nuevos enlaces en los productos.

NaCI + H20

* S 0 3íg)

(NHg)2Cr20 7 —► N2 + Cr20 3 + H20 I es de neutralización II es redox II es redox intram olecular III reacción de desproporción II es de catálisis heterogénea

72. Indicar lo que no ocurre durante un proceso redox: I. Se produce transferencia de electrones. II. Durante la reducción siempre se gana electrones. III. El agente reductor cede electrones al agente oxidante. IV. La sustancia que se reduce es el agente oxidante. V. El agente oxidante y el agente reductor siempre son sustancias distintas. A) I

B) II

C) III

D) IV

E) V

73. De las siguientes proporciones: I.

66. Indique lo incorrecto, en relación a los cambios que ocurre en una reacción química:

B) N2 + H2 D) N a N 0 2 + HCI

71. De las siguientes reacciones, lo incorrecto es:

III.

64. Indique verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

A )V V V V D) FFVV

Se libera o absorbe energía. Se form an nuevos elem entos químicos. En algunas reacciones hay formación de precipitado. En algunas reacciones hay liberación de gas.

Representa a una reacción del tipo denominada: NaCI(sc) + NaCIO(acl + H2Ofll

c. Acción oxidante del ozono NO,g) + 0 3(g,

347

68. La descom posición de un com puesto químico en sus elementos, por acción del calor, se denomina:

I. Es una reacción de adición. II. Es una reacción endotérmica. III. Es una reacción redox. B) VVF

■

► M g,N 2!sl

Mg se reduce. N se oxida. Mg no cambia su número de oxidación. Mg es el agente oxidante. Mg es el agente reductor.

A) VV V

u ím ic a

H20 2(l) + M n 0 2is) —► H20 (I! + 0 2(gl: es una catá­ lisis heterogénea.

II. H2(g) + 0 2(s) —* H20 (g): reacción endotérmica III. La catálisis puede ser: homogénea, heterogé­ nea, enzimática.

348

■

C o le c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

Es (so n) no c o rre c ta (s): A ) S olo I

B ) S o lo II

D)

E ) I; II y III

I y II

C ) S olo III

74. In d ic a r c u a n ta s p ro p o s ic io n e s son no co rre c ta s I.

H2 + O

—* H O: e le c tró lis is

II.

H , 0 2 — » H O i CL: fo to lis is con d is m u ta c ió n

III. M g O — * Mg + CL: re d o x in tra m o le c u la r IV. B r2 + K O H ■— p ro p o rc ió n

V. I2 + Cl2 + H20 — ► HIO, + HCI: redox ¡ntermolecular A) 1

A) I y II D) I y IV

K B rO . t K B r l H ,0 : re dox d e s ­

B) 2

C )3

D) 4

E I5

I. II. III. IV. V.

d is im u la c ió n ? H2 + B r, —

2H Br

II. Zn + HCI —

Z n C I. t H

B) II

C) III

D) IV

Mg —

Mg 2

O. —

II. S 7 - *

O 2

A ) 1 y 2 B) 2 y 2

S8

IV. C F 7 — >• Cl ' C) 1 y 3

D) 2 y 1

A) O

E) 3 y 1

80.

77. P ara las s ig u ie n te s re accione s: J ^ L —* Q

Q —

J + L — ► Q; AH = t 30 kJ/'mol

III. La reacción total: J + L —* R + T, es exotérm ica IV. La e n e rg ía de a c tiv a c ió n de R ^ T — » Q es igual a la de J - L — ► Q.

6. B 7. E 8. D

C )2

D) 3

E) 4

En las reacciones quím icas cuantas de las siguien­ tes proposiciones se cumplen

A) O

11. A 12. B 13. D 14. B 15. B 16. C 17. B

21. D

18. B

28. C

19. C 20. C

29. C 30. D

22. D 23. E 24. B 25. E 26. A 27. A

31. B 32. E 33. A 34. B 35. E 36. C 37. A 38. E 39. A 40. B

41. 42. 43. 44. 45, 46.

B) 1

51. A 52. B

B D D D D D

53. D 54. E 55. C 56. D

47. B

57. A

48. E 49. E 50. D

58. B 59. B E

O CO

9. A 10. C

B) 1

En las reacciones químicas las estructuras in­ ternas de las sustancias cambian. II. Durante una reacción química hay ruptura y for­ mación de enlaces. III. En toda reacción química se formará siempre un gas. IV. Las reacciones quím icas deberán desarrollarse siem pre luego de un calentamiento.

II. Las e n e rg ía s de a c tiv a c ió n s u m a n 100 k j/m o l

1. A 2. C 3. B 4. D 5. B

E) 5

I.

R + T

¿ C u á le s son las co rre c ta s ? I.

D) 4

Los catalizadores positivos aceleran la veloci­ dad de reacción. II. La energía de activación de una reacción exo­ térm ica es mayor que en su reacción inversa. III. Los alcalinos reaccionan violentamente con el agua. IV. Cuanto más finam ente divididos están los reac­ tantes, más rápida es la reacción.

cu a n to s son de o x id a c ió n y re ducción :

III.

C )3

I.

E) V

76. B a la n c e a r las s ig u ie n te s s e m irre a c c io n e s e indiq ue

I.

B) 2

79. De las reacciones químicas cuantas proposiciones son no incorrectas:

H3P 0 4 - P H j

V. A u 20 , — » A u ■ 0 2 A) I

El H.O. es una sustancia que presenta dualidad es decir, actúa como oxidante y como reductor. Como oxidante se reduce a oxigeno. Como reductor se oxida a oxigeno. En medio alcalino se reduce. En medio ácido se oxida.

A) 1

III. Fe ^ S —* FeS IV. H .P O , - *

C) I: II; IV

78. Con respecto al peróxido de hidrógeno, ¿cuántas proposiciones son no incorrectas?

75. ¿C uál de las re a c c io n e s re dox c o rre s p o n d e a una

I.

B) I y III E) III y IV

C )2

D) 3

E) 4

61. E

71. E

62. E 63. D 64. E 65. D 66. C 67. C

72. 73. 74. 75.

68. D 69. E

78. D

70. B

80. D

E B A D

76. B 77. E 79. E

Estequiometría

_

Q. O o

Jóns Jacob von Berzelius (Óstergótland. 20 de agosto de 1779-EstocoImo. 17 de agosto de 1848) fue un químico sueco. Llevó a cabo la técnica moderna de la fórmula de notación química ¡unto con John Dalton. Antoine Lavoisier y Robert Boyle. Comen­ zó su carrera como medico, pero sus investigaciones en la Q uí­ mica y la Física eran de mayor importancia en el desarrollo de la asignatura. Logró mucho en la vida más tarde como secretario de la Academia Sueca y es cono­ cido como el padre de la Q uím i­ ca en ese país. Luego, codificó los elementos según la primera letra de su nombre latino, agregando una segunda letra cuando había necesidad de diferenciar dos ele­ mentos cuyo nombre comenzaba con la misma letra inicial. Por ejemplo, C para carbono. Ca para calcio. Cd para cadmio, etc. Berzelius desarrolló un sistema de notación química en el cual a los elementos se les denotaba con símbolos simples, tales como O para el oxígeno, o Fe de hierro, con las proporciones seña­ ladas por números. Este es. básicamente, el mismo sistema utilizado en la actualidad, en la fór­ mula molecular; la única diferencia es que en lugar de subíndices (utilizados en la actualidad, por ejemplo. FLO). Berzelius utiliza un superíndice (H'O). La obra que resume la actividad de Berzelius. redactada paralelamente al desarrollo de esta, es el Trámelo de química (1808-1818). Fuente: Wifeipedia

350

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

<4 DEFINICIÓN Es aquella parte de la química que se encarga de es­ tudiar las relaciones cuantitativas entre aquellas sus­ tancias que participan en una reacción química. Para realizar dicho análisis cuantitativo se recurre a las le­ yes experim entales de la combinación química, que se agrupa en 2 grandes grupos:

Ley de las relaciones constantes y definidas o ley de Proust En todo proceso químico los reactantes y productos participan m anteniendo sus m oles o sus masas en una proporción fija, constante y definida. Cualquier exceso de uno de ellos perm anece sin reaccionar. E je m p lo : 1N2 + 3H2 —

1. 2.

3. 4. 5.

Se escribe la ecuación química del proceso y se balancea correctamente. Los coeficientes que se tienen en una ecuación química nos indicará el número de moléculas o número de mol-g de cada sustancia que participa en la reacción. Las sustancias que intervienen en la reacción lo hacen químicamente pura. El rendimiento de la reacción es del 100%, Si no nos dan datos de presión y temperatura asu­ miremos que la reacción se realiza a condiciones normales.

2NH3

Relación molar

1 mol

3 mol

—

2 mol

x 3

3 mol

9 mol

—

6 mol

n Proust: CLL = ±1 . nH Relación en masas

28 g

A2 7-2

Ur n,Jh

n N. _ 1 .

34 g

6 g

—

14 g

3 g

—

17 g

7 9

1,5 g

—

8,5 g

...(a)

■■■(y)

Lavoisier de (a): 34 g = 34 g

<4 LEYES PONDERALES (relación masa-masa)

28 _ 14 6 ~ 3

Ley de Proust:

Ley de Lavoisier o ley de la conservación de la materia En toda reacción la suma de las m asas de las sustan­ cias reactantes es igual a la suma de las m asas de las sustancias resultantes o productos. Es decir la materia no se crea ni se destruye, solam ente se transforma. En general. La reacción química,

7 1,5

De p: 14 g de N2 se requieren para reaccionar estequiom étricam ente con 3 g de H2 para form ar 17 g de NH3. Lavoisier: (14 + 3)R = (17)p 17 Si se combinasen 14 g de N2 con 5 g de H2, podem os observar que H¿ solo reaccionarán 3 g y el resto es el exceso.

masa: (g) A_+_B — C + D _ + £ a b c d e Por Lavoisier: XM r6ac = SMprod

14 g + 5 g —> 17 g

.-. Se cumple: a + b = c + d + e

N2

Tratamiento para la resolución de problemas en una ecuación quimica Ar(Ca)

MHNO,

MCa(N0 3)2

MH 2

40

63

164

2

Relac. molar

1 mol

2 mol

40

126

— ►1 mol —

164

nh3

(2 g de H2 que no reacciona) Por Proust: Las masas se encuentran en una propor­ ción constante y definida. 28 34

1Ca,„ - 2HNO,ia,: - — 1Ca(N03)a

Relac. masa

H2

14 17

1 mol 2

E je m p lo : Si en un recipiente se tiene 16 g de hidrógeno y 16 g de oxígeno. ¿Cuánta agua se ha producido?. Indicar el reactivo en exceso.

Por Lavoisier: 166 g = 166 g MH,

mn,

2

28

MNH, —

17

Resolución: Inicialm ente se tiene: mH, = 16 g; m0, = 16 g

3H2(gl + 1N2(3> — ► 2NH3(g) Relación molar Relación en masa

3 mol

6

Por Lavoisier: 34 g = 34 g

1 mol 28

— —

2H2 + 0 2

2 mol

2

34 Proust

m ol

1

m ol

2H 20 2

m ol

~ 4g

327

177 1

2 g

16 g

18 g

I

Proporción constante

Q

0 2 reacciona completam ente: 16 g y requiere solo de H2: 2 g => El H2 está en exceso:

C + B

u ím ic a

AB

...(1)

CB

...(2)

■

351

exceso H2 = 1 6 - 2 = 1 4 g .. De H20 se produce 18 g

AC

E je m p lo : SI en

un proceso quím ico las sustancias no se

encuentran en proporción estequiom étrica, entonces una

de

ellas

se

halla

en

exceso

y

reacciona

2CaO

...(1)

2 H ,0

...(2)

2Ca + 10 2 80 g

32 g

parcialm ente. La otra sustancia se consum e totalm ente

2H2 + I O j ■

y se le denom ina reactivo lim itante, encontrándose en

4g

32 g

m enor cantidad.

De la reacción (1) y (2). como Ca y H2 reaccionan con la misma masa de 0 2, Ca y H2 reaccionan entre si; entonces:

Aplicación: Determ inar cuántos gram os de amoníaco se deben descom poner para obtener 360 g de hidrógeno.

2Ca + 2H 2 — 80 g

2CaH2

4g

PA (N = 14; H = 1)

Aplicación:

Resolución: Se resuelve aplicando la regla de 3 simples: 2NH3 —

3H2 + N2

2 mol

85 g de una sustancia B reacciona con 40 g de una sus­ tancia A y 12 g de una sustancia C con 20 g de A. Deter­ m inar cuántos gram os de B reaccionan con 84 g de C.

3 mol

Resolución:

2(171!)-------3( 2gj

Por Rither:

x -------360

B + A x =

O O O g J IT )

= 2o40 g (N H 3)

—► BA

...(a)

85 g 40 g

C + A

Ley de las proposiciones múltiples o ley de Dalton Siem pre que dos elem entos se combinen entre sí, para form ar varios compuestos, entonces se cum ple que la

CB ...(P)

24 g 40 g múltiplo

B_

-

C_ —

BC

85 g ------ 24 g

que la masa del otro varia en una relación de números Para:

E je m p lo s :

• C + B -

De a y p :

masa de uno de ellos perm anece constante, m ientras enteros sencillos.

-

12 g 2 0 g

x

= 84(85) 24

84g

: 297,5 g

<4 LEYES VOLUMÉTRICAS

Compuestos

m (s,

SO

32 g

O

(16)

so2

32 g

©

(16) g

32 g

©

(16)

so3

m (o>

Ley de Gay-Lussac g

Solam ente son aplicables a sustancias (gaseosas) a las m ismas condiciones de presión y temperatura.

l

constante

g

I

n ° enteros

En las reacciones gaseosas; los coeficientes m olares nos indican tam bién los coeficientes volumétricos.

Ley de los volúmenes constantes y definidos. Existe una relación constante y definida entre los volú­ menes de los gases que reaccionan y producidos, cual­

Ley de las proporciones reciprocas o ley de Wenzell-Ritcher

quier exceso deja de combinarse.

Cuando dos sustancias diferentes se combinan sepa­

E je m p lo :

radam ente con una masa fija de una tercera sustancia, entonces se cumple que las masas relativas de aque­ llos son los m ismos que se combinen entre sí, o bien son m últiplos o subm últiplos de estos.

2 H ,0

_aig) 2 mol 2 V

1 mol 1V

2 mol 2V

352

■

C

Vh.

r r

2

=

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

3.

,

4 . VH,o

= Cte.

1H2ígi + IC L ig i —► 2HCI, 1V

1V

2V

C = i t 2 = 0 =0

S = 2: V = 2

Se tiene la reacción de fase gaseosa:

No hay contracción N2(gl + 3H2(gl -> 2N H 3(gl

4.

Relación molar

1 mol

3 mol

—

2 mol

Relación volumen

1V

3V

-*

2V

i L

1L

3 L

—

2 L

a CN

CC

1 cm 3 3 cm 3 — ► 2 cm 3

CN

22,4 L 67,2 L —

Fe(s) + 4 H 20 (g) —

1Fe20 4(s) + 4H2lg)

4V

4V

S = 4 ; V = 4 => C = No hay contracción. 5.

44,8 L

1CHl(g) + 2 0 2lg

1 C 0 2(g) + 2H20,¡, = 3 "1 = 2 3 3

S = 3; V = 1

1 mol.q = 22,4 L

Ley de los volúmenes proporcionales Los volúm enes de dos o más gases que reaccionan con un m ismo volumen de un tercero son los mismos con que reaccionarán entre sí. 3H ag, +

N2|9) - >

3V

IV

3 C I 2 (g, +

3 \T

2N H 3

2NCI3

1v

l dos, solo se deben tomar en cuenta las especies en estado gaseoso, omitiéndose sólidos y líquidos.

...(a)

2V

N 2(g)

f En el conteo de los volúmenes reactantes y produci-

...0 )

<♦ EFICIENCIA O RENDIMIENTO DE UNA REAC­ CIÓN

2V

J Is 2 L ( io o ) = -ü s ü -c io o )

De la reacción («) y (p): Com o el H2 y el Cl2 reaccionan con un mismo volumen de N2 entonces ellos reaccionarán entre sí, en la misma relación de volúmenes: V,H2

vrci2

°

, Rxn:

Masas y volúmenes reales: Se obtienen experim en­ talm ente en el laboratorio, es dato del problema. Ma­ sas, m oles y volúm enes teóricos se obtienen de la estequiom etría.

<1 PUREZA O RIQUEZA DE UNA SUSTANCIA QUÍ­

'

H2 + CL

MICA

2HCI

Contracción volumétrica (C) Es la relación que existe entre la dism inución del volu­ men, respecto a la suma de volúm enes reaccionantes. C =

S- V

Solo las sustancias quím icam ente puras reaccionan (100% pureza), la im pureza no reacciona. E je m p lo s : 1.

200 g de C a C 0 3 con 80% de pureza. -80%

(gases)

yCaCOlimpureza

Donde:

mT = 200 g

S: Suma de los volúm enes reaccionantes. V: Suma de los volúm enes resultantes

80 mCaco3 = y ^ ( 2 0 0 ) = 1 6 0 g

E je m p lo s : 1.

2H 2(9)

10.2(9)

2V

1V

S = 3: V = 2 = 3H2(g! + 1H2(g| 2V

1V

S = 4; V = 2 -

2H20 ,g 2V

2.

50 kg de fosfato de calcio con 60% de pureza. 40%

60%

¿ r

•_ 3 impurezá¿_

C a ,(P 0 4).

2N H, m T = 50 kg

2V , _ 4

ca3(Po4)2 -

60

1 qo

(30) - 30 kg

Q

u ím ic a

■

353

Aplicación:

Resolución:

Considerando los siguientes datos:

Sum ando se obtiene la siguiente reacción en la ob­ tención directa de S 0 3 a H2S20 7.

Elem ento

M asa atóm ica (Ar)

A

12,0

B

35,5

2 mol

10 mol

Resolución: En la reacción de combinación: Por dato: 4B + 1A — 1X l 1 mol 1(M„)

Por la ley de conservación de la masa (Lavoisier) Mx = 4(35,5) + 12 = 154 , . 1 mol(x) = 154 g

Hallar la masa de oxígeno que puede obtenerse al calentar 43,3 g de óxido mercúrico. Dato: Á r(H g) = 201 Resolución: 1 HgO

En el proceso Scholler para la obtención de azú­ car, produce (C6H120 6) a partir de la madera en una cantidad igual al 35% de aserrín de madera, a par­ tir de las siguientes reacciones. Hallar la cantidad de libras de goma de butadiino que pueden obte­ nerse a partir de 2000 Ib de aserrín seco. Ár: H = 1; C = 12; O = 16 C6Ht20 6 —

C2H5OH + C 0 2

C2H5OH + o 2 — + H2 - *

c 2h 4o

+ h 2o

c 4h 6 + h 2o

Resolución: Balanceando cada ecuación. Las reacciones son sim ultáneas de tal manera que a partir de C6H120 6 se pueden obtener en form a directa C4H6 sumando C6H120 6 —► 2C 2H5OH + 2 C 0 2 2C 2H6OH + 1 0 2 - *

1/2 mol

217 g .

■ 16 g . x

g .

2C 2H40 + 2H20

2C ,H 40 + H, —. C4HR + 2 H ,0 ; 3,2 g ( 0 2)

.-. Rxn Global: CeH i A

2.

224 L

las reacciones.

Hg + ^ o 2

1 mol 43,3

(10 )(2)(22,4)

c 2h 4o

E je m p lo s : 1.

2 mol

2(22,4 L)

A y B combinan para form ar una nueva sustancia X. SI 4 m oles de átomos de B se combinan con una mol de A, para dar una mol de X, hallar la masa de 1 mol de X.

4 mol 1 mol 4(35,5) 1(12,0)

2 S 0 2 + 0 2 + 2H2S 0 4 —> 2H2S20 7

Se combinan 40 g de S 0 2 y 25 g de 0 2, determ inar el % en masa del exceso con respecto a su masa inicial. S 0 2 + 0 2 —► S 0 3 Ár: S = 32; O = 16

C4H6 + 2 C 0 2

02

1 m ol-lb

1 m ol-lb -

180 Ib 35 (2000) Ib 100

54 Ib x

35 (2000) (54)

100

Resolución:

so3

1/2 mol

1 mol 64g 4 =>40g

16g 1 10 g

= 210 Ib (C4H6)

180

Balanceando la Rxn: ¡nicialmente —►40 g 25 g S 0 2 + 1/2 0 2 -

Tetracloruro de silicio se produce conform e la reac­ ción: 2CI2 + C + S ¡0 2 —> CI4S¡ + CO

proporción cte. 0 2 requerido

0 2: en exceso: 25 - 10 = 15 g

Hallar la cantidad de silicio que se consume cuando se producen 28 gramos de monóxido de carbono. Ár: C = 12; O = 16; Si = 28 Resolución:

0 2: % 0 2(exc) = ± |( 1 0 0 )

Sílice: SI 0 2

0 2: exceso: 60%

Reacción: balanceándolo. 2CI2 + 2C + S ¡0 2 —►CI4S¡ + 2CO 1 m ol 2 mol

Halla el volumen de anhídrido sulfuroso a CN se debe utilizar para obtener 10 mol de ácido pirosulfúrlco. Ár: (S = 32; O = 16; H = 1) 2S02+ 0 2 —

2S03

2H 2S 0 4 + 2 S 0 3 —

4 H ,0

2H2S20 7

'2 ( 2 8 g) x

---------------- 28 g

28 (1 ) _ 1 - mol ( S i0 2) 2(28)

354

6.

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Al hacer reaccionar una m uestra de 200 g de áci­ do salicílico con suficiente anhídrido acético, para obtener experim entalm ente 220 g de ácido acetil salicílico (aspirina) de acuerdo con la ecuación, C 7H60 3 + (CH3C 0 )20 —

Para obtener por síntesis 51 g de am oníaco fue necesario em plear 20% en exceso de H2 y 10% en exceso de nitrógeno. ¿Qué cantidades se han usa­ do de estos compuestos?

C9H80 4 + CHjCO O H

Resolución: N2 + 3H2 3 m ol-

Determ inar el rendim iento de la aspirina para la reacción, Ar: H = 1, C = 12, O = 16

^

CH,COO H

nH2

1 mol

H ,= prop. cte.

x =

168,6 g

(ác. salicílico)

Rendimiento: n =

i||^(100)

=

84,3%

Para elim inar el C 0 2 exhalado por los astronautas en vuelos cortos pueden utilizarse absorbentes químicos. El Li20 es uno de los más eficaces. Si la reacción es: U 20 + C 0 2 —► Li2C 0 3

10.

,

120(4,5) = 5,4 mol (H2) 100

En la combustión de un hidrocarburo gaseoso parafínico (C„H2n+ 2) se produce una contracción de 5/9. Hallar la masa m olecular de este hidrocarburo, teniendo presente que el vapor de H20 producido se condensa rápidamente. Resolución: Rxn: No se considera coeficiente del H20 -,2 —► n C 0 2 + (n + 1 )H20 (i, s = 1+ 3 n + i= 3(1+n);c= S^V

Determ inar el volumen en pie3 de C 0 2 en CN que 5=2. 9

se absorben por libra de Li20 .

= 7, O = 16, C = 12

Dato: Ár: Li

Resolución:

51 g

nH2 = 4,5 moles con un exceso de 20%, el ingreso de H2 es 120%

220 g

1mol

2(17 g)

nH2 --------

Resolución: inicial: 200 g

2N H 3 2 mol

A v = n

(1 + n) - n n = 2 [(1 + n)

HC: C2H6;

M = 30

1 mol-lb => 359 pie3 a CN De la Rxn: Li20

+

1 m ol-lb

C 02

Li2C 0 3

1 m ol-lb

1m ol-lb

30 Ib 1 Ib 359 = 12 pie3 30

11. Una mezcla form ada por: CH4, C2H2 y 0 2 ocupa un volumen de 50 mL y se som ete a la combustión completa que deja un residuo de 25 mL que no contiene ninguno de los gases de la mezcla origi­ nal. El agua fue condensada. ¿Qué porcentaje en volumen había del oxígeno? Resolución:

Hallar el volum en de aire que se necesita para la com bustión de 3 litros de C2H2 (acetileno) y el volu­ men de dióxido de carbono (C 0 2),

x cm 3

Aire ( 0 2: 20%; N2: 80% en volum en)

Rxn

Resolución: De la Rxn: 1C2H2 + ^ 0 2

x

2x

x . 2C 02

C2H2:

C2H2

Jo ,

y cm

1V

f v

H ,Q „,

• 2 C 0 2 + H20 2 V

-2 V

Rxn

3 L-

- V co2 r

Dato: C 0 2 : x + 2y = 25

...(a)

Mezcla: x + y + 2x + |- y = 50

-O )

vo2

1V

7 ,5 L ; Vct

3 (2 )V 1V

Volumen del aire: Va: V02 = 20%Va Va

0 2: 50 mi

CH4 + 2 0 2 -► C 0 2 + 2H20,(i) 1V 2V V

1V-

3 (§ )V Vo2 =

Mezcla: CH4, CH4:

= ^ (1 0 0 ) =

7 ,5 L 20

(100) = 37, 5 L

2y

Y-

:6 L ~~o7" De a y (5: x = 5; y = 10

=» Q 2: 2x + | y = 35 mi => % 0 2 = | | ( 1 0 0 ) = 70%

Q

1 2 . Se hace pasar una mezcla de CH4 y C2H4 sobre

CuO al rojo y recogem os 0,6 g de H20 y 1,185 g de C 0 2. Determ inar la composición de la mezcla si la combustión fue completa.

Resolución: Aplicando ley de Proust o proporciones constantes. = 0,033 mol Se obtiene: nH¿0 : M 18 1,185 = 0,027 mol nCO , = 44 Rxn: CH4: CH4 + 2 0 2 - . 1 C 0 2 + 2 H ,0 2 mol 1 mol 1 mol x mol: -2 x x _ ______ x C2H4: y mol:

2y

2y

C 0 2:

x + 2y = 0.027

...(a)

H20 :

2x + 2y = 0,033

,.. (P)

_

y = 0.0105 _

II A

III A

IV A

VA

V IA

V IIA

|EO|

1

2

3

4

3

2

1

E je m p lo s : • meq(Ca) = 40/2 = 20

meq(H) = 1 / 1 = 1

• meq(AI) = 27/3 = 9

meq(N) = 14/3 = 4,66

• meq(CI) = 35,5/1 = 35,5

meq(S) = 32/2 = 16

• meq(0 ) = 16/2 = 8

meq(C) = 12/4 = 3

Compuestos: 0 M: Masa m olecular del com puesto 0: Parámetro del com puesto

Compuesto

36,3° CH„ 63.7°, C,H4

n.° de Hs sustituibles n.° de (OH)s Carga total del catión 0 anión

E je m p lo s :

Óxido 1.

S 0 3: M = 80

La cantidad en masa de una sustancia que se combina, libera o desplaza a 1 unidad en masa de hidrógeno u 8 unidades en masa de oxigeno o 35,5 unidades en masa de cloro.

Ácido

E je m p lo s :

2.

1.

Carga total del O

Ácido

Sal

<4 MASA EQUIVALENTE (met|)

Hallar la meq de una sustancia, si 69 g de él se combinan con 3 g de hidrógeno.

9

Óxido

Base

Total = 0,0165

Es la masa estándar de combinación que permite determ inar la capacidad de combinación de las masas de diferentes especies químicas. Para determ inar la masa equivalente se toma como referencia:

35o

IA

De (a) y (p): x = 0,006

■

Grupo

- 2CO, + 2H 20 2 mol 2 mol

C2H4 + 3 0 , 1 mol

u ím ic a

SO 3- = . 8 = 6 m ( S 0 3) = 80/6 = 13,33

H ,S 0 4: M = 98

^

o

-

O í s -

o

^

,

Resolución: 69 g(s)

---------- 3 g H

m eq(sj

--------------

m

Tiene 2 átomos de H sustituibles. Suponiendo que se sustituyen los 2H. (0 = 2)

=» n%„ = 23 2.

Determ inar ia maq de una sustancia si 87 Ib de él se combinan con 64 Ib de oxigeno.

Resolución: 87 lb „

o

= 23

1gH

= 49

Ácidos orgánicos CH,COO H: M = 60

64 Ib(O)

10,1

H I

Determinación de la masa equivalente

m eq(E)

Donde: maq: masa equivalente Ar: masa atómica |EO|: valor absoluto del EO

EO |

►1H sustltulble \

O—H carboxilo

Ar(E: Elemento:

98

meq(H2S 0 4)

0 = 1

60 meq(CH3COOH): ^ = 60 1 COOH

COOH: M = 90 (0 = 2)

m eq(COOOH— COOH)

90 2

356

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Sal 5.

Resolución: Ca3(P 0 4)2: M = 310

(+ 2 )-(+ 3 )= -

C a 3 (P 0 4)2 =30 = 6

M n04

310

meq[C a3(P 0 4)2:

Fe2'

—

eq(KMn04) -

FeCio =>9 = 3

M KMn04

Ar(Fe)

= 5 4 ,1 6

Base o hidróxido

158 5

e s ganados 56 1

e;: perdidos

7.

pues (20 H

1 Eq = m

Ión M¡4

: 56

1 Eq(O) = 8 g 1 E q (H )= 1 g

M = 96 A 0 = 2

1 Eq(H2S 0 4) = 49 g

M = 48 2

1 Eq(SO j) = 13,333 g Número de equivalentes-gram os (n.° Eq)

NH4: M = 18 A 0 = 1 meq(NH4) =

= 18

n.° Eq = - d -

10. OPT: M = 17 A 17 1

(gramos)

E je m p lo s :

carga ion

meq(O H -) =

31,6

Es la masa en gram os de una sustancia cuyo valor nu­ m érico es igual a su masa equivalente.

74 = 37 meq[Ca(OPf)2] = 321

m =,(S O j

|

<4 EQUIVALENTE GRAMO (1 l q>

Ca(OH)2: M = 74 A 0

S 0 4O

FeT3 + Mn2*

(+ 7 )-{-¡-2 ) = +5e~

FeCI3: M = 162,5

meq(FeC I3) =

+

= 51,66

v

n.° Eq = n0

n: número de moles 9: parám etro del com puesto

17

Aplicaciones:

Óxido - reducción

1.

E je m p lo s : Rxn:

La masa equivalente de un com puesto es igual a la suma de las m asas equivalentes de sus ele­ mentos. •

M mea = — a g .o x id . n.° es transferidos

meq(CaO) = meq(Ca) + meq(0 ) meq(CaO) = 20 + 8 = 28

AG.RED.

•

rneq(HCI) = meq(H) + meq(CI) meq(H C I)= 1 + 35,5

± 2 t I-2

H2S

1

hno

meq(HCI) = 36,5

) = -2e3

-

•

|0 NO + S + H ,0

PS

reductor

(+5) -

meq[Ca(O H)2] = 37

(+ 2 ) = +3e"

oxidante

•

34 n.° es perdidos

34

meq(H2S 0 4) = meq(H) + m0q(S O 2U meq(H2S 0 4) = 1 + 4 8

______________ 63 = 63 = 21 oxidante: FtN 03; meq = n.° eq ganados 3 Reductor: H,S; m „

meq[Ca(O H)2] = meq(Ca) + meq(O H“ ) meq [Ca(O H )2] = 20 + 17

meq(H2S 0 4) = 49 •

= 17

meq[AI2(S 0 4)3] = meq(AI) + meq( S 0 2' ) meq[AI2(S 0 4)3] = 9 + 48 meq[AI2(S 0 4)3] = 57

Hallar la masa equivalente del perm anganato de potasio (K M n 0 4) en la siguiente reacción de óxidoreducción: M : K M n 0 4 = 158; Fe = 56

2.

Ley general de com binación química Para m uchas reacciones o combinaciones quím i­ cas las sustancias contienen igual número de equi­ valentes gramos.

Q

1.

n.° Eq(A) = n.° Eq(B) = n.° Eq(C) = n.°Eq(D)

2Ca

m eq

n.° Eq

3.

357

Se necesitan 200 calorías para que 500 g de un cuerpo eleve su tem peratura desde 20 °C hasta 25 °C. D eterm inar la m asa atóm ica de esta sus­

E je m p lo :

masa

■

E je m p lo s :

C + D

Sea la Rxn: A +B

u ím ic a

T

+

q

2

—

tancia.

2CaO

80 20 80

32 8 32

112 28 112

20

8

28

4 Eq

4 Eq

4 Eq

Resolución: Q = 200 calorías m = 500 g AT = 25 - 20 = 5 °C 200 = 0,08 500(5)

Q m AT

Determ inación de masas atómicas

Por Dulong y Petit:

a. Exacta de los elementos Usar aplicación (2)

A r(S)ce = 6,3

Ar.c, —

6 ,3 = 6,3 = 78,75 ce 0,08

b. Ley de Dulong y Petit 2. Ar Elce x 6,3

de átomos Ib de oxígeno, ¿cuál es la masa equiva­ lente de dicha sustancia?

Ar(E): masa atómica aproximada ce: calor específico Donde: ce =

Si 42 Ib de una sustancia se combinan con 3 mol

Resolución: 42 Ib (S)

Q

3 mol átomo lb(Q) ~~

mAT

Q: cantidad de calor m: masa At: variación de tem peratura 1 BTU = 242 calorías

meq(S)

------------------

m eq(S) = 8 [

PROBLEMAS

8

42 1 3 (1 6 )]

RESUELTOS

H " "

Hallar el volumen de cloro m edido a 20 °C y presión 879 mmHg que podrem os obtener al hacer reac­ cionar 31,6 g de perm anganato potásico K M n 0 4, con un exceso de ácido clorhídrico concentrado. KMnO„ + HCI — KCI + M nCI2 + C l3 + H20 Ar: (Mn = 55; K = 39; O = 16; Cl = 35,5)

hasta 22,5 atm. Produciéndose la siguiente reacción: 2 C 0 2 — 2CO + 0 2

Inicial C 0 2

Total (mezcla)

Resolución:

T = 427 °C (700 K)

T = 1127 °C = 1400 K

Para: Cl2: P = 879 mmHg; T = 20 °C = 293 °K n: lo hallamos por estequiom etría. R = 62,4

P = 10 atm

P = 22,5 atm

(a )

Aplicam os: ec. universal: (PV = nRT) De la reacción balanceada: KM n04 + 8HCI

KCI + MnCI2 + | C I 2 + 4H20

1 mol

mol

158 g 36,5 g

------

Determ inar el porcentaje m olar de C 0 2 que no se ha transformado. Resolución:

Volumen constante V. Por la ecuación universal (PV = nRT) c° 2 nT =

_ PV RT

10V R(700)

...(P)

Dividendo (a ) y (|3):

nCI,

En a: V

nRT P

0,5 (6 2 ,4 )(2 9 3 ) 879

...(a)

22,5 V R(1400)

nci2 = 0,5 mol

2.

3(16)lb

■■(Y)

nT

De la reacción química 10,4 L

Se tiene C 0 2 en un recipiente cerrado hermética­ mente a 427 °C y 10 atm de presión. Al calentar has­ ta la temperatura de 1127 °C, la presión aumenta

2C02 Inicial: Reacciona: Q ueda:

nco¡. x nCOz - x

■2CO + 0 2 O O x x/2 x/2

358

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

nT = nco2 - x + x + | = nco, + x/2 De ec. (y): | n C02 = nCOz + |

5.

=» x = | n C02

Calcular el % de pureza de un mineral de Fe. Si una muestra de 500 g del mineral impuro produce 12 g de hidrógeno según la siguiente reacción: Rxn. Fe.,, + HCI(ac) —► FeC!3 — H2!gJ

C 0 2 (sin reaccionar) nco, - x = nco. - | n co,

Ar: Fe = 56; Cl = 35.5 R e so lu c ió n :

=> C 0 2: (sin reaccionar) ^ nC02

impureza % m olar C 0 2 = ^ ( 1 0 0 ) sin reaccionar T

Fe

+ HCI

—* FeCI, + H,,„,

3 A

n c °2

% m olar C 0 2 = - |------- (100) sin reaccionar g nco2

m., = 500 g Pureza =

% m olar C 0 2 = 66,7% sin reaccionar 3.

suslanc!a pura ( 100 )

.(a )

Fe,sl + 3HCI(acl —> FeC lj + - H 2

Calcular la masa de cal viva al 80% de pureza que puede prepararse calentando 200 Ib de caliza con una pureza del 95% de C a C 0 3.

1 mol 56

- mol .

|( 2 )

R e s o lu c ió n : C aC 03

— ► CaO + C 0 2

1 m ol-lb

1 mol-lb

12 g mFe = 224 g, esto está contenido en la muestra

100 I b -------------56 Ib

En (a): Pureza: | | ^ ( 1 0 0 ) = 44,8% oUU

^ ( 2 0 0 ) I b -------- x Ib 6. x = 106,4 Ib (CaO) Por dato: cal viva contiene 80% CaO pura: 80 ^CaO ~ «j qq ^\al viva m

_ 100„ al ”

100 M nft

80

IK

Ca0 — "80"

Determ inar el porcentaje de impureza que contie­ nen 100 g de cloruro de bario si al reaccionar con H2S 0 4 produce 50 mL de HCI con 36% de pureza y una densidad de 1,18 g/mL. Ár: (Ba = 137, Cl = 35,5) R e so lu ció n :

m cal = 133,0 Ib

4.

Determ inar el volumen desprendido de H2 a 0 °C y 8 atm, que se obtiene al reaccionar 4 molátomos Zn con H2C 0 3.

H.SO,

50 mL

Zn(s) + H2C 0 3 —► Z n C 0 3 + H2:()l Á r : Zn = 65; C = 12; O = 16

100 g

D = 1,18 g/mL

R e s o lu c ió n : De la ecuación estequiom étrica, hallamos las mo­ les de H2; luego aplicam os la ecuación universal para determ inar el volumen. 1Zn + H2CO s —► Z n C 0 3 + H2 1 mol átom os

_____ __

1 mol

4 mol átom os

_______

nH,

4 ( 1) „ , nn2 = - j 1 = 4 mol => P = 8 atm; T = 273 K; R = 0,082 Por la ec. universal: PV = nRT _ nRT P

4 (0 ,0 8 2 )(2 7 3 ) _ 8

msol = 1,18(50) = 59 g m,

36

HCI

-(59) = 21,24 g

100'

Rxn: 1BaCI2 + 1H2S 0 4 1 mol

- 2HCI + 1BaSO, 2 mol

208 g

-----------

2 (3 6 ,5 )g

m

______

21,24 g

m = ^ g y (208) = 60,5 g

(BaC|2)

De la muestra:

100 - 60,5 = 39,5 g 39 5 im pureza = ^^(100) = 39,5%

im pureza: %

Q

inicial V, = 240 L P, = 800 torr T, = 127 °C = 400 K

Para preparar H2S 0 4 son necesarios las siguientes reacciones sim ultáneas, a partir de la pirita: FeS2 + 0 2 —»• Fe20 3 -i- S 0 2 S 0 2 + 0 2 —► S 0 3 s o 3 + h 2o — H2S 0 4

py _

2FeS2 + 4 ^ 0 2 —*

+S 0 2

359

final V, = V P, = 900 torr T, = 27 °C = 300 K

^ v = 800(24°)(300) 900(400)

V = 160 L (C3H8) 9.

Balanceando las Rxns y obtención de la reacción global:

■

Por la ley general de los gases ideales:

Calcular la masa de FI2S 0 4 al 60% de pureza que se obtendrá si se tratan 200 kg de pirita con 80% de pureza. La eficiencia del proceso es de 95% Ár: S = 32 ; Fe = 56; O = 16

Resolución:

u ím ic a

Calcular la pureza de una m uestra de carburo de calcio, sabiendo que al tratar 2,056 g de carburo son agua se obtienen 656 cm 3 de acetileno, recogi­ do sobre agua a 22 °C y 780 mmHg. Dato: p220c = 19,9 mmHg

4502+ 202

4SO 03 j

4 5 0 3 + 4H20 -

(+ ) Ar: C = 12; Ca = 40; H = 1; O = 16

4 H 2S 0 4

Resolución: 2FeS2 + f o

2

» Fe20 3 + 4H 2S 0 4 T = 22 °C (295 K)

2 mol

4 mol 4(98)

2 ( 120 ) W

~

(20 0 )k9

* l'l'lníirr,

CaC, I

h

O

cu , v = 6 5 6 cm 3!

m = 261,3 kg (H2S 0 4) puro Solución de hl2S 0 4: H2S 0 4: 60%: H20 : 40% mFI2S 0 4 msolución

60

m solución

100

100 . ‘

P 220 = 19,8 mmHg

^804 = ^ ( 2 6 1 , 3 ) kg 60

Resolución = 435,5 kg

Asum iendo: gas saturado Hr = 100%

Eficiencia 95%:

Ph2o = PH.o = 19.S mmHg

. m"so lu. c ió n — _ h 2s o 4

95 -^ ^ -(4

3 5 ,5 )

Por Dalton: PT = Pgas + PH,0

413.72 kg

1u u

Pgasseco = 780 - 19,8 = 760,2

real

8.

PT = 780 mmHg

mM = 2.056 g

Determ inar el volumen de gas propano (C3H8) a 27 °C y 900 torr se podrán com bustlonar a partir de 6000 L de aire que se encuentra al 127 °C y 800 torr. Dato: aire ( 0 2: 20%: N2: 80% en volumen).

Resolución: P = 900 torr

6000 L

7 6 0 ,2 (0 ,6 56 ) . . pv — — — - = 0,027 moles RT 62,4(295) De la reacción: C aC 2 + 2H20 C 2H2 + Ca(O H )2 1 mol 1 mol 64 — ' m CaC. ------------ 0,027 mol P H ■n -

m CaC2 = 1,73 g (puro)

20%

c 3h 8

Pureza :

m

CaC2(100) = 7 l7 L ( 100) m, 2 ,0 5 6 '

Pureza = 84,2% (CaC2)

27 °C

20

V02 = ^ v aire = ^ ( 6 0 0 0 ) =, V02 = 1200 L De la Rxn: 1C3H8

.,..(C2H2) . . ^ 2, ,2,

Hallando: n de la ec. universal: (PV = nRT)

502 -

1V _

5V

Vr’C j H j

1200 L

3CO-, + 4 H ,0

10. El fosfato trisódico se coloca en un cristaliza­ dor, obteniéndose una producción de 28 t cada 24 horas de la sal cristalizada. ¿Cuántas horas se denotará la cristalización en dicho equipo de una cantidad de fosfato trisódico que se obtiene de una reacción de neutralización com pleta entre

VC3hs = 12° 7 1V> = 240 L a 127 °C; 800 torr

9400 kg de ácido fosfórico y 6000 kg de hidróxido de sodio?

En las condiciones: para el gas propano (C3H8

Ár: H = 1; P = 31; O = 16; Na = 23

360

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución: N a 3P Q 4 + x H 20 20 mmHg p

=

28 _L

20

p«2 + K = 72 PH2 = 52m m H g ...(a)

24 h

íPc>4 ~ 9,4 t, mNaOH — 6,0 t Rxn de neutralización: 1H3P 0 4 + 3NaOH —► 1Na3P 0 4 + 3H20 1 m ol-t

3 mol-t

98 _______ 120: x ________ 6:

H3P 0 4: exceso NaOH: reactivo limitante

x = 4,9 t (H3P 0 4) => exceso: 9,4 - 4,9 = 4,5 t O btención de Na3P 0 4: 3 m ol(NaOH) _______ 1 m ol(Na3P 0 4) 120 6

164

Com o el V, T no varían las moles son proporciona­ les a la presión parcial. PV = nRT Proporción en m oles es igual a proporción de pre­ siones parciales. Del dato. nH2 > nC2h4 => PH2 > Pc2h4 Reacción reducción: PT = 54 mmHg C2H4 + H2 — c 2h 6 inicio 0 Pc2h4 Ph2 Rxn Pc2H4 Pc2h4 Pc2H4 final 0 Ph2 — Pc2h4 Pc2h4

x

H2 en exceso

x = 8,2 t (Na3P 0 4)

Al final queda: 0 2; H2; C2H4 ■•■ t^Cristal)

= — p “—

28

= 7’0 h

Pq2+ Ph2 + PC2h4 + Pc2h4 = 54 mmHg 20 mmHg

24 11. En un balón de 3 litros de capacidad se hallan hi­ drógeno y oxigeno a 314 torr, cada uno de ellos y a 27 °C. Una chispa provoca la reacción entre 0 2 y H2. Determ inar la presión total en torr. Después de la reacción suponiendo que la tem peratura no varía. PH 2J0C = 27 torr

Resolución: De la ecuación universal (PV = nRT) como V y T no varían, las m oles son directam ente proporcional a la presión parcial. Proporción de m oles es igual proporción en presio­ nes parciales. 2H2 2 P

+

102 —

_______ 1 p

314 to r r

2H20

(proporción constante)

157

0 2 (exceso): 314 - 157 = 157 torr H20 : a 27 °C se condensa Presión de vapor H20 = 27 torr

P h2 = 34 mmHg En (a):

PC2Hj = 18 mmHg

.-. Fracción:

^ 18 _ 9

P c 2h 4

PC2hj +PH2

52

26

13. Una mezcla de propano (C3H8) y butano (C4H10) ocupan un cierto volumen a la presión total de 16 cmHg. La mezcla se quem a con suficiente can­ tidad de oxígeno. El C 0 2 producido tiene presión de 60 cmHg a igual volumen. Hallar la fracción de propano en la mezcla.

Resolución: Com o el volumen y la tem peratura no varían; las moles de cada gas es proporcional a la presión parcial. PV = nRT La proporción constante de moles es igual que la de presiones parciales. c 3h 8

C3H8: p

+

502 5 P

1P

1 cmHg

►3 C 0 2 + 4H 20 3 p

PT = 157 + 27 = 184 torr c 4h 10

C4H10: 12. En un recipiente revestido de platino se tiene 0 2, C2H4, e H2 con una presión total de 72 mmHg, lue­ go de efectuado solo la reacción de reducción la presión total es 54 mmHg a tem peratura constante, la presión parcial de 0 2 inicial es de 20 mmHg. De­ term inar la fracción de las m oléculas de la mezcla C2H4 + H2 que era C2H4. Dato: nc, H4 < nh2

(1 6 -p )c m

+

f ° :

(16 - p)

4 (1 6 -p )

Dato C 0 2: 3p + 4(16 - P) = e _4_ 16

- * 4 C 0 2 + 5H20

=> p = 4 cmHg

1 4

14. A partir de la siguiente reacción de óxido-reducción en m edio ácido: S 0 2 + Cr20 7 —► S 0 4 + Cr 3

Q

¿Cuántas moles del agente oxidante reaccionarán para form ar 0,75 moles de ia form a oxidada?

meq(M) + meq(CI, = 2 ^

Balanceando: Por redox. m edio ácido: -2e > 3 oxidación

18 .

forma ¡oxidada

+6 +12 3 S O : + 2Cr3+ + H20

3 S 0 2 + Cr2C>7 + 2 H f -

mtq(M) = 20,5

n.° Eq(X) = n.° Eq(O)

Estequiometría: 1 m ol 3 mol x _______ 0, 75 mol 0 ,7 5(1 )

Al pasar oxígeno por 8 g de un m etal^sufre un au­ mento de masa en 16 g. Calcular la Ar exacta del metal, sabiendo que forma un com puesto cuya fór­ mula es X (N 0 3)3.

X = metal: m{X| = 8 g; m(0)= 1 6 g X (N 0 3)3 = |EO| = 3; meq = 8

- 6e x 1 reducción

m,: m ,,

m.

—

Ar,,

..■ A ™r (X) = - 1 12 2

■0,25 mol (ag. oxidante) Cr2o= 19 .

A partir de la siguiente reacción de óxido-reducción en medio ácido. NO,

ce(M) = 0,123

Calcular, ¿Cuántos litros de dióxido de nitrógeno gaseoso en CN se form arán al actuar 0,15 moles

Por Dulog y Petit: 6,3 0,123

(a)

Ar = 51,2

Form ación del óxido: M + 0 2 —► M2Ox (6 8% M; 32% O)

Resolución: age nte - 6e x 1 r e d u c t o r o x i d a c i ó n

+ 5 _______ - i

Asum iendo: 100 g del óxido => mM = 68 g; m0 = 32 g

O 4 + 6 N 0 2 + 2H 20

S° + 6 N 0 3 + 4H ‘ x 6

Condición Rxn: n.° Eq(M) = n.° Eq(O)

+4 I

1 mol (S)

6 mol (N 0 2)

0,15 mol (S)

x

i

6 ,3 c.e.

Ar

del agente reductor?

0,15 (6 )(2 2 ,4)

Calcular la A r exacta de un metal ce = 0,123. Se sabe que un óxido contiene 68 % de ese metal.

Resolución:

S + NO, ~ SO;

16

361

Resolución:

ag. oxidante

15.

■

35,5

Resolución:

x =

u ím ic a

68

32

= 17

Ar

...(P)

I EO | 20,16 L ( N 0 2;

Pero: |EO| =

Calcular la meq de cierta sustancia sabiendo que 60 g de ella se combinan con 1023 átomos de cierto

51,2 17

Ar m P„

=> |EO| = 3 valor entero

De (p): Ar (exacto) ■ meq |EO| =, 17(3)

elem ento divalente.

A r(exact0) = 51

Resolución: 20 .

Condición reacción: n ° Eq(X) = n° Eq(Y) =»

10 átomos 60

Ar,v 6 ,0 x 10 átomos Ar,(V)

meq(X) = 180 17.

La meq de un cloruro metálico es el doble de la me, del metal.

Resolución: Cloruro metálico: MCIx Condición: n U M C Ix ) = 2m (CaO)

El ce antim onio es 0,05 cal/g °C. Un compuesto contiene 97,6% Sb y 2,4% H. Calcular la masa ató­ mica exacta del metal y la fórm ula del compuesto.

Resolución: Por Dulong y Petit: A r =

u, Ub

126

Com puesto: Sb: 97,6%; H: 2,4% Condición: n.° Eq (Sb) = n.° Eq(H) 97,6 = 2,4 m PP,oh\ 1 Ar,c NO

m,eq,(Sb) = 40,66

= 40,66

„(P )

Reem plazando (a) en (P): EO o NO :

126 40,66

3 valor entero

...(a)

362

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

En (p): Ar(Sb) = 40,66(3)

S

a p ie n s

Ar(Sb) = 121,98

2 3 .

Fórmula: SbH, estibina 2 1.

Hallar la masa de F eS 0 4 que se combina con 15,! de K M n 0 4 en m edio ácido, según la reacción. M nO „ + Fe2' + H* —

Se tiene una mezcla de lim aduras de magnesio y otro m etal no atacable con el ácido clorhídrico; si al tratar 100 g de la mezcla con exceso de HCI se producen 56 L de hidrógeno, m edidos a 0 °C y 1 atm, calcular el % en masa de Mg en la mezcla. Ár: Mg = 24; Cl = 35,5; H = 1.

Resolución: Ár: Mn = 55; Fe = 56; O = 16; K = 39; S = 32 (+2 )-(+ 3 ) = -1 e * - o oxidación

í M n 0 4 4- Fe IA O

Resolución: m»

%Mg

F eS O „:A .R : M = 152; 0 = 1

+ H2(g)

n.° Eq (K M n 0 4) = n.° E q (F e S 0 4)

56T

100 g

(C N )

m .n m,eqA.O

Hallando mH : ^ M

F e 3' + M n2* 4- H ,0

K M n 0 4: A.O: M = 158: 0 = 5

CN: P = 1 atm, T : =0 °c Mezcla: Mg + M 4 HCI -

m

+ H

A .R

|_________ ( 47 ) - ( - 2 )= + 5e « reducción

.(«)

( 100 ) 100'

Fe3 + M n2 + H20

56 = ^_ (2 )= 5 g 22,4

m ad

15.8 15,8 158 5

m,eqA.R.

mFl 152

1

.-. m = 76 g (F e S 0 4)

Condición Rxn: 24 .

n - ^ó(Mg) ~ n- Eó(H2) m Mg mM Mg _ m H; m eq(Mg)

m„

n \,g = 6 0 g

24" 1 2

Un elemento de valencia única form a un óxido de m olécula pentatóm ica, si 15 g de este elem ento se combinan con 0,5 equivalente gram o de oxígeno. Calcular la masa atómica del elemento.

Resolución:

En a: % Mg = ^ ( 1 0 0 ) = 60%

X 20 3 |

22. Se hace 100 L de aire a 20°C, 740 Torr, a través de una disolución de hidróxido bárico se precipitan 0,296 g de carbonato bárico. Calcular el % en volu­ men del C 0 2 en el aire. Ár: Ba = 137; C = 12; O = 16

|EO|(x) = 3 molécula pentatómica

n.° Eq(X) = n.° Eq(O) ml Xl = 1 5 g ;

m„

n.° Eq(O) = 0,5 eq

_15 = 0 ,5 Ar,v,/3

Resolución:

m"(x„ ) M„,

Ar,,

90

Aire 2 5 .

+

100 L

Ba(O H)2

M = 197 BaC03

V rn . 0,296 g P = 740 torr T = 20 °C = 293 K % V

Vr C02 = ^ ( 1 0 c°2 - 100 '

0

Resolución: Ley de Dalton:

)

Para el aire: Aplicando ec. universal: PV = nRT PV _ 740(100) = 4,047 (aire) n RT 62,4(293) De la mezcla de gases: %V,

,..(P)

De la Rxn: n.° Eq(CQ2) = n.° E q (B a C 0 2)

n C 0 2 = 7,51 x 10‘ 4

4n co2

M

Cl

Cloruro 1

85,22

14,8

Cloruro 2

65,8

34,2

%n,

co2 %VCo 2 — 0/° n co 2 : : ^ n( 1 0 0 )

'co 29 = ■

Cierto metal forma dos cloruros que contienen res­ pectivam ente 85,2% y 65,8% del metal. ¿En estos com puestos qué ley se cumple? ¿Cuál es la fórm u­ la del segundo cloruro? ¿Cuál es la masa atómica del metal? ¿Es posible otra fórmula? Ár: Cl = 35,5

0,296 197 2

En (P): %VC02 = 7 ’ 541 q417° " (IDO) = 0,018%

Cloruro 2: 6 5 ,8 _______34,2 8 5 .2 _______x Los cloruros: Cloruro 1: MCI Cloruro 2: MCI3

8 5 ,2 (3 4 ,2 ) = 44,3 65,8

EO(M) = 1' EO(M ) = 3'

Hallando Ar,U): (1.° cloruro)

Q

29.

85,2(M)------------- 14,8 Cl m eq(Mi

------------ 35,5 Ar

I V , = 2 0 4 -36 -

= 204,36

- f

u ím ic a

■

363

Se hace reaccionar totalm ente 1,2 L de H2S 0 4 0,5 M con cobre metálico según la reacción (sin balancear): Cu(s, + H ac + S C 4 . — C u2ac La masa de cobre m etálico oxidado es: Ar: Cu = 63,5

26. Se disuelve una m uestra de plomo (2,07 g) en áci­ do nítrico y se obtiene una solución de nitrato de plomo. Se trata esta solución con ácido clorhídrico, cloro gaseoso y cloruro de amonio, el resultado es hexacloro plumbato amónico. ¿Cuál es la masa máxima de este com puesto obtenido? ¿Cuál es su fórm ula? Todas las reacciones tienen igual rendi­ miento del 90%. Ár: Pb = 207; Cl = 35,5; N = 14; O = 16

Resolución: V = 1,2 L M = 0, 5 => nH2so4 = 1.2(0,5) = 0,6 moles Balanceando la Rxn: - 2e

I

- 2e

Resolución: 1.° Rxn: Pb + HNO,

. Pb(NO ), + ...

2 .” Rxn: M = 456 P b (N 0 3)2 + HCI + ... — (NH4)2PbCI6 H e xaclo ro p lu m b a to de am o nio

0 ,6 (2 )

38,1 g

63,5

2

De la relación: 1 mol (hexacloro) — 456 __ ____ m _______ 2 07 m = | ^ ( 456)

Condición Rxn: n.° Eq(H2S 0 4) = n.° Eq (Cu) nv =

1 mol Pb 207 2,07

30. Para inflar un globo con hidrógeno a volumen de 1 L a 27 °C y 1,23 atm se trató con 2,4 g de una aleación de magnesio y cinc con ácido clorhídrico. Las ecuaciones no balanceadas para las reaccio­ nes producidas son:

4,56 g

Con un rendim iento del 90% 90 "L e a l =

^

<

4 ' 5 6 )

M g,„ + HCI,, Zn,., + HCI,.

: 4.104 g

27. Determ inar la masa equivalente de cierto elemento sabiendo que 30 g de él al ser atacado por un ácido produce el desprendim iento de 10 L de H2 a CN.

MgCI2, H„ ZnCI ()r, + H2(gl

Determ inar el porcentaje aproxim ado de magnesio en la aleación. Ar: Mg = 27; Zn = 65

Resolución:

Resolución: Elemento + ácido —► sal + H2 n.° Eq(E) = n.° Eq(H2)

%Mg = -2 ^ (1 0 0 ) Aleación

10 ( 2 _ j 22,4 1

30 eqiH 2)

.(a)

+ HCI

33,6 28. ¿Cuántos gram os son un equivalente de dlcrom ato de potasio (K2Cr20 7) en la siguiente reacción de óxido-reducción? Ár: C r = 52; O = 16; K = 39 Cr20 7 + C2H5OH

(+ 1 2 H - 6 ) = ^6e

+ 12T

■2 C r

+ CH,CO OH

a lc o h o l

ácido

e tílic o

a c é tic o

3 9 (2 )+ 5 2 (2 )+ 16(7) m eq(K2Cr20 , i :

1 Eq = 49 g (K2C r20 7)

= 49

V = 1L P = 1,23 atm T = 300 K

Por condición Rxn: n.° Eq(Mg) + n.° Eq(Zn) = n.° Eq (H2) m 24 2

C rJ

Resolución

Cr20 7 + C 2H5OH -

2,4 g

+ H2

2 ,4 - m 65 2

"V 1 1

Para el H2: Aplicando la ec. universal: PV = ¡ÜRT M _ PVM _ 1,23 (1) (2) H2 RT 0,0 82 (3 0 0 ) ’ 9 Reem plazando en la ecuación p: mMg = 0,49 g En a : %Mg = ^ ^ ( 1 0 0 ) = 20,42%

364

3 1.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

Para la reacción de 60 litros de hidrógeno con 40 litros de nitrógeno, ¿cuántos litros del reactivo en exceso queda? 2NH,'3(91 1^2(9) + 3H2(g)

Se dispone de: Fe: n.° moles = 0,5 H20 : m = 18 g =» N.° moles = 1

Resolución:

Para la reacción:

Se utiliza 60 L de H2 y 40 L de N2 para el proceso: ^2(9) + 3H2(g) Vol: 1V 40L

2Fe + 3H20

2 N H 3(g) ,

3V

2V

60L

VWH

3 mol

3 mol

0,5 mol

1 mol

n

Reactivo limitante

Reactivo limitante

Con esto se obtiene gas H2 en la cantidad:

Ya que para que se consuman 60 L de H2 solo se necesitan 20 L de N2 (proporción 3/1), luego queda del reactivo en exceso (N2):

n =

V = 40 L - 2 0 L

Pero nos indican que en realidad se obtuvo 11,2 L de H2. Luego el rendimiento del proceso es:

Determine el volumen gaseoso total resultante de la com bustión com pleta de 128 g de metanol (C HjO H), sabiendo que la mezcla gaseosa obtenida se halla a 400 °C y presión de 680 mmHg. (Exprese el volumen en litros). CH 3O H (lJ + 0 :

= 0,75 mol H2

= Vm = 0,75(22,4) L = 16,8 L

V = 20 L 3 2.

2 mol

r

- 11' 2 '(100)%

R

“

1678

.-. R = 66,7% 3 4 .

*3®2lp, + ^O lg )

Calcular la masa de oxígeno que reaccionará con 447.2 g de Fe para producir Fe20 3 de acuerdo a la

Resolución:

reacción:

Se desarrolla la com bustión del metanol (CH3OH), cuya masa es:

PA (Fe = 55,9; 0 = 16)

_ m M

2 F e ,0 1

Resolución:

CH 3OH ( m = 32); m = 128 g CHjOH

4Fe + 3(^

Sea x la masa de oxígeno 4Fe + 3 0 2 —► 2Fe20 3 4 (5 6 )-------6(16)

128 = 4 mol 32

447.2 g

De acuerdo al proceso: 2CH3OH + 3 0 2 —► 2 C 0 2(g] + 4H 20 !gl

x

224x = 447,2(96) .-. x = 191,66 g 0 2

2 mol

2 mol

4 mol

4 mol

(4 mol)

(4 mol)

nT = 12 Estas m oles de productos gaseosos se recogen a: T = 400 °C = 673 K P = 680 mmHg Por lo que el volumen ocupado es: V .= RTriT P 62,4 (673) (12) 680

|

3 5 .

Al quem ar 20 m oles de gasolina (CeH16) con suficiente oxigeno se obtiene 3136 m3 de C 0 2 m edidos en condiciones normales. ¿Cuál es el rendim iento de esta combustión?

Resolución: Se lleva a cabo la com bustión completa de 20 m o­ les de C sH i8 (gasolina): C 8H18 + y 0 2 —

8 C 0 2 + 9H20

1 mol --------------- 8 mol 20 mol -------------- nco,

.-. V = 741,09 L =* nco2 = 3 3 .

Al reaccionar 0,5 m oles de hierro con 18 g de va­ por de agua a ciertas condiciones se desprenden 11,2 L de hidrógeno medidos a condiciones normales. Fe + H20 —► Fe20 3 + H2 ¿Cuál es el porcentaje de rendimiento de la reac­ ción? PA (Fe = 56)

= 160 moles

Lo cual a condiciones normales ocupa un volumen de: Vco¡, = 160(22,4) L VC02 = 3584 L VCo, = 3584 m3 (teórico)

_

Nos dicen que el volumen de C 0 2 real obtenido es:

Vm = 0,07(22,4) L

VC02 = 3136 m3

Vm = 1,57 L

Luego el rendim iento es:

37.

Q

u ím ic a

■

365

.-. FVVVV

Dos elem entos gaseosos A 2 y B2 se combinan para form ar dos compuestos X e Y también gaseosos.

R = ^ £ S L (1 0 0 )%

Si medimos todos los volúm enes en condiciones

. eórico

de Avogadro, se encuentra que 2 L de A2 reaccio­ ■R =

I040 0I 4I ( 100)% = 8 7 '5%

nan con 1 L de B2 para form ar 2 L de X; mientras que 2 L de A, reaccionan con 3 L de B2 para form ar

36.

Indique la verdad (V) o falsedad (F) de las siguien­

2 L de Y. Deduzca las fórm ulas m oleculares más

tes proposiciones si se tienen 20 gram os de oxíge­

sencillas de X e Y.

no que reaccionan con 20 gram os de aluminio para

Resolución:

form ar el óxido respectivo.

Los gases A 2 y B2 form an los com puestos X e Y según:

PA(AI = 27; O = 16) I. La ecuación que representa esta reacción es: A l (s) +

C>2
2A,

A I 2 ° lS)

+

b2

—

1L

2 L

II. El reactivo limitante es el aluminio.

2X 2 L

III. Después de la reacción quedan 0.07 moles de Relación de coeficientes

0 2. IV. Se obtienen 37.77 gramos de óxido de aluminio.

=2 X = A 2B

V. El volumen de oxígeno restante es 1,57 litros m edidos en condiciones normales. ■

Resolución:

2A?

+

b2

2A.B

2A2

+

3B2 —

2Y

Se lleva a cabo una reacción entre:

2 L ------- - 3 I ---------2 L

20 g de Al (PA = 27)

Y

20 g de 0 2 ( M = 32)

I. Falso 4AI + 3 0 2 —

2AI20 .(

108 g Al 96 g 0 2 20 g ----- m

A 2B, 3Ba —

2A2B,

Por lo tanto, las fórmulas moleculares de X e Y son: A 2B y A ; B .

Su ecuación química es: II. Verdadero Proporción de masas del Al y 0 2

k

2A2 -

38.

Para la obtención de hidrógeno gaseoso, se hizo reaccionar 97,5 g de zinc m etálico con 91,25 g de ácido clorhídrico (HCI). Determine la masa de hidrógeno obtenido (en gramos).

Para 20 g de alum inio se necesita de 0 2:

Zn,, + HCI(ac) —► ZnCI2,acl + H2lg¡ PA (Zn = 65; H = 1; Cl = 35,5)

m = 17,8 g (sobra)

Resolución:

El Al es el reactivo limitante.

Para obtener gas hidrógeno (H2) se emplea las muestras:

III. Verdadero Reaccionan 17,8 g de 0 2, por lo que sobran:

•

m 02 = 20 g - 17,8 g

Zn (PA = 65); m = 97.5 g

n- = ^ = W

= 1 '5m°leS

m 0; = 2,2 g • n°. =

HCI (M = 36,5); m = 91,25 g

= 0,07 moles n- ' = i =

IV. Verdadero

w

= 2 '5 m o le s

De acuerdo a la reacción:

De acuerdo al proceso:

108 g Al ------ 2(102) g A I20 3

Zn 1 mol

20 g ----------- m m Ai2o3 = 37.77 g V. Verdadero El volum en de O , sobrante a condiciones nor­ m ales es:

1,5

mol

+

2HCI 2 mol

ZnCI2

+ h2 1 mol

2,5 mol

Reactivo limitante Luego las moles de H2 obtenido son:

366

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

2 ’ 5 ( 1) = 4 o * moles I nH2 = — 1,25

2CO

m H2 = 1,25(2) = 2,5 g H2 39. ¿Cuántos gram os de nitrato de calcio se obtiene

10

por la reacción de 18,9 g de ácido nítrico con 7,4 g

-

2C 02

2 m o l------ 1 mol 10 mol 10 mol

-2(2 2 ,4 L) x

= 5

m e n or i

10

i valor ,

1

.

io ímay°r \ ( va lor '

de hidróxido de calcio? H N 0 3 + Ca(O H )2 —

RL

C a (N 0 3)2 + H20 I.

PA (N = 14; O = 16; Ca - 40: H = 1) R e s o lu c ió n :

RE

RL: CO: RE: O. x =

2(22,4)(10)

224 L

Se emplean las muestras: •

H N 0 3 ( m = 63); m = 18,9 g " hno3 =

•

18 9 - g j-

=

4 2 .

0,3 moles

H NO j + H,S —* S + NO + H;0

Ca(OH ), ( m = 74); m - 7.4 g 7 4 n caioH); = = 0.1 moles

Resolución: Balanceando por redox la ecuación: 2H N O , + 3H2S

Para la reacción:

(+ 5 )

C a (N 0 3)2 + 2HzO

2 H N 0 3 + Ca(OH )2 2 mol —

Calcular el volumen de una solución de H N 0 3 al 80% en masa y densidad 0,8 g/cm 3 se requieren para obtener 224 L de gas NO según

—n

Hallando la masa de H N 0 3: 2 mol H N 0 3 -------

Luego las moles de Ca(NO,)2(M = 164) obtenido son: = 0,1

El

com puesto

2 (2 2 ,4 )

(CH3)2NNH2 se

usa

como

= 630 g

Calculando el volumen de solución:

un

combustible para propulsar naves espaciales, tal HNO 3 *

siguiente reacción:

630 g

2(C H3)2NNH2 + 4N 20 4 —

530 g — 80%

— -80%

com puesto reacciona con N20 4, de acuerdo con la

O

h 2o

4 C 0 2 + 6N2 + 8H20

Calcule la masa (en gram os) de N20 4, que se re­

mso! — 100 %

p = 0,8 g /cm 3

quiere para hacer reaccionar 120 g de (CH3)2NNH2. „

M ((CH3)2NNH2 = 60: N20 4 = 92)

soj

R e s o lu c ió n :

_ 100% (630) = 787,5 g 80%

pSG[ = 0.8 g/cm3

Sea x la masa de N20 4 2(C H 3)2NNH2 + 4 N 20 4 —

120 ----------

4 3 .

x

.-. x = 368 g de N20 4 Si se dispone de 10 moles de CO y 10 moles de 0 2 para la reacción: CO + 0 2 —

=> Psoi = 0,8 g/cm

4 C 0 2 + 6N 2+ 8H20

2 (6 0 )_____ 4(92)

4 1.

224 L

224 (2)( 63)

.-. m = 0,1(164) = 16,4 g C a (N 0 3)2

2 mol NO 2(22,4 L)

2(63 g) H N 0 3 m

4 0 .

(+ 2 )

(pierde 2e ) x 3

Reactivo limitante

n = M m

3S + 2NO + H20 (0)

(gana 3e ) x 2 |

1- mol

1 mol —

0.3 m ol—0,1 m o l-

—

(-2 )

C02

1. Identificar al RL y al RE. II. ¿Cuántos litros a CN de C 0 2 se obtendrán?

787,5

V 4nl = 984,38 cm 3

¿Cuántas toneladas de hierro pueden obtenerse en la reducción de 5 toneladas del mineral hematita (óxido férrico)? PA (Fe = 56; O = 16)

Resolución: Si a un óxido m etálico se le som ete a la acción de un reductor (C; CO; H2; Al), este capta la totalidad de oxígenos del óxido, quedando reducido a metal.

Q

Entonces; —►2Fe + 3 C 0 2 160 g

u ím ic a

■

367

Si la reacción tiene una eficiencia del 70%, deter­ mine la cantidad de anhídrido que se produce por oxidación de 50 kilos de naftaleno. P A (C = 12; H = 1; O = 16)

- 2(56 g)

5t -

Resolución: m = ^ ( 2 ) ( 5 6 ) = 3 ,5 t Fe

Balanceando la ecuación: 2 C i0H8 + 9 0 2

44.

¿Qué cantidad de oxígeno se necesita para una com bustión completa de 20 g de CH3OH? P A (C = 12; O = 16; H = 1)

2CH,O H

+

2(32 g) -

30,

50 (2)( 148)

m i

57,81 kg

2(128)

Com o la eficiencia es del 70%:

■3(32 g) -m

20 g -

m

50 kg

Resolución: Sea la reacción de combustión:

2(148 kg)

2(128 kg)

m real =

^

(

5 7 .8 1

k 9>

mreal = 40,46 kg C8H40 3

20

-(3 )(3 2 ) 2(32)

48. Con 100 g de nitrógeno y 50 g de hidrógeno,

m = 30 g 0 2

¿cuántos gram os de amoniaco se produce? ^ 2(9) + H2(g) — NH3(g)

45.

De acuerdo a la ecuación:

Resolución: COigi + H2(g|

C „, T P*2<2>,g,

¿Cuántos kilóm etros de CO(gl se producirá por tonelada m étrica de coque conteniendo 90% de carbón?

Resolución:

Balanceando y analizando la ecuación: N2 + 3H2 — 28 g

3(2 g)

2(17 g)

100g

(5CTg)

m

Exceso

De la ecuación: C + H20

■ CO + H2

Entonces: 28 g N .

12 kg 90

100

2N H 3

—

2(17 g) NH3

28 kg

_

100 g N2 —► m . m

(1000 kg)

m = ^ ( 2 ) ( 1 7 ) = 121,4 g

m = j ^ ( 2 8 ) = 2100 kg

49. En un recipiente cerrado se mezclan 24 g de hi­ 46.

¿Qué volum en de 0 2, a condiciones normales, se requiere para la com bustión completa de 5 L de C 2H6 a condiciones normales?

Resolución:

2C O , + 3 H ,0

1V 5 L-

v02

5 (¿ )

V02 = 17.5 L

47.

de los com ponentes está en exceso? PA (H = 1; O = 16)

Resolución:

Sea la reacción de combustión: C2H6 + 2 ® 2

drógeno (gaseoso) con 16 g de oxígeno (gaseoso) para form ar agua. ¿Cuál y qué cantidad en gram os

El anhídrido itálico se produce por oxidación con­ trolada del naftaleno de acuerdo a la ecuación: (sin balancear). C 10H8 f 0 2 —► C 8H40 3 + C 0 2 + H20

Sea la ecuación: 2H 2 + 0 2 —* 2(2 g)

32 g

(54 j )

16 g

2H20

Exceso Hallando la mHg necesaria para la reacción: mH2 = l | ( 2 )(2 ) = 2 g Entonces: m „„ eso = 2 4 g - 2 g = 2 2 g

368

50 .

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

E n un reactor se produce ácido propiónico, C 2H 5C O O H , por acidificación d e la sal sólida, C 2H 5C O O N a , seg ún: C 2H 5C O O N a + H C I —

C álc u lo de los m oles d e 0 2: P V = RTn (0 ,8 3 13 - 0 ,0 3 5 5 )(6 1,5) = (0 ,0 8 2 )(3 0 0 )n Oi

C 2H 5C O O H + N a C I

n02 a 2 m oles

Si inicialm ente se carga el reactor con 19 2 kg de propionato d e sodio y 36 ,5 kg d e H C I, ¿cuán tos kilogram os se obtienen del ácido y cuántos kg q ueda del reactivo en e xc eso ?

K C I 0 3(s)

-

- K C Iísl+ § 0 2,gl

1 mol

---------------------

3 ^-m ol

x

---------------------

2 mol

P A (C = 1 2 ; H = 1 ; O = 16 ; N a = 23 ; C l = 35 ,5 )

Resolución: x = | ( 1 ) = | m o l K C I 3ls)

D e la ecuación: C 2H 5C O O N a + H C I — 96 kg

3 6 ,5 kg

(Í9 2 k £ )

3 6 ,5 kg

2

C 2H 5C O O H + N a C I 7 4 kg

5 2 .

E n la com bustión de un hidrocarburo g a se o s o de la form a C „ H 2„ _ 2 se o b se rva que el a g u a se co n d e n ­

m Áciao

sa. E n estas condiciones la contracción volum étri­

Exceso

ca es 3/7. C alc u la r la fórm ula del hidrocarburo.

H alla n do la m Sa, necesaria para la reacción: Resolución:

msai =

Fo rm a n d o y b alan c ea n d o la ecuación:

(96> = 96 kQ

2 C nH 2„ 2 + (3n - 1 ) 0 2 —► 2 n C 0 2 + (2n - 2 ) H 20 (I,

En to n c e s : m E„ eso = 19 2 - 96 = 96 kg

Qy

C a lc u la n d o la m Acld0 producido:

■■■ mAcid0 = § § f(74) = 74 k9 5 1

_ (2 + 2

. E l o xíg e n o producido en la d escom p osición térm ica del clorato d e potasio se recoge en a g u a co m o se ilustra en la figura:

KCI03(s) +

C a lo r —

=^React ~ —^Prod "^React.

3

n+ 1 3n + 1

3n - 1) + 3n - 1

- 2n _ 3 7

3 7

7 n + 7 = 9n + 3

KCI(S) + | o 2(gl

=> n = 2 P o r lo tanto, la fórm ula será: C 2H 2 (acetileno). 53 .

El ó xido de alum inio contiene 5 2 ,9 1 g d e alum inio. De term inar el peso e quivalente del alum inio. Resolución: C o m o : M (A I20 3) = 2 (2 7 ) + 3 (16 )

Si la tem p eratu ra durante el proceso es 2 7 ° C , la presión barom étrica es 0 ,8 3 1 3 atm ó sfe ras y el vo lu m e n de o xíg e n o húm e d o recogido ( 0 2 + va p o r de H 20 ) es 6 1 ,5 litros. ¿ C u á n to s m oles d e K C I 0 3(s) se habrán d esco m p u esto?

54 g A l-----------------

48 g O

5 2 .9 1 g Al-------- ---

m0

=» m 0 = ^ ( 4 8 ) = 4 7 ,0 3 g

P vl7’c = 0 ,0’ 3 5 5 atm H20

H alla ndo el P E :

R = 0 ,0 8 2 L.a tm /m o l.K

5 2 .9 1 g Al ------- 4 7 ,0 3 g O

Resolución:

P E (A l)

D e la m e zc la g a s e o s a : V T = 6 1 ,5 L

T = 2 7 ° C = 300 K

P T = 0 ,8 3 1 3 atm

P ^

= 0 ,0 3 5 5 atm

------- 8 g O

P E (A l) = ^ 3 .-. P E (A l) = 9 g

(5 2 ,9 1 ) g

Q

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI m

PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II) Al d e s c o m p e n s a r una m uestra de 20 g de clorato de p o ­

2 K B r + C l2 —

agu a a 7 0 0 m m H g y 22 ° C o cup a un vo lu m e n de 3 L .

2 (1 1 9 ) g

D e term ine el porcentaje de p u re za de la m uestra.

D e las proposiciones definidas

K C L, + 02,

(sin balancear)

I

t 'k b ,

16 0 g

_

200

2 (119 )

P v23;c = 19 ,8 m m H g

0

B r2 + K C I

!

3,

369

200g

tasio, K C I 0 3, se produce 0 2(gl que al ser recogido sobre

k c io

■

u ím ic a

2 9 7 ,5 g

16 0

Clave: D

M a s a m olar (g/mol) K C I 0 3 = 12 2 .5 C)

B ) 4 4 ,9 E ) 7 8 ,3

A ) 36,6 D) 7 7 ,4

PROBLEMA 3 (UNI 2011 - II)

7 2 ,2

L a fenolftaleína, C 20H 14O 4 se obtiene por la reacción del anhídrido ftálico, C 8H 40 3, con el fenol, C 6H 60 .

Resolución:

C bH 40 3 + 2 C 6H 60 — C 20H !4O 4 + H 20

= 700 torr = 19,8 torr a 22 °C

H

para un rendim iento d e la reacción del 9 0 % , determ ine

v apor M uestra 20 g

K C I0 3

S e d e se a obte ner 1 ,0 kg d e fenolftaleína. C on o c ie n d o que se requiere un 1 0 % en e xc eso d e anhídrido ftálico

3 L

la m asa necesaria, en g ram o s, d e anhídrido ftálico.

M = 122,5 g/m ol

D a to s , m a sa s atóm icas: C = 1 2 ; H = 1 ; 0 = 16 H.O

Gas seco (PGs)

Moles de 0 2

Pgs = PGM” PV

n

1 9 ,8

torr

2

—

n°2

P Gs = 6 8 0 ,2 torr

A) D)

PGsV

568,8

L a ecuación b alancea da es:

6 8 0 ,2 (3 ) 6 2 ,4 (2 9 5 )

M = 3 1 8 g/Mol

M = 148 g/Mol

C , f H 140 4 + H 20

n0 = 0 ,1 1 m oles 0 2

S e tiene 1 kg de Fe n a lp taleín a.

1 kg —► 9 0 % p u re za M real —► 10 0 %

2KCI + 3 0 2

3 m oles ( 0 2)

C)

B ) 5 1 7 ,1 E ) 1 1 1 1 ,0

Resolución:

RT

Estequiom etrla 2 K C I0 3

3 1 8 ,3 7 1 5 ,3

_____

0 ,1 1 m oles ( 0 2) _____

^2

. 2 m oles ( K C L 0 3) - n ( K C L Q 3)

^ a n h íd r id o

14 8

n ( K C L 0 3) = 0 ,0 7 3 3 m oles =*

m ( K C L 0 3) = (0 ,0 7 3 3 )(1 2 2 ,5 ) = 8 ,9 8 g % P u r e za = ^ ( 1 0 0 )

^ r e a i de fenolftaleína

1 1 1 1 ,1 1

g

S e p ued e calcular la m asa d e anhídrido ftálico

m anhfdrido

1 1 1 1 , 1 1

3 18 = 5 1 7 ,1 2 g

Del dato del problem a: “E l anhídrido ftálico d eb e estar en 1 0 % en exceso"

: 4 4 ,9 % Clave: B

5 1 7 ,1 2 g

—

f^1'real re a l de fenolftaleína fennlftaleína

PROBLEMA 2 (UNI 2011 - II)

^ r e a l de fenolftaleína

10 0 % ^

1 1 0 Zo

568 ,8

g Clave: C

¿ C u á n to s gram o s d e brom uro d e potasio se requieren para o bte n er 200 g d e brom o seg ún la siguiente reac­ ción sin balancear? + C l2(gl -

PROBLEMA 4 (UNI 201 2 - 1) S e sintetiza pentafloururo de y o d o , I F S, en un m a tra z

' ®r2( ) ■*"

de 5 ,00 L , por reacción entre 11 g d e l2(s) y 11 g de F 2(g).

D a to s : M a s a s m olares atóm icas (g/mol)

Si la reacción procede hasta que uno de los reactantes

C l: 3 5 ,5 ; K = 3 9 ,0 ; B r = 8 0 ,0

se co n su m e totalm ente, ¿ C u á l es la fracción m olar del

A ) 2 1 9 ,0 D) 2 9 7 ,5

B ) 2 4 8 ,7 E ) 3 4 6 ,2

Resolución: L a ecuación b alancea da es:

C ) 2 6 0 ,0

IF 5 en el m a tra z al final de la reacción, si la tem peratura llego a los 12 5 °C ? Ls) + 5 F 2ig) —► 2 I F 5(gl M a s a s m olares (g/mol); l2 = 2 5 3 , F 2 = 38

370

■

C

o l e c c ió n

A ) 0 ,5 4 D ) 0 ,2 4

U

S

n ic ie n c ia

B ) 0 ,4 7 E ) 0 ,1 3

a p ie n s

C ) 0 ,2 7

20 L x = 10 0 L d e 0 2 D a to : E l q u e m a d o r necesita un 2 0 % m ás d e 0 2 En to n c e s : x = 12 0 L de 0 2 { 2 1 % en volum en de aire}

Resolución: D e la reacción: 1 l2 D a to : D e la ecuación:

H g

+ x

253 g '

H alla ndo limitante: 0 ,0 4 3

_

5F2

■ —

v

19 0 g '

Pid e n vo lum e n d e aire: 12 0 L “0 2" —► 21%

2 IF 5

11 g •

i

V aíre

Clave: E

PROBLEMA 6 (UNI 2012 - II) S e tiene 4 0 g de una m e zc la g a se o sa q ue contiene C O y C 0 2. A l a gregar 1 ,0 mol d e ó xid o de zin c , Z n O , a di­ cha m e zc la se gene ra 1 ,0 mol del zin c , d e acue rdo a la reacción: Z n O (s) + C O (g) — Z n (s) + C 0 2!g)

E x c e s o de F 2: 11 g - 0 ,0 4 3 (19 0 ) g = 2 ,8 3 ( => m oles d e F 2 (E x c e s o ) = 0 ,0 7 4 4 m oles 0 ,0 8 6 = 0 ,5 4 ( 0 ,0 7 4 4 + 0 ,0 8 6 )

Clave: A

PROBLEMA 5 (UNI 2012 - 1) U n q u e m a d o r utiliza g as p ropano ( C 3H 8) co m o co m b u s­ tible y aire co m o o xid a n te. Si se co no ce q ue el q u e ­ m a d o r necesita un 2 0 % d e extra d e o xíg e n o ( 0 2), para un trabajo a d e c u a d o , calcule el vo lum e n d e aire (en L ), m edido a iguales condiciones de presión y tem p eratu­ ra, que requiere la com bustión d e 20 L de prop a no en dicho q u em a do r. C o n s id e re que el aire contiene 2 1 % de o xíg e n o ( 0 2) y 7 9 % de nitrógeno ( N 2) en vo lu m e n . R e a cció n : C 3H 8(g) + 0 2(g) —► C 0 2(gl + H 20 (gl (sin balancear)

10 0 476

B ) 12 0 E ) 5 71

C)

C o n s u m ié n d o s e todo el m o n óxid o de ca rb ono . D e te r­ m ine el porcentaje en m asa de C 0 2 en la m e zc la g a ­ se o sa original (considere que el C 0 2 no reacciona con el ó xid o de zin c). M a s a s atóm icas: Z n = 6 5 ,4 ; O = 16 ,0 ; C = 12 ,0 B) E)

A ) 10 D ) 70

30 100

C ) 50

Resolución: A l inicio: m co + mco2 = 4 0 g

E n el proceso: Z n O + co —► Z n + C 0 2 i

1 mol

M a s a s atóm icas: H = 1 ; C = 1 2 ; 0 = 16 A) D)

.-. V aíre = 5 7 1 L

0,056

l (Lim itante)

n,

— 10 0 %

2 mol

I

28 g

298

mC02 ; 40 g - 28 g = 1 2 g inicial

Resolución: B a la n ce an d o la reacción

m'co?M rna inicial

50.

l mc02 + mco/

3 C 0 2(g) + 4 H 20 (gl

00%

.-. % m C 02 = 3 0 %

Clave: B

Q

PROBLEMAS

>□ 1.

P a ra que ocurra la reacción quím ica:

D ) 6 8 ,4 % aire y 3 1 ,4 % de H 2

K ,C r 20 7 + 5 H ;.S O , + 3 H 2S —

E ) 50%i aire y 5 0 % de H 2 7 .

¿ Q u é cantidades de nitrato férrico y nitrato de cinc h a y que tom ar para o btener disoluciones con el m is­

A ) 2 ,5 m oles D ) 0 ,5 m oles

com pleta en a m b a s sales. M ( F e ( N 0 3)3) = 2 4 1 ,8 5 ;

B ) 3,0 m oles E ) 1 ,0 m oles

m o contenido d e iones nitrato. A s u m ir disociación

C ) 1 ,5 m oles

M ( Z n ( N 0 3)2) = 18 9 ,4 . A ) 2 4 1 ,8 5 y 18 9 ,4 C ) 12 0 ,9 3 y 9 4 .7 E ) 3 6 2 ,7 7 y 2 8 4 .1

D e a cuerdo a la siguiente ecuación: C u ( N O ,) 2 + Kl — C u - l2 + K N O ,

A ) 1,5 2 g D ) 1 9 1 ,1 m g

B ) 7 6 4 ,4 m g E ) 1 ,1 4 g

8.

para atacar 12 5 gram o s de una m uestra que con­ tiene 80%¡ de ó xido de calcio, seg ún la reacción;

C ) 3 8 2 ,2 mg

P o r mol d e agente o xida nte, calcular la cantidad de agu a si. H N O , + H 2S — N O 4 S 4 H 20 A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

A ) 500 D ) 200

B ) 400 E ) 600

C ) 300

E) 5 9.

B ) 7 8 ,1 5 E ) 18 ,6

C a S 0 4 4 H 20

P A (S = 32. C a = 40)

S e som eten a com bustión com pleta 20 cm 3 de etilen o , C 2H 4(g), con la cantidad estequiom étrica de aire, determ inar la com posición en m asa d e la m e zcla final suponiendo que el a gua form ada co nd en sa y q ue los gase s se encuentran bajo las m ism as con­ diciones de a vog ad ro . A su m ir que el aire contiene 2 1 % en volum en de 0 2 y 7 9 % en volum en de N 2. A ) 15 D ) 2 1 ,8 5

B ) 4 8 3 .7 y 3 7 8 ,8 D ) 4 8 3 .7 y 5 6 8,2

C alc u la r cuántos mililitros de solución de H 2S 0 4 al 3 5 % con den sid ad igual a 1 ,2 5 g/cm 3, se necesita

H 2S 0 4 4 C a O

4.

371

S e com binan 0,5 mol de K ; C r20 - , 2 .5 mol de H ,S 0 4 y 1 ,0 mol de H 2S . Hallar la cantidad de azufre form ado.

¿ Q u é cantidad de yo d o se obtiene a partir de un gram o de yoduro de potasio? P A (K = 39: I = 12 6 .9 )

3.

■

PROPUESTOS

2 K H S 0 4 + C r2( S 0 4 ) 3 + 3 S + 7 H 20

2.

u ím ic a

L o s carb ona tas d e los e lem entos alcalinotérreos se d e sco m p o n e n al calentarlos produciendo dióxi­ d o de carbono ( C 0 2), de acuerdo a las siguientes reacciones: B a O ls, 4 C 0 2ig, B a C O ,. M g C 0 3(s) —* M g O l5 CO: ¿ C u á n to s gram o s de M g C O , producirá la m ism a cantidad de C 0 2 que la obtenida por ¡a d e sc o m p o ­

C ) 8 45 ,9

sición de 9 8 ,6 5 g de B a C O ,? P e s o s fórm ula: (B a C O ., = 1 9 7 ,3 ; M g C 0 3 = 8 4 ,3 )

5.

P o r descom posición de 40 g de p erm a n g an a to de potasio que contiene 2 1 % de im p u re za s m inerales, se obtiene 3 7 ,4 4 g de residuo sólido. D eterm inar cuántos gram o s de dióxido de m a n g a n e so se for­ m aron. P A (K = 39; M n = 55)

6.

B ) 8 ,4 E ) 6 ,9 6

C a C o 3,

c o 2„(g>

C ) 3 7 ,8 0

C 0 2(gl + C a O (5l

2(s enfriamiento ■^co w2 (sil

Hallar la m asa de caliza (en tone la d as) que se re­ quiere para preparar 5 tone la d as d e hielo seco en un proceso cuya eficiencia es del 75%.

C alcular la com posición d e una m e zcla de hidró­ g eno y aire, de m an era que al com binarse tod o el o xíg e n o con parte del h idróg eno, por acción d e una chispa eléctrica q u e d a un residuo de hidrógeno y nitrógeno en la relación estequiom étrica por la for­

A ) 7 3 ,6 % aire y 2 6 ,4 % d e H 2

E ) 4 4 ,2 5

son:

C ) 6 ,3 2

m ación del a m o niaco . D a to : E l aire contiene 2 1 % en vo lu m e n de 0 2 y 7 9 % de N 2.

B ) 2 7 ,8 0

D ) 4 2 ,1 5

1 0 . L a s reacciones involucradas en el proceso d e fa ­ bricación de hielo seco C 0 2(sl a partir de la caliza

M n 0 2(s) 4 0 2(g) A ) 3 7 ,4 4 D ) 1 5 ,7 6

A ) 1 7 ,1 5

P A (C a = 40; C = 12 ; O = 16 ) A ) 8 ,2 D ) 1 5 ,2 1 1 .

B ) 1 0 ,3 E ) 1 8 ,5

C ) 1 2 ,1

P a ra la obtención d e 20 litros de g as a m o níaco N H 3, se requiere:

B ) 2 6 .4 % aire y 7 3 ,6 % de H 2

A ) 5 L de H 2 y 15 L d e N 2

C ) 3 1 ,6 % aire y 6 8 ,4 % de H 2

B ) 10 L de H , y 10 L de N 2

372

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

ne una m asa de 7 ,0 2 g. C alcula r la m asa en g ra­ m os de la m uestra original de M g O . P A (M g = 2 4 ; P = 3 1 ; C l = 3 5 ,5 1)

C ) 10 L de H 2 y 20 L de N 2 D ) 15 L de H 2 y 5 L de N 2 E ) 30 L d e H 2 y 10 L de N 2

A ) 4 ,5 3 D ) 2 ,5 3

1 2 . S e ñ a la r el enu nciad o correcto: A ) L a ley de La vo lsle r es la ley d e los vo lúm e ne s gaseosos. B ) L a ley de La vo isie r es la ley d e los p esos que se distribuyen. C ) L a ley de La vo isie r e xp re sa que las co m bina ­

trolada del naftaleno de acuerdo a la ecua ció n, sin balancear: C , cH 8 + o 2 —* C sH 40 3 + C 0 2+

del A g 3P 0 4 es 4 1 9 . U n a m uestra de 1 3 ,2 g de P 4S 3 ha sido calentada hasta ebullición con un e xc e so d e H N 0 3 y, finalm ente tratada con un e xc e so de A g N 0 3. M e d iante este p rovech o todo el fósforo del P 4S 3 se ha convertido en A g 3P 0 4 insoluble. ¿ C u á n ­ tos gram o s d e A g 3P 0 4 habrán fo rm ado ? M A (A g = 10 8 ) A ) 80 D ) 4 0 ,6

14 .

B ) 4 0 ,5 k g E ) 5 7 ,8 kg

B ) 10 0 ,5 6 E ) 2 5 ,1 4

C ) 9 3 ,1

1 8 . T o d o s los ca rb onatos reaccionan enérgicam ente con H C I co nce ntrad o , produciendo cierto g a s. Si se tratan 10 0 kilogram os de caliza ( C a C O ,) diga

h 2o

U d . ¿ C u á l de las siguientes proposiciones es co­

Si la reacción tiene una eficiencia del 7 0 % , deter­ m inar la cantidad d e anhídrido que se produce por oxidación de 50 kg de naftaleno. P A (C = 12 : H = 1 ; O = 16 ) A ) 3 0 ,3 kg D ) 53,6 kg

C ) 8 ,1 6

1 7 . E l peso fórm ula del P 4S 3 es 2 2 0 . E l peso fórm ula

ciones se verifican en proposiciones fijas e in­ variables. D ) L a ley de La vo is ie r o de G a y -L u s s a c trata de los v o lú m e n e s. E ) L a ley de La vo is ie r o ley de la conservación de la m ateria. 1 3 . El anhídrido itálico se produce por oxidación c o n ­

B ) 1 ,6 1 E ) 3 ,1 2

rrecta? P A (C a = 40; C l = 35,5) A ) S e form arán 40 K g de C 0 2 com o producto. B ) S e form ará C O com o producto. C ) S e form ará 4 4 K g de C 0 2 com o producto.

C ) 4 3 ,2 kg

D ) S e form arán 28 K g de C 0 2 co m o producto. E ) S e requieren 30 ,5 K g de H C I para la reacción com pleta.

El hiposulfito sódico com ercial contiene 9 0 % de N a 2S 20 4 puro. D e term inar cuánto producto co m er­ cial podría prepararse utilizando 10 0 toneladas de cinc con una cantidad suficiente de los d em á s reactivos, seg ún las siguientes reacciones: Z n + S O , —► Z n S 20 4 Z n S 20 4 + N a 2C 0 3 —► Z n C 0 3 + N a 2S 20 4

1 9 . E n el trióxido de dicloro (C l20 3) y en el heptóxido de dicloro ( C l20 7), las m a sa s de o xíg e n o son d e 24 y 56 g re spe ctivam en te , por cada 35 ,5 g d e cloro en cada co m pu esto. M e ncion ar a qué ley d e las co m ­ binaciones quím icas corresponden estos casos. A) B) C) D) E)

P A (Z n = 65; S = 32; N a = 23) A) D) 15 .

28 1 t 406 t

B ) 296 t E ) 206 t

C )3 16 t

¿ C u á n to s kilogram os d e ácido sulfúrico puro p u e ­ d en obte nerse a partir de un kilogram o de pirita de hierro con una riqueza del 9 0 % en F e S 2 d e acue r­ d o con las siguientes secuencias d e reacciones? FeS2 + O-

—► F e 20 3 + S 0 2

SO, + 02

—► S 0 3

S 0 3 + H 20 —

16 .

R e a ccio n a n hidrógeno con o xíg e n o en una propor­ ción equim olar. De term in ar la relación m olar del e xc e so respecto del producto form a do . A ) 1/2 D ) 2/3

B) E)

1/3 3/2

C ) 1/4

H 2S 0 4 2 1 . A 10 0 c m 3 de

P A ( F e = 56; S = 32) A ) 1 ,6 3 kg D ) 2 ,1 6 1 kg

20 .

L e y de conservación de la m asa . L e y de las proposiciones constantes. L e y de las proporciones múltiples. L e y de las proposiciones recíprocas. L e y e s volum étricas d e G a y -L u s s a c .

B ) 1 ,4 6 7 kg E ) 1 ,8 9 kg

C ) 1 ,8 1 1 kg

U n a m uestra de M g O puro ha sido en prim er lugar disuelta en ácido clorhídrico para d ar una solución

una m e zc la g ase o s a de sulfura de

carbono y d e m o n óxid o de ca rb on o , se agregan 15 5 cm 3 de o xíg e n o . D e s p u é s de hacer estallar la m e zc la , q ued a un vo lum e n de 200 cm 3. C alc u la r la com posición volum étrica de la m e zcla inicial, a su ­ m iendo condiciones de a vo g a d ro .

de M g C I2 q u e , posteriorm ente, se ha transform ado

C S 2 +

en un precipitado de M g ,P 20 7 puro y seco que tie­

C O

+

0 2 0 2

— ►C 0 2 + — ►C 0 2

S 0 2

Q

A) 10 % C O

y 90% C S 2

B) 7 0 % C O y 30% C S 2

C)

90% C O y 10 % C S 2

D ) 50% C O y 50% C S 2

E)

30% C O y 70 % C S 2

22. E n una vasija, p reviam ente e va c u a d a , se p one una m e zc la d e n -h e xa n o y o xig e n o g a se o so s a 3 9 7 ° C . L a presión en el interior de la vasija era de 340 torr. D e s p u é s de hacer pasa r una chispa eléctrica y pro­ ducir la com bu stión, la m e zcla reacciona com pleta­ m ente para form ar C O (gJ, C 0 2ml y a g u a . L a presión total ejercida por los productos era de 520 torr a tem peratura constante. ¿ C u á l de las siguientes reacciones tuvo lugar? A ) C 6H „ + 8 0 ,

— 3 C O + 3 C 0 2 + 7 H 20

B ) C 6H 14 + 7 0 2

— 5 C O + 3 C 0 2 + 7 H 20

C ) C 6H 14 + 1 7 0 2

— 4 C O + 8 C 0 2 + 1 4 H 20

D ) 2 C 6H ,4 + 1 5 0 2 —►8 C O + 4 C 0 2 + 1 4 H 20 E ) 2 C 6H 14 + 9 0 2 2 3 .

■

373

a c u o so , re cobrándose todo el cloruro en la form a de 1 ,2 8 g de A g C I. L a m asa atóm ica del europio es: P A (C l = 3 5 ,5 ; A g = 1 0 7 ,8 ). A ) 8 1, 3 D ) 14 2 , 5 28 .

B ) 9 4 ,2 E ) 15 3 ,0

C ) 1 3 2 ,3

U n a expedición científica trae de un planeta X una m uestra de un mineral que resulta ser el óxido de un m etal M . Si el análisis de 1,8 2 g de la m uestra arroja un contenido d e 0 ,3 2 g de o xíg e n o , ¿cuál será la m asa atóm ica del metal d esco no cid o , a su ­ m iendo que la fórm ula m ínim a del ó xido es M 0 2? A ) 16 D ) 300

B) 75 E ) 350

C )1 5 0

29 . U n vo lum e n d e 40 m L d e una m e zc la fo rm ada por C O y C 2H 2, se pone en contacto con 100 m L de

— 8 C O + 4 C 0 2 + 1 4 H 20

0 2, todos a la m ism a condición d e presión y te m ­ peratura. Si d e sp u é s de la com bustión y luego de

Indicar la ley quím ica que se verifica n o ta b le m e n ­ te a partir de la form a ció n d e los siguientes c o m ­ p u esto s: C l20 ; C l20 3; C l20 5; C l20 ; A) B) C) D) E)

u ím ic a

la co nd en sación del va p o r de a g u a , los g ase s que q u e d a n o cup an 96 m L a las m ism as condiciones de presión y tem peratura iniciales. ¿ C u á n to s m L de C 2H 2 había en la m e zcla ?

C o n s e rva ció n de m asa . Pro p orcion es definidas. Pro p orcion es recíprocas. Pro p orc ion es m últiples. Eq u iva le n te electroquím ico.

A ) 16 D ) 24 30 .

B ) 18 E ) 32

C ) 20

E l fósforo se prepara d e a cuerdo con la reacción; C a 3( P 0 4)2 + S i 0 2 + C —» C a S i 0 3 + C O + P 4

24 .

El peróxido de hidrógeno H 20 2, se d e s c o m p o n e en a g u a y o xíg e n o en presencia d e dióxido de m a n g a ­ n e s o , M n O ,, qu e actúa com o catalizador, seg ún la siguiente reacción: 2 H 20 2

D e term inar las libras de fósforo ( P 4), que se o bte n ­ drán a partir de 1000 Ib de m ineral d e fosfato que contiene 7 0 ,5 % de C a 3( P 0 4)2, sup onien do que la reacción se lleva a cabo con un rendim iento del

M n 0? ■ 2 H 20 + 0 2

8 0 % . P A ( P = 3 1 ; C a = 4 0 ; Si = 28)

S e colocaron en un reactor 13 6 g d e H 20 2 y 200 g de M n 0 2; ¿cuán tos g ram o s de M n 0 2 qued a ron al final de la reacción? P A ( H = 1; O = 16 ; M n = 55)

A ) 14 1 D ) 1 5 8 ,1 3 1.

A ) 26 2 5 .

B ) 64

C )113

D) 174

E ) 200

E n el proceso: H 2S + M n ( O H ) 3 —

M n 2S 3 + H 20

H alla r los gram o s de sulfuro m an gánico M n 2S 3

P A (A g = 10 8 ; N a = 23 ; C l = 35,5)

A ) 1 3 7 ,3 D ) 285

A ) 1 9 ,2 D ) 90

2 7 .

C ) 1 7 6 ,3

¿ Q u é m asa en g ram o s de A g C I se form ará cuando se m e zc la n en solución a cuo sa 3 5 ,4 g de N a C I y 9 9 ,8 de A g N 0 3?

( M = 206) que se p ued e o bte ner con 68 gram o s de ácido sulfhídrico H 2S (M = 34).

N a C I + A g N 0 3 —» A g C I + N a N O j

26 .

B ) 1 1 2 ,8 E ) 8 1 ,2

B ) 7 1 ,6 1 E ) 80, 6

C ) 8 4 ,2 4 3 2.

B ) 13 6 E ) 7 4 5 ,6

E n el proceso: F e ( O H ) 3 + H 2S 0 4 —

C ) 8 8 ,4

F e 2( S 0 4)3 + H 20

¿ C u á n to s gram o s de Bi2S 3 se obtendrán si se m e z ­ clan 1 2 ,3 g de H 2S con 12 6 gram o s de B i ( N 0 3)3 en disolución? P A (Bi = 209; S = 32).

Lo s g ram o s d e hidróxido férrico F e ( O H ) 3 (M = 1 0 7 )

A ) 6 1 ,9 8 D ) 9 8 ,6 1

A ) 321 D ) 213

B ) 8 1 ,9 8 E ) 7 0 ,6 6

necesarios para producir 600 gram o s d e sulfato fé ­ rrico F e 2( S 0 4)3 (M = 4 0 0 ). son :

C ) 7 5 ,6

S e trata de 1 ,0 0 g d e una m uestra d e dicloruro de europio E u C I2, con un e xc e so de nitrato de plata

3 3 .

B ) 6 24 E ) 567

C ) 123

E n el proceso: H 2S + M n ( O H ) 3 —* M n 2S 3 + H 2Q

374

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Hallar los gram o s de sulfuro m an gánico M n 2S 3 (M = 206) que se p uede preparar con 530 gram os de hidróxido m an gánico M n ( O H ) 3 (M = 10 6 ). A ) 5 15 D ) 28 5

B ) 360 E ) 74 5

C )1 9 5

A) 2 D )8

B) 4 E ) 10

42. E n el proceso: F e ( O H ) , + H 2S 0 4 —► F e 2( S 0 4)3 + H 20 ¿ C u á n to s

34. ¿ Q u é peso de C a O se obtiene a partir del calenta­ m iento d e 12 0 g d e C a C 0 3. si el rendim iento de la reacción e s del 6 0 % ? P A (C a = 4 0 ; C = 1 2 ; O = 16)

C )6

gram o s

de

sulfato férrico F e 2( S 0 4)3

(M = 400) se podrá o btener con 1 ,2 m oles d e áci­ d o sulfúrico H 2S 0 4? A ) 160 D ) 213

B ) 6 24 E ) 567

C )1 2 3

C a C 0 3 —► C a O + C 0 2

43. E l cloruro de hidrógeno se produce en un q u e m a ­ A ) 6 7 ,2 D ) 4 9 ,3

B ) 6 1 ,9 E ) 4 0 ,3

C ) 5 3 ,7 .

35. S e som e ten a com bustión 20 gram o s de prop a no. ¿ C u á n to s g ram o s de C 0 3 se producirán si el rendi­ m iento de la com bustión es 9 0 % ? C 3H e + 0 2 —► C 0 2 + H 20 A ) 60 g D ) 44 g

B ) 54 g E ) 20 g

B ) 2 9 ,3 5 g E ) 4 8 .8 g

C ) 4 9 ,7 g

44. 500 g de un mineral de C a C 0 3 al 80%o se d e s c o m ­

m ar 12 litros d e S 0 3 gas? S02+ 02 —

A) 3 L D) 12 L

A ) 479 g D) 497 g

C ) 30 g

36. ¿ C u á n to s litros d e o xig e n o se e m plean para for­ En

d or de gase s m ediante la reacción siguiente: H 2 + C l2 2HCI C o n 7 m oles de H 2, ¿cuán to s gram os de cloro se requieren para reaccionar? P A (Cl = 35,5)

S03

B) 6 L E ) 18 L

C) 9 L

pone fo rm a nd o C 0 2 y C a O . Hallar la m asa d e C 0 2 obtenido de a cue rdo a: C a C 0 3 —► C a O + C 0 2 P A ( C a = 4 0 ; C = 12 ; O = 16) A) 176 g D ) 22 3 g

B ) 112 g E ) 44 8 g

C ) 22 4 g

45. U n mineral de hem atita ( F e 20 3) pesa 400 g , y tiene 37. De term inar el vo lum e n de N H 3 que se form a por la reacción de 12 L de H 2, seg ún: N2 + H2 — A) 2 L D ) 12 L

B) 6 L E ) 15 L

C) 8 L

para form ar el co m pu esto m etano (C H „ ). indicar el reactivo limitante. B) H 2 E ) N .A .

C) C H 4

39. Al reaccionar 12 0 0 g de nitrógeno con 2 40 g de hi­ dróg e no para fo rm ar N H 3. ¿ Q u é cantidad d e a m o ­ niaco se form a? A ) 113 0 D ) 14 8 0

g g

B ) 13 6 0 g E ) 15 2 0 g

C ) 14 2 0 g

de 3 m oles d e p rop ano. C 3H 8+ 0 2 —► C O , + H 20 B) 3 E )9

C) 5

41. Hallar las m oles que se form an d e C 0 2 en la co m ­ bustión d e 10 m oles d e m etano d e acue rdo a; CH4+ 0 2 —

A ) 112 g D ) 96 g

B ) 22 4 g E ) 28 g

C 0 2 + H 2Q

C ) 336 g

46. E n el proceso: C 2H 60 + 0 2 —► C O ,

a h

20

¿ C u á n to s á to m os de alcohol etílico C 2H 60 (M = 46 ) se d eb e n em plea r para producir 1 3 4 ,4 litros d e anhídrido carbónico a C N ? A ) 13 8 D ) 92

B ) 96 E ) 682

C )4 6 2

47. ¿ C u á n to s litros d e C O a C N se liberan al com bustlonarse incom pletam ente 7 5 g de C 2H 6? C 2H 6 + 0 2 —

40. Hallar las m oles de C 0 2 en com bustión com pleta

A) 7 D) 1

F e 20 3 —► F e + 0 2

NH3

38. A l reaccionar 20 g de carbono y 20 g d e hidrógeno

A) C D) C ; H

una p u re za del 8 0 % . De term inar la m asa de o xíg e ­ no liberado d e acuerdo a:

A ) 112 L D ) 50 L

B ) 2 40 L E ) 200 L

CO +

h 2o

C ) 2 2 ,4 L

48. E n el proceso: C a H , + H 20 — C a ( O H ) 2 + H 2 H allar el vo lum e n en litros de hidrógeno que a C N se podrá obte ner con 84 gram o s de hidruro de cal­ cio C a H 2 (M = 4 2 ). A) 89,6 D) 11,2

B)22,4 E)5.6

C) 33,6

Q

u ím ic a

■

375

49. S e introducen 580 g de C a C 0 3 a una hoguera y

56. A partir de 0 ,303 g de K C I 0 3 se ha obtenido 0 ,1 g

se calcina, produciendo 280 g de C a O (cal viva). C alc u la r el rendim iento del p roceso. P A (C a = 40 ; O = 16 ; C = 12 )

de 0 2. Calcular el porcentaje de rendim iento de la reacción: 2 K C I 0 3 —► 2 K C I + 3 0 2 M ( K C I 0 3 = 12 2 ,5 ) P A ( 0 = 16 ; K = 39; Cl = 35 ,5 )

A ) 15 % D ) 6 3 ,7 %

B ) 2 5 ,4 % E ) 8 6 ,2 %

C ) 4 7 ,1 %

A ) 8 4 ,2 % D ) 7 4 ,2 %

50. E n el proceso: Al + H C I — A IC I3 + H 2 Determ inar cuántas moles de ácido clorhídrico se deben em plear para com binarse con 81 g de Al (Al = 2 7 ). A) 3 D ) 12

B) 6 E ) 15

C )9

B) 6 4% E ) 32%

C ) 94%

57. El fluoruro de hidrógeno se utiliza en la m a n u fa c­ tura de los freones (los cuales destruyen el o zo n o d e la estratosfera) y en la producción de alum inio m etálico. S e prepara m ediante la reacción: C a F 2 + H 2S 0 4 — C a S 0 4 + 2 H F

m ag ne sio se introducen en un vo lu m e n d o n d e h a y 8 gram o s de o xíg e n o . ¿ Q u é m asa d e m ag ne sio q ued a rá sin reaccionar?

E n un proceso se tratan 6 kg d e C a F 2 con un e xc e ­ so d e H 2S 0 4 y se producen 2 ,8 6 kg de H F . Calcule el porcentaje de rendim iento de H F . P A (C a = 40 ; H = 1 ; F = 1 9 )

MQisi + O®* P A (M g = 24 : O = 16 )

A ) 9 ,2 9 5 % D ) 4 6 ,4 8 %

51. 20 gram o s de cinta de

A) 8 g D) 2 g

— MgO(s)

B ) 16 g E ) 12 g

C )4 g

52. ¿ Q u é cantidad de K O H se requiere para la sap o n i­

B ) 9 2 ,9 5 % E ) 2 3 ,2 4 %

C ) 4 ,6 4 8 %

58. E l carburo de calcio se obtiene en hornos eléctri­ cos según la reacción: C a O + C —► C a C 2 + C O

ficación de 1 g ram o de grasa (triestearina) de m asa m olecular 890? G ra s a + 3 K O H —* Ja b ó n + 3 H 20 P A ( K = 39: H = 1 : O = 16)

Si se tratan 280 g de cal viva con 8 0 % de p u re za , determ ine la m asa , en gram o s, de carburo de calcio producido. P A ( C a = 40; O = 16 ; C = 12 )

A ) 1 8 8 ,7 6 m g C ) 1,8 9 m g E ) 12 6 ,0 2 mg

A ) 256 D ) 64

B ) 18 ,9 1 mg D ) 6 3 ,6 3 mg

53. D e acuerdo con la siguiente ecuación: C u ( N O ,) 2 + Kl —► C u 2 + l2 + K N O , ¿ Q u é cantidad de yo d o se obtiene, a partir de un g ram o de yoduro de potasio? P A (K = 3 9 ,1 ; I = 1 2 6 ,9 ) A ) 1 ,5 2 g D ) 1 9 1 ,1 m g

B ) 7 6 4 ,4 m g E ) 1 ,1 4 g

C ) 3 8 2 ,2 mg

B ) 12 8 E ) 32

C )5 12

59. C alcular cuántos g ram o s de a m o niaco ( N H 3) se form arán a partir de 14 g de hidrógeno y 1 4 g de nitrógeno, seg ún la reacción: H 2(g) + N 2(g) --- * N H 3(g) P A ( H = 1 ; N = 14 ) A ) 1 ,7 D ) 3 ,4

B ) 34 E) 17

C )2 8

60. S e tratan 400 g de carbonato de calcio. C a C 0 3. Si 54. C alc u la r la m asa de dióxido de m a n g a n e so que reacciona con un e xc e so de ácido clorhídrico, de tal m an era que se p rod u zc a 14 2 g de C l2. M n 0 2lsl + 4 H C I,,, —► M n C I2(sl + C l2lg¡ + 2 H 20 (g

durante el proceso d e pirólisis el rendim iento es del 6 0 % , determ ine la m asa d e C 0 2 producido según ia reacción: C a C 0 3(s| —♦ C a O (s) + C 0 2jg) P A (C a = 40 ; C = 12 ; O = 16 )

M ( M n 0 2 = 8 7 ; C l2 = 7 1 ) A ) 14 2 D ) 96

B ) 15 8 E ) 174

C ) 79

A ) 10 6 ,5 g D ) 2 1 1 ,2 g

B ) 7 0 ,4 g E ) 1 0 5 ,6 g

C ) 2 8 3 ,3 g

61. E l brom uro d e potasio (K B r) tratado por el cloro, 55. C alcula r cuántas m oles de dióxido de carbono ( C 0 2) se prod u ce , si 3 7 5 g de C a C 0 3 con 8 0 % de p u re za se d e s c o m p o n e seg ún la reacción: C a C 0 3(s) —► C a O (s, + C 0 2(g) P A (C a = 4 0 ; C = 1 2 ; O = 16 ) A) 3,75 D) 2,95

B) E)

3 3,2

C )3 ,5 5

p rod uce cloruro de potasio (K C I) y brom o, 2 K B r (aci + C l2(g) —► 2 K C I(ac) + B r ^ ¿ C u á n ta s m oles de K C I se obtienen por el trata­ m iento de 4 7 6 g de K B r con un e xc e so d e C l2? P A (K = 39; B r = 80) A) 1 D) 4

B) 2 E) 5

C) 3

376

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

62. ¿ C u á n ta s m oles de 0¿ se d esp re nde n por el calen­

68. Si se com bustionan 40 m oles de butano ( C 4H 10),

tam iento de 490 g de clorato de potasio (K C IO -,),

otro co m po ne nte del g as d e C a m is e a , ¿cuán to s

según la siguiente ecuación?

gram o s se producen del g as In vern adero, C 0 2?

2 K C IO

P A (C = 12 ; H = 1 , O = 16)

. 2 K C I„ , + 3 0 2(g)

P A ( K = 39; Cl = 3 5 ,5 ; O = 16) A) 4 D )7

B) 5 E )8

A ) 14 080 D ) 7040

C) 6

B ) 3520 E ) 10 5 6 0

69. ¿ Q u é volum en de C 0 2 en condiciones norm ales

63. Al q u e m a r 36 gram o s de carbono con o xíg e n o , cal­

obte ndrem o s al añadir e xc e so d e ácido clorhídrico

cular la cantidad de anhídrido carbónico obtenido. P A (C = 12 ; O = 16 .)

a 8 gram o s de C a C O ,?

A ) 13 .8 g D ) 96 g

P A (C a = 40; C = 12 : O = 16 )

B ) 13 2 g E ) 80 g

C ) 36 g

64. E l nitrito de a m o n io , N H 4N 0 2, se d e sco m p o n e por acción del calor en agua y nitrógeno. NKNO

—

B) 5 E ) 0 .7 5

C ) 6 ,2 5

Si se tienen 0 ,6 m oles de g as b utano , ¿cuántas m oles de 0 2 se necesitan para su com bustión? C ) 3 ,9

A ) 50 g D ) 80 g

B ) 25 g E ) 15 0 g

de

1. E 2. B 3. B 4. D 5. E 6. A 7. D 8. B 9. D 10. D

11. E 12. E 13. B 14. B 15. B 16. D 17. B 18. C 19. C 20. A

—

2KCI

+ 30 .

B ) 9 ,6

C ) 6 ,4

D ) 1 9 ,2

C ) 33

71. S e q u em a 1,6 g de m e ta no , C H 4, con e xc eso de o xíg e n o . Determ ine cuántas m oles dióxido de car­ b ono se form an según la siguiente ecuación: C H 4 + o 2 — C 0 2 + h 2o A ) 0 ,0 1 m oles D ) 0 ,0 2 m oles

B ) 0 ,1 m oles E ) 0 .2 m oles

C ) 1 mol

de N 2(g, con exceso de hidrógeno. ¿ Q u é volum en de am oniaco se obtiene sup onien do condiciones de A vo g a d ro ? B ) 60 L

C )15 L

D ) 12 0 L

E)16 0 L

ceso d e o xig e n o . ¿ C u á n ta s m oléculas de ó xido de sod io, N a 20 , se form ará en dicha reacción? P A (N a = 23) A ) 3 ,0 1 1 5 x 10 23

B ) 1,8 06 9 x 10 2J

C)

D ) 6 ,023 x 10 23

6 ,023 x 10 “

E ) 6 ,023 x 10 24

21. C 22. D 23. D 24. E 25. C 26. A 27. E 28. C 29. D 30. B

E ) 12 ,8

73. S e q u e m a n 4 ,6 gram o s de sodio metálico con e x ­

1 1 ,2 L de o xíg e n o a condiciones norm ales, ¿ c u á n ­ tos gram o s d e agua se obtienen? B ) 36 E ) 64

2 K C IO

A ) 30 L

C) 5 g

67. C u a n d o se com binan 2 2 ,4 L d e hidrógeno con

A) 27 D ) 18

C ) 2 1 ,3 L

72. E n la síntesis del am o niaco , se com binan 60 litros

66 . E n la síntesis del a g u a , 40 gram os de o xíg e n o se com binan en condiciones norm ales c o n hidrógeno.

B ) 1 7 ,9 L E ) 0,8 9 L

P A (K = 39; Cl = 35 ,5 ; 0 = 16 ) A ) 3 ,2

de acuerdo a la siguiente ecuación: 2 C 4H 10(g) + 1 3 0 2|gl —► 8 C 0 2(g) + 1 0 H A ,

B ) 4 .2 E ) 1 ,4

A ) 2 ,1 3 L D ) 1 ,7 9 L

les, se obtiene al calentar 35 g de K C IO ,?

65. L a com bu stión del g a s butano ( C 4H 10) se efectúa

A ) 6 ,8 D ) 2 ,6

C a C 0 3(s, 4 2 H C I(a( , —► C a C I2(ac) + C 0 2(y) + H 2O g!

70. ¿ C u á n to s litros d e o xíg e n o , en condiciones n o rm a ­

2 H 20 „) + N , ¡UI

¿ C u á n ta s m oles de H 20 se obtendrán a partir de la descom posición de 2 .5 m oles de N H 4N 0 2? A ) 2 ,5 D ) 1 ,2 5

C ) 3600

31. A 32. A 33. A 34. E 35. B 36. B 37. C 38. B 39. B 40. E

41. E 42. A 43. D 44. A 45. D 46. A 47. A 48. A 49. E 50. C

51. A 52. A 53. A 54. E 55. B 56. A 57. B 58. A 59. E 60 E

61. D 62. C 63. B 64. B 65. C 66. C 67. D 68. D 69. D 70. C

71. B 72. D 73. C

Soluciones

John Tyndall (Leighlinbridge, Ir ­ landa, 2 de agosto de 1820-Hindhead, 4 de diciembre de 1893) fue un físico irlandés conocido por su estudio sobre los coloides. Investi­ gó el llamado «efecto Tyndall», al cual se le llamó de esta manera en honor a su nombre. Este efecto se produce cuando un haz de luz relativamente angosto pasa a través de un coloide, como son las partículas de polvo que es­ tán en el aire, ya que estas desvían la luz y aparecen como pequeñas y brillantes manchas. En una solu­ ción, la apariencia es diferente. La desviación de la luz en un coloide ocurre porque las grandes par­ tículas que están en él la reflejan produciendo un haz visible que se puede observar. Por lo tanto, un haz de luz que pasa a través de una solución es invisible. Eso explica el efecto «orbes» (unas manchitas blancas como gotitas de agua) en las fotos digitales y que erróneamente son tomadas como fenómenos paranormales o energía concentrada de la atmósfera. Los «orbes» son producto de este efecto de la física clásica. En 1887 confirmó la teoría de biogénesis, formulada por Luis Pasteur en 1864, aplicando la es­ terilización por calentamiento discontinuo, la que actualmente se conoce como «tindalización»; también evidenció la existencia de formas microbacterianas por reposo, muy resistentes al calor. Gracias a esta demostración se le reconoce como el padre de la Microbiología, junto a Pasteur. Fuente: Wikipedia

378

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

<♦ SISTEMA DISPERSO E s cualquier m edio ho m o g é n e o q u e contiene d isem inadas en su cuerpo partículas de cualquier ta m a ñ o y e stado. L a s sustancias que se pueden distinguir en una dispersión son : sustancia dispersante o continua y la sustancia dispersa o discontinua, a m b a s p ueden tener diferente tam a ño y encontrarse en los diferentes e stados de ia m ateria.

<4 CLASIFICACIÓN DE LAS DISPERSIONES D e a cuerdo al ta m a ñ o y form a de las partículas d isp ersas, se pued e n clasificar en:

Suspensión. T ip o de dispersión d o n d e la sustancia dispersa tiene poca o ninguna afinidad por la sustancia disper­ sante y sus partículas se m antienen distribuidas uniform em ente en el m edio d isp ersante, hasta que estas sed im e n­ ten en el fo n d o . La s partículas en suspensión se pueden sep a rar del m edio m ediante una filtración.

Ejem plo: Arcilla en a gua T a m a ñ o de partícula: d > 1 gm

Coloide. Tip o de dispersión d on de las partículas dispersas son relativam ente p e q u e ñ as. Si las partículas tienen afinidad por la sustancia dispersante se d en om in an "llófilos" y si no tienen afinidad se llam an "liófobos". L o s sistem as coloidales se difunden lentam ente a través de una m e m b ra n a , g ene ra lm en te no son transparentes y las partículas dispersas pasan a través del papel de filtro; son invisibles al m icroscopio y no se sep aran de la dispersión al dejarla en repo so, se pued e n sep a rar por centrifugación. T a m a ñ o de partícula: 1 nm < d < 1 gm

Clases de dispersiones coloidales Fase dispersante

Fase dispersa

Gas Gas Líq u id o

Sólido Líqu ido Sólido

A e ro s o l sólido A e ro s o l líquido Sol

H u m o , polvo Nubes Pintu ra, jale as, Dispe rsio ne s d e alm idón

Líqu ido Líq u id o

Líqu ido Gas

Em u lsión Espum a

Le c h e , m a yo n e sa E s p u m a d e ja b o n e s , Niebla

Sólido

Sólido

Sol sólido

A lg u n a s aleaciones E s m e ra ld a , rubí, vidrio

Sólido Sólido

Líqu ido Gas

Em u ls ió n sólida E s p u m a sólida

M antequilla, gelatina, Pied ra p ó m e z

Nombre genérico

<4 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA E n las soluciones líquidas (dispersión a c u o sa ), el disol­ ve nte o fase dispersante es el a g u a , por ello la necesi­ dad d e tom ar en cuenta los caracteres particulares de ella.

Características particulares de la molécula del agua Lo s d o s átom os d e hidrógeno se encuentran unidos al o xíg e n o por enlaces covalentes polares porque el o xíg e n o es m ás electronegativo (3.5) que el hidrógeno ( 2 ,1 ) , d o n d e el o xíg e n o resulta con carga parcial n e g a ­ tiva y el hidrógeno con carga parcial positiva. Lo s enlaces se producen con orbitales p del o xíg e n o , qu e son perpendiculares entre sí y por lo tanto , los e n ­ laces h idróg en o -o xíg en o d eb e n tener un ángulo de 90°

Ejemplo

entre sí. Sin laces de tipo parcialm ente un ángulo de

e m b a rg o , ocurre que siendo a m b o s e n ­ polar, los e xtre m os del hidrógeno tienen cargas positivas y se repelen fo rm á nd ose 10 4 °.

P o r su carácter polar, varias m oléculas p ued e n a s o ­ ciarse a tra íd as por sus e xtre m o s d e carga o p u e sta , los á to m o s d e hidrógeno de una m olécula atraen a los á to ­ m o s d e o x íg e n o de o tra s, fo rm a n d o e nlaces puen tes de hidróg eno entre las m oléculas q u e , a u n q u e débiles, dan lugar a la form ación d e asociación de m oléculas ( H 20 ) „ .

Estados físicos del agua E n form a natural, el a g u a se p ued e e ncontrar en los e sta do s g a s e o s o , líquido y sólido. E n el e stado g a s e o s o , conocido com o va p o r de a g u a ,

Q

sus m oléculas no se asocian sino que se m antienen s e p a ra d a s , se m u e ven a gran velocidad o be d ecien do a las leyes de los g a s e s .

u ím ic a

■

379

SAL

E n el e stado liquido, las m oléculas se unen form and o en su m ayo r parte g rup os de fórm ula ( H 20 ) 2 o ( H 20 ) 3, m ientras que en el hielo, su esta do sólido, se unen 6 m oléculas d e H ,0 m ediante puen tes d e hidrógeno for­ m an do un h e xae dro. E s ta estructura abierta del hielo da com o resultado g ran d e s e sp acios va c io s , lo que causa que tenga una d en sid ad m enor que la del agua liquida. E s to explica el hecho de que el hielo flote sobre el a gua y que su vo lu m e n sea m ayo r que el d e esta.

S oluto: Nací Solvente: H2o

S olución de NaCI

Solución = soluto + solvente Soluto. E s la sustancia que se disuelve y siem pre se e ncuentra en m e n o r proporción, ya sea en m asa o v o ­ lum en. E n una solución pued e n ha b er varios solutos. A la natu­ ra le za del soluto se d eb e n el color, el olor, el sab o r y la conductividad eléctrica de las disoluciones.

El soluto da el nombre a la solución. (a) (b)

P u e n te s de hidrógeno del hielo. E l o rdenam iento he xag on al del hielo es m e nos co m pa cto qu e el agua liquida.

Solvente (disolvente). E s la sustancia que disuelve o dispersa al soluto y g ene ralm en te se encuentra en m a ­ yor proporción.

<4 PROPIEDADES DEL AGUA

Ex is te n solve nte s "polares": a g u a , alcohol etílico y a m o ­ niaco.

Propiedades físicas

L o s solventes "no polares": b en cen o ( C 6H 6), tetracloruro d e ca rb ono (C C I4), éter ( C 2H 5 - O - C 2H 5).

Líq u id o incoloro, sin sab o r ni olor. Tem p era tura de ebullición: 10 0 ° C (a 1 atm de presión) D e n s id a d a 4 °C : 1 g /m L

E n las soluciones líquidas se tom a com o "solvente uni­ versal al H 20 " debido a su "alta polaridad".

Propiedades químicas 1.

2.

R e a ccio n a con los m etales m ás activos (K . N a , C a . B a , e tc .) produciendo hidróxidos y desp re ndien do hidrógeno.

Tipos de solución

Ejem plo:

Soluto

C a + 2 H 20 —> C a ( O H ) , + H 2„„ 2 K + 2 H 20 -a 2 K O H + H 2(g)

Sólido Líq u id o Gas

R e a ccio n a con los ó xido s d e los m etales (óxidos básicos) produciéndo hidróxidos.

Ejem plos: B a O + H ,0 L í20 + H 20 3.

El solvente da el aspecto físico de la solución.

—> B a ( O H ) 2 - 2 L ÍO H

a

R e a ccio n a con los ó xidos de los no m etales (óxi­ dos ácidos) d a n d o lugar a los ácidos o xá cid o s.

Ejem plos: s o , + h 2o -> h 2s o 4 C l20 + H 20 - a 2 H C I O

Soluciones sólidas. S o n aquellas d o n d e el disolvente es un sólido.

(*)

Solvente en sólido en sólido en sólido

=>

aleación C u - Z n m ercurio en plata oclusión del H ...( * )

E s la propiedad que presenta el gas de poder distri­ buir a través de los poros de ciertos m etales com o el platino o el paladio, es decir, el sólido absorbe el gas.

Soluciones líquidas. S o n aquellas d o n d e el disolvente es un líquido.

Soluto Sólido Líquido Gas

Solvente en líquido = sal com ún (N a C I) en agua en líquido => agua y alcohol en líquido => agua gaseosa ( C O , en agua)

Soluciones gaseosas. S o n aquellas d on de el solvente

<4 SOLUCIONES (disoluciones)

es un g as.

S o n m ezclas ho m ogéneas (una fase) que contienen dos tipos de sustancias denom inadas soluto y solvente; que se m ezclan en proporciones variables sin cam bio alguno en su com posición, es decir, no existe reacción quím ica.

Soluto Só lido Líq u id o Gas

Solvente en g as en g as en g as

=> h u m o , a erosoles. a h um e d ad => aire seco ( 0 2: 2 0 % ; N 2: 8 0 % )

380

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Clasificación de la solución

Ejem plo:

De acuerdo a la cantidad de soluto: a. Diluidas. S o n aquellas soluciones que contienen

S o luc io nes saturadas:

una cantidad p eq u eñ a d e solutos y por ello son algo cristalinas. P o r ejem plo: agua p otab le, agua oxig e n a d a (3 % H 20 2 o peróxido d e hidrógeno).

kno3

NaCI Na2S 04

S u e ro : 6 % d extrosa o glucosa.

1 L = 10 0 0 c m 3 < >

10

50 °C

55 g 3 6 ,6 g 53 g

110 g 37 g 44 g

Sobresaturadas. S o n

aquellas soluciones en la que se ha logrado disolver un poco m ás de la m áxim a cantidad de soluto disuelto, con a yu d a de calentam ientos su a ve s o ligeros.

Solubilidad (S).

1 % glucosa

E s una concentración física que nos Indica la m áxim a cantidad en m asa d e soluto que se p ued e disolver en 10 0 g d e agua a una tem peratura determ inada.

Interpretación: 3 0 % N a C I 30 g d e N a C I en 10 0 g solución o 30% NaCI C

30 g N a C I 10 0 g sal

q

% V,

A

( 100 )

s- 400 m L H 2S 0 4 f s 600 m L H N 0 3

1 L

%

V h

2s o 4

-

10 0 g H 20

Concentradas. S o n aquellas soluciones q ue pre­ sentan una apreciable cantidad de soluto. P o r ejem plo: ácido m uriático al 3 7 % H C I en m a sa . A g u a regla ( 7 5 % H C I y 2 5 % H N 0 3 en vo l.)

L a solubilidad d e las sustancias g ene ralm en te aum enta al e levarse la tem peratura. L a representación gráfica d e las solubilidades se reali­ z a m ediante las curvas de solubilidad. SI se enfría una disolución saturada la solubilidad dis­ m inuye y por lo tanto el e xc e s o de soluto se separa de la disolución en form a de cristales.

solutos

D e p e n d e de la cantidad de solvente

(10 0 ) = 2 0 % 2 0 0 0

% V = 600 (100) : 3 0 % HNOa 2000 N o ta r que a las soluciones diluidas y concentradas se les den om in a "soluciones no saturadas".

c.

25 °C

A 15 ° C en H ?0 se di­ suelven co m o m áxim o 20 g de sal ( K N 0 3). SI luego se a ñ a d e m ás sal esta q ued ará sin disol­ ve rse .

d.

% m asa = ( 10 ) = 1 glucosa *^ 1 0

b.

15 °C 20 g 36 g 60 g

10 0 0 g ( H 20 )

-5-(100)

%m.

1 0 0 g H 2O

Saturadas. S o n aquellas soluciones q ue contie­ nen la m áxim a cantidad de soluto disuelto que puede disolverse a una tem peratura d ete rm inada. S u s valores se tabulan en tablas.

L a solubilidad d e los g ase s en líquidos es in versam en te proporcional a la tem peratura y directam ente proporcio­ nal a la presión. P o r ejem plo: bebidas carbónicas (C o c a C o la , Inca K o la ) d o n d e el g as ( C 0 2) anhídrido carbóni­ co se abso rb e a tem peratura baja (4 °C ) y a la te m p e ­ ratura a m b iente (23 ° C ) se o b se rva desprendim iento de b urbujas.

Curvas de solubilidad

Q

Ejem plo:

u ím ic a

■

381

<♦ UNIDADES DE CONCENTRACIÓN Físicas a.

Porcentaje en masa:

g s io . 10 0 g H 20

% m sl0 = - ^ ( 1 0 0 )

% m sl0: porcentaje en m asa de soluto m sl0: m asa de soluto m sol: m asa d e la solución Solución al 4 0 % de N a O H . E l sólido A es m ás soluble. Lo s gases son poco solubles, a m ayor tem peratura.

40 g de soluto ( N a O H ) disuelto en 10 0 g d e solu­ ción.

b.

Porcentaje en volumen:

%VS[3 = - f (100) Ven!

% V slr, : porcentaje en vo lum e n de soluto V ,.!0: vo lum e n de soluto V sul: vo lum e n de la solución

Ejem plo: 2 0 % en vo lum e n de una solución de ácido clorhí­ drico A 80 ° C las soluciones: "A" y "B" son no saturadas "C " es "solución saturada" D es solución sobresaturada

20 m L de H C I en 10 0 m L de solución

ono/

- ■ 200 m L s t o .

20 / o ' "

10 0 m L sol.

Masa de soluto en volumen de solución (C) Aplicación: ¿ C u á n to se disuelve del sólido A a 50 ° C en 1 litro de a gu a?

C

=

V,„

Resolución: C : concentración de la solución ( - p - ; . \m L mL m st0: m asa de soluto

Del gráfico: curva d e solubilidad a 50 °C :

1L O

10 0 g ( H 20 )

V „ , : vo lu m e n de la solución

2 4 g (A ) ----- ► 10 0 g H 20 X *— 10 0 0 g H 20

Donde:

1 ppm =

1 mg

X : 2 4 0 g (soluto A ) se disuelven.

De acuerdo a la conductividad a. Electrolíticas. S e le llam a tam bién soluciones iónicas y presentan una apreciable conductividad eléctrica.

Químicas a.

Molaridad (M). N o s Indica las m oles de soluto por litro de solución.

Ejem plo: So lucio nes a cu o sa s de ácidos co m o: H C I , H 2S 0 4, HN03 B a s e s com o: N a O H . K O H S a le s com o: N a C I, C a C O ,

b.

No electrolíticas (soluciones moleculares) S u conductividad es prácticam ente nula; no form a io­ nes y el soluto se disgrega hasta el e sta d o m ole­ cular. P o r ejem plo: soluciones de a zú c a r, alcohol, glicerina, presentan el fe n ó m e n o d e "osm osis".

V .„ i. . . L

D o n d e : nst0 =

M®, mol L

1 L solución contiene 3 mol soluto.

Aplicación: S e tiene 19 6 g de H 2S 0 4 en 1 litro d e solución. Hallar la m olaridad de la solución:

382

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

2m < > 2 m olal o 1 kg solvente

2

-

mol

kg 2 mol soluto.

soluto

Aplicación:

solvente

Hallar la m olalidad de una solución que contiene 36 g d e a gua disuelto en 250 g de alcohol etílico (C H , - C H jO H ). V „, = 1 L

Resolución:

S o lu to : H 2S 0 4

S o luto : H 20

m sto = 196 g | n _ 19 6 _ 2

m = 36 g | n = m = 36 = 2 M = 18 | M 18

M = 98

)

98

n = 2 mol

^stc

S o lve n te : (alcohol)

T = 2 ^2

Vfin

Ex p re s io n e s : M = 2: 2

mol

m a,cohoi = 250 g = 0 .2 5 kg 2 m olar (2M ) 2 0 .2 5

ri •

b.

Normalidad (N). N o s indica el núm ero de e quiva ­ lentes de soluto por litro de solución.

m o l. o molal (8m ) kg '

m = 8; N =

n .s E q (i

d.

n .° E q (st0|: núm ero d e e quivalentes de soluto.

Fracción molar (fm). N o s e xp re sa la com posición de una solución, representa la proporción de par­ tículas de dim ensiones atóm icas o m oleculares de

Del problem a anterior, hallar N . So luto : H 2S 0 4 m = 19 6 g; V so, = 1 L

C ond ición:

M = 98

Aplicación:

0 = 2

n .° E q =

m „,

98

= 4

3 h"3

II

3

?\*

II

p

-Q

m

una soiucio n. fm

ste.

=

U s té . n " s o l.

frusto + fm s„. = 1

U n a solución d ad a contiene 80 g de sod a N a O H y 324 g de a gua . ¿ C u á le s son las concentraciones en fracciones m olares de los c o m po ne ntes de la solución?

Resolución: [C e q = 4 = 4

So lu to : N a O H

S o lve n te : H ,0

== 324

ms,0 = 80 g N = 4 ; 4 ^ ; 4 norm al (4 N )

M = 40

Relación entre N y M

n5lu :

rC Eq V „,

^ sb_q V„„,

N = 2 (2 ) = 4

_ nst0 ^50

fmst0 _ ^ste.

nsol.

^

II

fmsl0

Del problem a anterior:

c.

^ste.

2

tlsol ~=nsl0 + ^ste

N = M0

M = 2; 0 = 2

80 40

Msle == 18

18 20

324 18

18

=2 + 18

fmst0 = 0 ,1

=> fm5le = 0,9

Molalidad (m). N o s indica el núm ero de m oles de soluto por kilogram o de solvente.

<♦ NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO

BASE

TITULACIÓN 01 si- - kg

E s el procedim iento que perm ite determ inar la c o n c e n ­ tración d e una solución ácida o básica.

Q

S e realiza a ñad ie nd o un ácido o base a una b ase o ácido, para indicar el punto final o punto de neutralidad q ue se percibe por el viraje de un indicador . A este proceso tam bién se le llama "titulación" o "valorización".

u ím ic a

■

383

% W : porcentaje en m asa de soluto. W : m asa de la solución L a siguiente tabla resum e las unidad es d e concentra­ ción c o m únm e nte usa da s: U n id a d e s de concentración notables

Evaluaciones Porcentaje en masa

Definición

Símbolo

Masa de soluto

% m /m

M asa de solución

Masa de s o lü to _ (1 0 0 [) 0Q 0)

Partes por millón

Porcentaje en masa/vol.

E n el punto final n .° equiv. ácido = n .° equiv. base

Porcentaje en vol.

ppm

%m

N

%V/V

M asa de solución

M asa de soluto m L de so lución

— — —— —— — ———(100) m L de solución

M oles de soluto

Molaridad

<4 DILUCION E n q uím ica, con frecuencia es necesario diluir solucio­ nes para pasa r de una concentración a otra a gre ga nd o m ás solvente a la solución. Si se diluye una solución con solvente puro, el vo lum e n de la solución a u m e n ­ ta: pero el núm ero d e m oles d e soluto en la solución p erm a ne ce igual. A s i, la m olaridad (moles/litros) de la solución dism inuye. E s im portante leer con cuidado el problem a para distinguir entre (1 ) cuanto solvente se d e b e agre ga r para diluir una solución a determ inada concentración y (2) a qué volum en se d eb e diluir para p reparar la solución de d eterm inada concentración.

L de solución

E qu iva le nte s de soluto

Normalidad

L de so lución

M oles de soluto

Molalidad

kg de solven te

<4 COLOIDES U n a disolución es una m e zc la h o m o g é n e a en la que no tiene lugar sedim entación y en la cual las partículas de soluto están en el estado m olecular o iónico de subdi­ visión. E s to representa un e xtre m o d e las m e zc la s . El otro e xtrem o es la "suspe nsió n", una m e zc la clara m en­ te he tero gé ne a en la que las partículas con apariencia de soluto se depositan d e sp u é s d e m e zcla rse con una fa s e , con apariencia d e disolvente. Tal situación resulta cua nd o la arena se agita en a gua . L o s coloides representan un tipo interm edio d e disper­

ti

ó

'soluto(i)

^soluto(f)

sión en la que las partículas con apariencia de soluto o "fase dispersa" se su sp en d e n en la fa se con apariencia de disolvente o "m edio dispersante". L a s partículas de la fa se dispersa son tan p e q u e ñ a s que no se produce la sedim entación. Sin e m b a rg o , son lo suficientem ente g rand es co m o para hacer que la m e zcla a p a re zc a tur­

M, V, = M f V f

T am bién:

bia o aún o p a c a , porque la lu z se dispersa a m edida que pasa a travé s del coloide.

M : m olaridad.

El cuadro indica que tod as las com binaciones de sóli­ d o s , líquidos y g a s e s pued e n form a r coloides e xc ep to

N¡ V¡ = N f Vf

las m e zcla s d e g a se s que no reaccionan (todas las cua ­ les son h o m o g é n e a s ) y son por lo tanto , disoluciones ve rd a d e s . E l q ue una m e zc la d eterm inada form e una disolución, una dispersión coloidal o una suspensión

N : norm alidad P a ra relacionar porcentaje en m as a (% W ) % w , w , = % W FW F

d e p e n d e del tam a ño de las partículas con apariencia d e soluto, así com o de la solubilidad y miscibilidad.

384

■

C o le c c ió n U n ic ie n c ia S

a p ie n s

Tipos de coloides Fase (con apariencia d e soluto) dispersa

M edio (con apariencia de disolvente) dispersante

N o m b re com ún

E je m p lo s

S ólido

en

Sólido

So! sólido

Líqu ido Gas

en en

Sólido Sólido

Em u ls ió n sólida E s p u m a sólida

Q u e s o , m antequilla, gelatinas Es p o n ja , ca uch o, piedra p ó m e z, estírofoam .

Sólido

en

Líq u id o

S o le s y geles

Le c h e de tierra, pinturas, barro, pudines.

Líqu ido

en

Líqu ido

Em u lsión

Le c h e , crem a facial, a d e re zo s de e n s alad a, m a y o n e sa .

Gas

en

Líqu ido

Espum a

E s p u m a de afeitar, nata batida, e sp um a de c e rv e za .

Sólido

en

Gas

Ae ro so l sólido

H u m o , virus aéreos y partículas de materia, escapes de los coches.

Líq u id o

en

Gas

A e roso l liquido

N ie b la, brum a, a ero soles, nub e s.

M u c h a s aleaciones (com o acero o el duralum inio).

el

Diám etro m olecular de las partículas dispersas d e las dispersiones M e zc la

Eje m p lo

T a m a ñ o ap ro xim ad o de partícula

S u sp e nsió n

A re n a en agua

m ayo r de 10 000 Á

Dispersión coloidal

Niebla

10 - 10 O O O A

Disolución

N a C I en agua

1 - 10 A

L o s sistem as coloidales se clasifican en liófobos o liófilos. L o s "coloides liofóbicos" son s u s p e n s io n e s d e par­ tículas de ta m a ñ o colidal y no soluciones d e a g re g a ­ d o s d e partículas p rim arias, p ues liófobo quiere decir e n e m ig o del d is o lve n te , lo cual significa que h a y m uy poca o ningu na atracción o afinidad entre el m edio disp ersa nte y las partículas de la fa se d is p e rs a . E s ­ tos s istem a s son te rm o d in á m íc a m e n te inestables en lo q u e respecta a la form a ció n d e g ra n d e s a g re g a d o s no coloidales. Si se trata d e dos líquidos, la condición inestable co rre sp o n d ie n te co nstaría de d o s c a p a s lí­ q u id as s e p a ra d a s .

biológicos m uy im portantes, co m o ácidos cólicos, sus sales y sus d erivad o s. La s soluciones de coloides liófilos difieren de las so ­ luciones m oleculares ve rd ad e ras porque el gran ta m a ­ ño d e las m acrom oléculas o d e las m icelas conduce a p rop ie d ad e s distintas y a técnicas de estudio m uy diferentes.

Propiedades de los sistemas coloidales: a.

El efecto Tyndall es el fe n ó m e n o por el que se pone de m anifiesto la presencia de partículas coloidales, al parecer, com o puntos lum inosos, debido a la luz que d isp ersan. E s te efecto es utilizado para dife­ renciar las dispersiones coloidales d e las disolucio­ nes ve rd ad eras.

b.

N o p ued e n ve rse las m icelas, pero sí el m o vim ie n­ to que describen, que es d eso rd en a d o describien­ do com plicadas trayectorias en form a de zig za g , y el m ovim iento que describen es el m ovim iento brow niano . El estudio detallado de este m o vim ie n­ to perm itió a Je a n Perrin calcular uno d e los prim e­ ros va lores del núm ero de A v o g a d ro .

c.

El color característico de m uch os coloides se debe a la dispersión selectiva de la lu z por las m icelas coloidales.

d.

L a s m icelas están ca rg ad as eléctricam ente.

L o s "coloides liofílicos" son ve rd ad e ras soluciones de m acrom olécu las o de m icelas (ag re g a d os de m oléculas prim arias m ás p e q u e ñ a s ) que tienen d im e nsio nes en el intervalo del ta m a ñ o coloidal. E n estos sistem as hay fuerte atracción entre el m edio y las partículas. En tre los coloides "liofílicos", se cuentan m uch os polí­ m eros naturales y sintéticos, sustancias de gran im por­ tancia com o p rote ínas, ácidos nucleicos, a lm id on es y otras m acrom oléculas. E n este g ru p o, están com prend id os los coloides de asociación, fo rm a do s por m icelas que constan de una parte liófoba y una liófila, com o ja b o n e s , d etergentes, em ulsificantes y h u m e ctan te s, al igual que productos

Q

E s ta carga es debida a:

(2)

(1)

■

385

(3)

L a disociación d e m acrom oléculas.

=>

L a absorción preferente p or las m lcelas d e uno de los tipos d e iones presentes en el m edio dispersi­ v o . E s por esto q ue tod as las m icelas d e una dis­ persión coloidal tienen ca rg as eléctricas del m ism o signo.

SI

^

1 ,2 g/cm

= x 60 m st0 = ^ x

m sol = x + 6000

m„

V m, = 500 cm

50

100

(x + 6 0 0 )

frísol. = 600 g

C u a n d o una dispersión coloidal se coloca entre d os e lectrodos, los cuales están som etidos a una diferen­ cia d e potencial, tod a s las partículas coloidales em igran hacia uno de los e lectrodos, fe n ó m e n o d en om in ad o electroforesls. Si se p one n en contacto las m icelas con el electrodo de signo o p u e s to , pierden su carga y se a g lo m e ran , entonces precipitan d e n o m in án d o se a di­ cho proceso "coagulación del coloide". Sin e m b a rg o , la coagulación tam bién se p u e d e producir en c a sos por la adición de p eq u eñ as cantid ad es de sales, etc.

u ím ic a

m sto1 T

m s l0 2 ~

m st0.3

S w +>

=

S

( x+60°)

x = 600 g 2.

Ex p e rim e n ta lm e n te la solubilidad de la potasa caustica ( K O H ) a 40 ° C es 0 ,8 . C o n e sto s d atos determ inar: a. % m asa d e la solución satura d a. b. m olalldad (m ): M K O H = 56

Purificación de coloides L o s coloides, en virtud de su p reparación, sobre tod o si e s por reacciones q uím icas, suelen ir a c o m p a ñ a d o s de iones u otros co m p o n e n tes solubles d e peso m olecular b ajo , los cuales han de elim inarse hasta cierto punto. E l principio en el qu e se b a s a n en general los m éto do s d e purificación e s la co nsid e rab le diferencia de ta m a ñ o entre las partículas coloidales y las m oléculas en s o ­ lución ve rd a d e ra , por lo cual estas p u ed e n a tra ve sa r m e m b ra n a s q u e , en ca m b io , son Im pe rm ea bles para las partículas disp ersa s.

Resolución: S =

S = 0,8 = 80

1 0 0 g H 2O

’

80 g sto. en 10 0 g H 20 (10 0 m L H 20 ) a . m, m,

80 g 10 0 g O

0 ,1 kg

%m = ^.(100)

Diálisis S e usan m e m b ra n a s sem ipe rm e ab le s para la purifica­ ción d e las soluciones coloidales por diálisis. E n este proceso se suele introducir la dispersión en un recipien­ te cu yo fo nd o o cuya s p are d es son m e m b ra n a s sem i­ p erm e ab le s y que se s um e rge en el disolvente puro que se hace circular d e m o do continuo. L o s co m p o n e n tes d e bajo peso m olecular atraviesan la m e m b ra n a y son elim inados de la dispersión. E l tipo d e m e m b ra na d e p e n d e del sistem a que ha de purificarse. L a s u sa d a s con m ayo r frecuencia son las d e colodión o d e celofán sin tratar.

10 0

KOH -

100 g -

■80 g

- H 20

%m = T§>(100> % K O H = 4 4 ,4 %

msoi = 180 g

b. m

80

n sto.

mSio.

= 4 4 = 1 4 ,3

0,1

m = 1 4 ,3 molal ( 1 4 ,3m )

Ejemplos:

D e te rm in ar el porcentaje d e m a s a d e sulfato cúpri­ co ( C u S 0 4) en una disolución obtenida disolviendo 50 g d e vitriolo a zu l ( C u S 0 4 . 5 H 20 ) y 4 0 0 g de a g u a . A r (C u = 6 3,5 )

1.

Resolución:

S e tiene una solución al 6 0 % en m asa H C I . ¿ Q u é m asa de este d e b e agre ga rse a una solución de H C I d e vo lu m e n 500 m L ( D sol = 1 ,2 g /m L) al 4 0 % para no o bte n er una solución del m ism o ácido al 5 0 % en m asa?

3.

% mr

K100) ... (a)

D e : C u S 0 4 . 5 H 20 (M = 2 4 9 , 5)

Resolución:

% mst0 = njaL(100) m BOl.

Vitriolo ~

m sto =

sto: H C I ste: H ,Q

400 g -

,- H zO mJoi. = 450 g

50 g (CuSO„. 5HzO)

386

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

Re la cio n a n d o : 1 mol C u S O , . 5 H ,0

S

a p ie n s

►

m m sto = ^ . ( 9 0 0 ) = 360 E n la dilución:

32 E n (a ): % C u S 0 4 = ^ ( 1 0 0 ) = 7 ,1 1 %

fUtri?

L a densidad de una disolución al 4 0 % en peso es H 2S 0 4 ( D sol = 1 ,2 g /m L). D e term inar la m olaridad, norm alidad y m olalidad.

...(ó)

rictnS

...(0) E n ó: 360 = ^ ( x

+ 900)

x = m H20 = 2 70 0 g

Resolución:

1 ,2

¿ C u á n to s gram o s de sod a caústica pura ( N a O H ) , son necesarios para preparar 500 cm 3 de solución 0 ,8 M de sod a caústica? (M = 40)

g/mL

H ,S 0 4: 4 0 % masa

Resolución: D a to s : V sol = 500 m L = 0 ,5 L ; M = 0,8

1 L = 1000 m L

V„

M

ns,„ = M V ,.

S e a su m e : 1 L de solución m asa solución = 1 ,2 ( 1 0 0 0 )(1200) m st0. = ^ ( 1 2 0 0 ) = 480 g

: 0 ,4 mol

'

m sto.

T

40

500 mL

nsto. = ^

•

= 4 ,9 mol

1

4J) _ g mol 1 " ’a L

£Utc V„„

N = M 0; 6 = 2 N = 4 ,9 (2 ) =»

N = 9 ,8 E q / L

n .° m olecsto = 12 046 x 10 1 mol ■ n

mste.

M=

m ste = 7 2 0 g = 0 ,7 2 kg 4 ,9

m = 6,8 5.

=

n

6,8

mol kg

6 ,0 2 3 x 10 23 m oléc. 12 0 46 x 1 0 21 m oléc.

=» nst0 = 20 mol.

^ste. m SOi m sf0 m ste = 12 0 0 - 4 8 0 = 7 2 0 g

0,72

msto = 16g

NaOH

Resolución:

n„ 1 ’ sto.

m:

: 0 ,4

E n un vo lum e n de 4000 m L de solución contiene 12 046 x 1 0 21 m oléculas d e ácido sulfúrico. D e te r­ m inar la m olaridad y la norm alidad.

N o ta r que para los problem as que pidan calcular la norm alidad se recom ienda prim ero determ inar la m olaridad, luego aplicar (N = M O ):

m_

m s,03 = (X + 900)

Loi, = 900 g

50 (15 9 ,5 ) = 32 g 2 4 9 ,5

M

m sol = x + 900

V , nl = 600 m L

15 9 ,5

2 4 9 ,5 50 g

4.

D soi = 1 .5 g /m L

1' h 2 o

1 mol C u S 0 4

n s,„ v sol.

= Me

20

M = 5 m olar

N = 5(2) = 10 norm al

¿ C u á n to s gram o s de a g u a se d eb e agre ga r a una solución de ácido clorhídrico 2 m olar y vo lum e n de 1 ,2 L para rebajar su concentración a 0 ,7 5 M ?

6 ,8 m (6 ,8 molal)

¿ Q u é m asa d e a g u a deb e rá agre ga rse a 600 m L d e una solución d e cloruro de sodio (N a C I) al 4 0 % ( D so, = 1 ,5 g /m L) para obte ner una solución d e clo­ ruro de sodio al 1 0 % ?

Resolución: So lu to : H C I: 0 = 1

=>

N = M

Á r : N a = 23 ; C l = 35,5

Resolución: 1

2

x mL .i

T 600 L 1

3 ------------- ■ 10 %

h 2o

40% N a C I,

(2)' T 1,2 + x _L

NaCI

HCI,, M 2 = 0,7 5

Q

Soluto (1)

2000 m L

Resolución: Soluto: H C I : 0 = 1

S e adiciona una solución de p erm a n g an a to de potasio ( K M n 0 4) de vo lum e n 2 ,4 L y 2 norm al, a otra solución de la m ism a sustancia con 3,6 L de vo lum e n y 3 norm al. ¿ C u á l es la norm alidad de la

(2) T

3,6 L

M

% m swD

1

"ÑT^?

M , = 9 ,6

i

i

n.c E q u iv

i

n.° E q u iv

E n esta condición se cum ple:

n,° E q u iv

2 (2 , 4) + 3 (3 ,6 ) = N ,( 6 ) N„ 2 ,6 N orm al

M ,V . = M 2V 2 9 .6 V , = 2(3)

10 . U n a solución concentrada de ácido clorhídrico contiene 3 0 % en m asa de H C I y su den sid ad es

V , = 0 ,6 2 5 L = 625 m L

S e m e zcla una solución de ácido fosfórico al 1 0 % en agua (D = 1 ,0 7 8 g /m L) con una solución 5.1N

■ ■

RESUELTOS

PROBLEMAS 2,

del m ism o ácido, en la proporción de 1 : 2 en vo lu ­ m en. Calcular la m olarldad de la m e zcla resultante

a

¿ Q u é volum en de cal a p a g a d a C a ( O H ) 2 2 M , será necesario para neutralizar 900 c m 3 d e ácido acéti­ co ( C H j C O O H ) 2 ,4 M ?

Base: C a (O H )2

Resolución:

Á c id o acético: C H 3C O O H

Vb

S o lu to : H ,P 0 4; M = 98: 9 = 3

*

ni

(2)1

..

(4) ■===■<

T

1

D „ - 1.078 g/cm'

+

4

HjPO.

h 3p o 4

N = 5.1

M

S o lu to 2

So luto 3

i

4

n ,.

V a : 900 c m 3

fM = 2

M = 2 ,4 (

I 0=2

0=1

R x n : neutralización: N bV b = N aV d 2 (2 )V b = (2 ,4 )(1)(9 0 0 )

3V

=>

2V

H.POj

..

Resolución:

= 31: O = 16: H = 1

Soluto 1

mol

S o luto (2) = Soluto (3)

S o lu to (1)

_L

3 0 ( 1 ,1 7 ) ( 1 0 ) 3 6 ,5

M,

KM n04

(10)

Mst0

T 6 L

V

V3= 3

U sa n d o otro m étodo para determ inar la M :

(3)-

--

1

D sol = 1 , 1 7 g/m L H C I: 3 0 %

n .° E q u iv = N V

(1)

HCI

V = 3 L

HCI

Resolución:

Á r: P

N = M

(1)

solución resultante?

1.

387

moles 0 ,7 5 M ( 1 ,2 + X ) L

Soluto (2)

x = vo lu m e n H 20 = 2 L m H 20 = 2000 g

■

1 ,1 7 g /m L. C alc u la r el vo lum e n en litros d e ácido necesario para preparar 3 litros de una solución 2 norm al. Á r: C l = 3 5 ,5 ; H = 1

=

4-

m oles 2 M ( 1 ,2 ) L

u ím ic a

V b = 540 c m 3

1 3.

P a ra ne utralizar una disolución que contiene 2 ,2 5 g de ácido se necesitan 25 m L d e disolución 1 M de álcali dibásico. De term inar la m asa equivalente del ácido.

n (3|

Resolución: M , (3V)

Ác id o : m = 2 ,2 5 g

M , = 1 .5 m o l a r

Base: 2 O H

9 = 2; M = 1 V = 25

mL =

0 ,0 2 5 L

388

■

C

o l e c c ió n

C o nd ic ió n:

U

n ic ie n c ia

n .° E q

m 2 ,2 5

a p ie n s

S to . P = T = V = M = R =

n ° Eqb,

= f\| vb

(1)(2 )(0 ,0 2 5 )

mnq

= 45 _9

■■■ 4.

S

Eq

U n enfe rm o de ulcera duod e na l p u e d e presentar una concentración d e ácido clorhídrico en su jugo gástrico de 0 ,0 8 M . Si su e stó m ag o recibe 3 L dia­ rio de jugo gástrico, qué vo lum e n de una m edicina q ue contiene 2 ,6 g de la base ( A I( O H ) 3) por cada 10 0 m L d eb e consum irse para ne utralizar el ácido M ( [A I ( O H ) 3] = 78

( N H 3)(G a s ) 74 4 m m Hg 20 ° C = 293 K 725 L 17 6 2 ,4

DSr m s,

0 ,0 8 8 2 g /m L : m .,„ ~ m ..

V„„

H alla ndo : nNH3: P o r la ec. univ. ( P V = n R T ) P V _ 74 4 (72 5 ) „ QC , n,n h 3 ■ RT 6 2 ,4 (2 9 3 ) ' m°

m Ha0 - 1 L = 10 0 0 m L => m H20 = 10 0 0 g .-. m sol = 10 0 0 + 5 0 1 ,5 = 1 5 0 1 ,5 g P a ra la solución am oniacal:

Resolución:

m V

D

w _ m 1 5 0 1 ,5 D ” 0 ,8 8 2

V „ = 1 7 0 2 m L : 1 ,7 0 2 L n h 3 + h 2o NH. 0= 1

10 0 L

» + OH

H alla n d o : L a m olaridad (M ) y (N ) M = Ju g o gástrico 2 ,6 g [AI(OH)3] ------Á c id o (H C I) Va = 3 L M = 0,08

N = 10 0 m L m edicina Base A I(O H )3

6=3

c

E q base

mc

N ,V , =

m_n

0 ,0 8 (1 )(3) :

= 1 7 ,3 3 ( 1 ) = 1 7 ,3 3 normal

=» A u m e n to d e vo lu m e n . x = V 50l - V H 0 = 1 ,7 0 2 - 1 = 0 ,7 0 2 L

E n una neutralización á cid o-ba se 5 0,0 m L de so­ lución de N a 2C 0 3 son e quivalentes a 56 ,3 m L de H C I 0 ,1 0 2 N . ¿ C u á n to s gram o s de C a C 0 3 se pre­ cipitarán si se añ ad ie se en e xc eso de disolución de C a C I2 a 10 0 m L de N a 2C 0 3? Á r: N a = 23; C a = 4 0 ; C = 12

R x n . N eu tra lización : E q ác¡do

M 0

1 7 .3 3 molar

.-. x = 0 ,7 0 2 L = 7 0 2 m L

e= 1 i~i

c 5io _ 2 9 ,5 Vsd! 1 ,7 0 2

n\ 78 3

Resolución: V s = 50 ,0 m L

Va = 56 ,3 m L N a = 0 ,1 0 2

m base = 6 ,2 4 g [ A I ( O H ) ,] 2 ,6 g 6 ,2 4 g

* 10 0 m L * V med

Caso I: Neutralización n- EqNazCo3 = n. EqHCi

V med = 2 4 0 m L (m edicina)

5.

T

E n un litro de agua a 20° C se disuelven 7 2 5 L de N H 3 a 20 " C y 7 4 4 m m H g . L a solución tiene una d en sid ad d e 0 ,8 8 2 g/cm 3. C alc u la r la norm alidad y el a u m en to d e vo lu m e n q ue e xp e rim en ta .

t

N SV S = N s(50) =

N a(Va) 0 ,10 2 (5 6 ,3 )

N s = 0 ,1 1 5 ( N a 2C 0 3)

Caso II: C a C I2 + N a 2C 0 3

Resolución:

4

e xc eso

(2)

(1) N H 3(sto .)

/

~ ~i f .. H 20

I N H 3(sto .) v ,oi 1

^

H 20

Ste.

4

m

C o nd ic ió n: n .° E q Na2CC,3

Nv =

n .° E q c

m

0 ,1 1 5 ( 0 ,1 ) = am oniacal

CaCO„

10 0 m L (0 ,1 L )

*

~2T

m CaC03 = 0 ,5 7 5 g

Q

■

389

Resolución:

S e tiene 200 g de un m ineral q ue contiene carb o ­ nato de m agnesio ( M g C O ,) . L a m uestra es a ta ca ­ da con 50 L de H C I (acJ 0 ,1 M , luego calentada para quitar tod o el C 0 2 disuelto. E l ácido residual es titulado con 5 L d e sod a cáustica ( N a O H ) 0 ,2 M . ¿ C uá l es el porcentaje d e p u re za del carb onato de m agnesio? Á r: M g = 2 4 ; Cl = 12 ; O = 16

D e a cue rdo a las proposiciones: I. V e rd ad e ro E l calor de reacción (A H ) en toda reacción e n ­ dotérm ica es positivo: A H > 0: E s to debido a q ue: H pl0d > H (aacl II. Fa ls o L a teoría d e las colisiones establece que para que se form en los productos las m oléculas no solo d e b e n chocar, a d e m á s d e b e n tener orien­ tación y e nerg ía a d e c u a d a , para pod e r pasa r la barrera del valor de activación.

Resolución:

III. V e rd ad e ro L a s especies iónicas pose en m ayo r velocidad de reacción que las e species covalen tes ya que los prim eros interaccionan con m ayo r facilidad por sus cargas eléctricas.

Muestra: 200 g

% p u re za = J g L ( 100)

u ím ic a

.. . ( a )

m : m asa de M g C 0 3: puro (I) Titulación con sod a ( N a O H )

L a e nerg ía de activación Iónicos < covalentes

HCI

N a O H ------------ ► Residual 5 L 0 ,2 M A p lic are m os: N = M0 => 0 = 1 ( N a O H ) ) 0 = 1 (H C I) 1 =5 N = M a

n .° E q u iv = n0 (co m pu e stos) 0 = 1 (H C I)

ü

Resolución:

= 1 mol (residual)

C a s o III: H allando las m oles totales de H C I lac, n, H C I = M V = 0 ,1 (5 0 ) = 5 mol nHCI; consum idos en la R x n . nHCI = 5 - 1 = 4 mol H C I (consum id os) R x n

En la reacción I: E q MgC03 — O- ^ Ó hci

m ec.

= nG =*

84

= 4 (1) -

II. E l com plejo activado antes del E s ta d o de tran­ sición tiene m ayo r e nerg ía que el producto de una reacción endotérm ica.

n0 — N NaOHV NaOH nHC,(1 ) = 0 ,2 (5 )

n

Indicar el valor de ve rd ad (V ) de las siguientes pro­ p osiciones: I. E l esta do d e transición es el com plejo activado d e m ayo r e nergía.

III. E l calor de reacción ( A H ) o entalpia d e reacción es independiente de la energía de activación.

C a s o II: R x n , neutralización n - E óhci = n. E q NaOH

nHCi

9.

m = 168 g ( M g C 0 3)

R e sp e c to a las proposiciones: I. V e rd ad e ro E l esta do de transición co rresponde a la e s p e ­ cie interm edia (m ayo r e n erg ia ) en el curso de la reacción; ejem plo: H 2 + l2 ---------►2H I

1 H ... I H ... I II. Fa ls o E n una reacción endotérm ica:

2 R e e m p la za n d o en (a ): % p u re za = ^ § § ( 1 0 0 ) = 8 4 %

8.

Indicar el valor d e ve rd ad de las siguientes p rop o ­ siciones: I. L a entalpia de una reacción endotérm ica siem ­ pre es positiva. II. L a e nerg ía de activación d e p e n d e de la natu­ ra le za de los reactantes, entre otros factores, seg ún la teoria d e colisiones. III. G e n e ra lm e n te la e nerg ía de activación entre reactantes iónicos e s m e nor que la e nerg ía de activación entre reactantes co valen te s.

S e o b se rva que el com plejo a c tiva d o (C ). S e for­ m a al superar la energía de los reactantes. III. V e rd ad e ro Del gráfico anterior se o b se rva que AH (calor de reacción) es In dependiente del valor de la energía de activación (c).

390

10 .

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

¿ C u á n to s mililitros de a g u a h a y que añadir a 200 m L d e una solución al 3 0 % en m asa d e N a O H (densidad = 1 ,3 4 g /m L) para o bte ner una solución de 3 ,3 5 M d e N a O H ? Á r: N a = 23 ; H = 1; O = 16

P a ra o btener una solución, d on de : C = 20 m g C o T2/m L V = 1 ,5 L = 15 0 0 m L S e cum ple: ( C V ) , = ( C V )2 =» 1 0 0 % = 2 0 (15 0 0 ) V , = 300 m L

Resolución: P a ra una solución a cuo sa de N a O H , d o n d e : V = 200 m L % M st0 = 30 D sol = 1 ,3 4 g /m L S u m olaridad (M ) es: _ 1 0 P ^ .% M

10 ( 1 ,3 4 ) (30)

M

13. S e tiene una solución d e hidróxido de sodio ( N a O H ) cuyo volum en es de 200 m L y una den sid ad de 1 ,2 g /m L y 2 0 % en m asa de soluto. D e term inar la fracción m olar del solvente. Á r: N a = 23; O = 16 ; H = 1

Resolución:

40

M = 10 ,0 5 S e d e s e a diluir hasta una m olaridad de 3 ,3 5 M . L e y d e Dilución: (M V ), = ( M V )2 10 ,0 5 (2 0 0 ) = 3 ,3 5 V 2 =* V 2 = 600 m L V H20 = A V = 600 m L - 200 m L

E n una_solución a cuo sa de hidróxido d e sodio: N a O H (M = 4 0 ), se tiene: V = 200 m L D = 1 ,2 g m L M = D V = 1,2 (2 0 0 ) m = 240 g Adem ás: % M NaCH = 20 M NaOH = 2 4 0 ( ^ ) = 4 8 g

.-. V H20 = 4 0 0 m L 1 1 .

¿ Q u é m as a d e tiosuifato de sodio pentahidratado se necesita para preparar 500 m L de una disolu­ ción 0 ,2 0 0 N para el proceso. 2 S 20 f + l2 ^

S 40?

M H2o = 2 40 g - 48 g = 19 2 g n .° m oles = 2 = 4 n r = 1 0 ,7 M 18

=» nT = 1 ,2 + 1 0 ,7 = 1 1 ,9 Lu e g o la fracción m olar (x) del solvente (H 20 ) :

Resolución:

x =

El tiosuifato d e sodio penta hidratado. N a 2S 20 3 . S H 20 (M = 248)

= _ L 2 = o ,1 1 1 ,9

con un e xc e so de cinc, d esp re n dién do se 2430 m L de h idróg eno, recogido sobre a g u a a 2 1 ° C , cor una presión de 7 4 7 ,5 m m H g . ¿ C u á l es la norm al dad del ácido utilizado? ( P V2 1X = 1 8 ,6 m m H g )

(-2 .5 )

2 S 20 ¡ 2 + l2 - * S 40 62 + 2 I “ 1 (N a 2S 2Q 3) 0 = 0 ,5 (2 ) = 1 Adem ás: V = 500 m L = 0 ,5 L N = 0 ,2 =» M = 0 , 2 n.° m oles = M V = 0 ,2 (0 ,5 ) = 0 ,1

nT

14. S e hace reaccionar 40 m L de una solución ácida

Participa en el proceso:

Resolución: (0 = 1)

S e o btuvo g as hidrógeno (H 2) recogido sobre agua V = 243 0 m L = 2 ,4 3 L T = 2 1° C = 294 k

Lu e g o reaccionan 0 ,1 mol d e N a 2S 20 3 (M = 158 ) M = 0 ,1 ( 1 5 8 ) g = 1 5 ,8 g

P T = 7 4 7 ,5 m m H g

=> 15 8 g N a 2S 20 3 --------------- 2 4 8 g N a 2S 20 3 5 H ,0

PH2= Pt - P v = 747,5 - 18,6

1 5 ,8 g N a 2S 20 3 --------------- m .-. m = 2 4 ,8 g 12 .

•

+ 21“ ?

Á r: N a = 23 ; S = 32 ; O = 16 ; H = 1; I = 12 7

( + ?.)

n .° m oles = 2 = 4 1 = 1,2 M 40

¿ C u á n to s mililitros d e una solución d e concentra­ ción 10 0 m g C o 2+/m L se necesitan para preparar 1 ,5 L d e disolución conteniendo 20 m g C o 27 m L ?

Resolución: S e diluye una solución a cuo sa cu ya concentración (C ) es: C = 10 0 m g C o +2/m L

P v = 18 ,6 m m H g P H2 = 7 2 8 ,9 m m H g S u m asa la hallam os de: PVM 7 2 8 ,9 (2 ,4 3 ) (2) RT “ 6 2 ,4 (2 9 4 ) ^ M H2 ~ 0 ,1 9 3 g Es to se o btuvo por reacción de 40 0 m L de un ácic: sobre el C inc: n ° Eq-9ácMo = n .° E q - g H2 NV = ~

=> N (0 ,4 ) =

... N = 0 ,48 3

Q

u ím ic a

■

59'

Resolución:

15. S e tiene 500 m L d e una solución de nitrato d e pla­ ta ( A g N 0 3) con concentración 1 M que reacciona

D e acuerdo al gráfico de solubilidad de un soluto X .

con 300 m L de otra solución de cloruro de potasio (K C I), 1 .5 M . De term inar la m asa d e A g C I (e xp re sa ­ do en g ram o s) que se obtiene, a d e m á s de o btener K N 0 3(ao). A r: A g = 10 8 : C l = 3 5 ,5 ; N = 14 : O = 16 : K = 39

Resolución: D is p o n e m o s d e las soluciones: A g N 0 3 V = 0 ,5 L : M = 1 n .° m oles = M V = 1(0 ,5 ) = 0,5

A 40 °C:

KCI V = 0 ,3 L ; M = 1 , 5 n .° m oles = M V = 1 ,5 (0 ,3 ) = 0 ,4 5

25 g . X -

L o s cuales se e m plea n en el proceso: A g N O j + K C I —> A g C I + K N O ,

luego para una solución de 250 g esta disuelto:

18 .

reactivo limitante

A partir de los d atos d e solubilidad del N a 2S 0 4 en función de la tem p eratura, indicar ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) seg ún co rre spo nd a:

S e form a 0 ,4 5 m o l d e A g C I ( M = 1 4 3 ,5 ) M = 0 ,4 5 (1 4 3 ,5 ) = 6 4 ,6 g

Tem p eratura N a 2S 0 4

16. U n a disolución contiene 10 g d e ácido acético ( C H 3C O O H ) en 12 5 g de H 20 , ¿cuál es la con­ centración de la disolución e xp re sa d a en fracción m olar del C H 3C O O H y en m olalidad?

Resolución: S e prepara una solución, d on de se e m plea: Á c id o acético: C H 3C O O H (M = 60) m = 10 g n .° m oles = E = ^ = 0 ,1 7 M 60 A g u a : H 20 (M = 18 )

40 °C

80 ° C

60

53

44

I.

L a disolución del N a 2S 0 4 en agua es un p roce­ so exotérm ico. II. A 2 0 ° C . una solución de m asa 200 g q ue contiene 25 g de N a 2S 0 4 e s no saturad a. III. A l calentar hasta 80 ° C , la solución anterior per­ mite precipitar cristales de N a 2S 0 4.

Resolución: D a to s d e solubilidad (s) del N a 2S Q 4 en a gua:

= 6 ,9 4

Tem peratura N a 2S 0 4

0 ,1 7 = 0 ,0 2 4 7 ,1 1

20 °C

40 °C

O O O CO

n arnT 1 'AC

20 °C

(S g /100 g H 20 )

Lu e g o la fracción m olar del ácido acético es: _

— 12 5 g sol. 250 g sol.

_ 2 5 (2 5 0 ), - X = 50 g X 12 5

1 mol — 1 mol — 1 mol (R x ). 0 ,5 mol — 0 ,4 5 mol — 0 ,4 5 mol ( dato)

m = 12 5 g n .° m oles = E = ^ a M 18 nT = 0 ,1 7 + 6 ,9 4 = 7 ,1 1

10 0 g H 20

m—

60

53

44

(g /100 g H 20 ) Verd ad e ro S e o b se rva que la solubilidad dism inuye con la tem peratura por lo que el proceso de disolución es exotérm ico.

A d e m á s su m olalidad (m ) lo hallam os de: n .s m o le s (s to .)

o, 1 7

m H2o (kg)

0 ,1 2 5

1 , 36

V e rd ad e ro D e acuerdo al cuadro a 20 °C 60 g N a 2S 0 4 — 1 0 0 g H 2O — 16 0 g sol

17. S e tiene el siguiente gráfico de solubilidad de un soluto X en a g u a a diferentes tem p eratura s. Si se tiene 250 g de una solución saturada a 40 ° C . ¿ C u á n to s gram o s de soluto X están disueltos en esta solución?

m -------------------------------------- 200 g sol

m

60(200)

N a ,S 0 4 16 0 m = 7 5 g (m áxim o ) Si solo se disuelve 25 g , la solución no está saturado. III.

V e rd ad e ro P o r ser el proceso de disolución exo térm ic o, un a u m en to en la tem peratura dism inuye la solu­ bilidad por lo que ocurre cristalización.

392

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

19. P a ra una solución d e H 2S 0 4 concentrad o de D = 1 ,8 4 g /m L y 36 N , determ inar el porcentaje en m asa del ácido.

Resolución: P o r reacción de 10 0 g d e C a C 0 3(M = 10 0 ) im puro, se produce C 0 2, d on de :

Resolución:

V = 20 L

S e tiene una solución a cuo sa d e H 2S 0 4 (M = 98), donde: D sol = 1 .8 4 g /m L N = 36 (6 = 2 = n.° H ) => M = 18

T = 20 ° C = 293 K

E l porcentaje en m asa d e soluto lo hallam os de: 1 0 D sn, % m„.„ M M

A partir del proceso: C a C 0 3 + 2 C I2 —x C l20

1 0 ( 1 ,8 4 ) ( % m „ Q ) 18 = 98

96

% M,

(1m o l) n

1 ,1 ( 2 0 ) 0 ,0 8 2 (2 9 3 )

---------------------------------------------------

n co2

~ 0 ,9 1 6

■ C a C I2 + C 0 2 (1 mol) 0 ,9 1 6 mol

P o r lo que reacciona d e C a C 0 3 puro:

20. L a alicina es el co m pu esto responsable del olor ca­ racterístico del ajo. U n análisis de dicho c o m p u e s­ to m uestra la siguiente com posición porcentual en m asa: C = 4 4 ,4 4 % ; H = 6 ,1 7 % S = 3 9 ,5 1 % ; O = 9 ,8 8 % ¿ C u á l e s su fórm ula m olecular, si 5 m oles de m olé­ culas del co m pu esto tienen una m asa de 8 10 g? D a to : Á r: C = 1 2 ; H = 1; S = 32; O = 16

Resolución: C om p osició n centesim al d e la alicina: C : 4 4 ,4 4 % S : 3 9 ,5 1 % H : 6 ,1 7 % O : 9 ,8 8 % P a ra hallar su fórm ula em pírica a su m im os 10 0 g y hallam os las m oles d e cada á to m o: 4 4 44 m c = 4 4 ,4 4 g n .° m oles = = 3 ,7 0 M h = 6 ,1 7 g

P = 1 .1 atm = PV ~ c° 2 RT

n .° m oles - M

I

= 6 ,1 7

3 9 61

M g = 3 9 ,5 1 g

n .° m oles =

M 0 = 9 ,8 8 g

9 ,8 8 n .° m oles = 16

32

= 123 : 0 ,62

n = 0 ,9 1 6 m = 0 ,9 1 6 (1 0 0 ) = 9 1.6 g L o cual de 10 0 g representa: .-. % C a C 0 3 = M ^ ( i o o ) = 9 1 ,6

22. E n el co m pu esto hidratado C a 3( P 0 4)2X H 20 existe 1 5 ,5 % en m asa de fó sforo. ¿ C u á n ta s m oléculas de a g u a h a y por m olécula de sal hidratada? D a to : A r: C a = 4 0 ; P = 3 1 ; 0 = 16 ; H = 1

Resolución: L a sal hidratada siguiente: C a 3( P 0 4)2X H 20 (M = 3 1 0 + 18 x) pose e 1 5 .5 % en m asa de fósforo ( P = 3 1 ) 2 (3 1 ) (10 0 ) = 1 5 ,5 ( 3 1 0 + 18 x)

2 3 . U n a solución de cierta sal al 6 % se requiere reducir al 5 % . ¿ Q u é cantidad de a g u a se d eb e añadir?

Resolución: G ra fica n d o : X g de agua

D ividim os a todos entre el m e nor (0 ,6 2 ) y tene m o s: C (6 ); H (10 ); S (2 ); 0 ( 1 ) _ => F E : (C 6H ,0S 2O )

(M = 16 2)

Adem ás: 5 mol -> 5(M) q = 8 10 g « M = 16 2 . (igual a la F E ) .-. F M : C 6H 10S 2O

21. E n una prueba d e laboratorio se hacen reaccionar 10 0 g de una m uestra im pura de carbonato d e cal­ cio ( C a C 0 3) con 15 0 g d e cloro (C l2) seg ún: C a C 0 3(s) + 2 C I2(g) —> C I2O lg) + C a C I2ls) + C 0 2(g) L o s g as e s se recogen en un recipiente d e 20 L a 20 ° C , d o n d e se determ ina que la presión parcial del C 0 2 es igual a 1 ,1 a tm . ¿ C u á l es el porcentaje d e p u re za de C a C 0 3 en la m uestra? D a to : R = 0 ,0 8 2 atm L/m o l.K Ár: Ca = 40; C = 12; Cl = 35,5; 0 = 16

C o m o la m Sal es constante: m Sal(1) =

r n Sal(2)

if o ( 100) = M (1oo + x) 600 = 500 + 5x 10 0 = 5x => x = 20 P o r lo tanto, se d eb e a gre ga r 20 g de a g u a .

24. ¿ C u á l es la m olaridad de una solución d e ácido sulfúrico cuyo volum en e s d e 500 mi y contiene 19 ,6 g de ácido? H = 1 ; S = 32; O = 16

Q

Resolución:

E n el ácido concentrado:

Com o: M =

98 g H 2S O .4 ( P j

98%

m'AcidolCl 1 9 ,6 m

M = -58_

M

0 ,5

L

■V ,Ácido (C)

M = 0 .4 m ol/L 25. T eniend o en cuenta las siguientes proposiciones: I. U n a m uestra d e una disolución 0 ,1 0M (m olar) qu e tiene un vo lu m e n de 0 ,5 litros contiene 0 ,2 m oles de soluto. II. U n co m p o n e n te de una disolución presente en m e nor cantidad que el m ayo r c o m po ne nte es llam ado un soluto. III. L a norm alidad es el núm ero de e quivalentes de soluto contenidos en 1 (un) litro de disolvente. ¿ Q u é proposiclón(es) correcta(s)?

Resolución:

100

m D

V

5 4 ,3 4 c m 3

1 ,8 4

28. U n a solución a cuo sa d e ácido sulfúrico de d en si­ d ad 1,0 6 6 g/cm 3, contiene 1 0 % en m asa de H 2S 0 4. C alc u la r la norm alidad d e dicha solución. M a s a s atóm icas: H = 1 ; O = 16 ; S = 32

Resolución: C o m o : M e q H2S04 = |

= ^

= 49

T o m a m o s 1 litro de solución: m So, = D So,Vso, = ( 1 .0 6 6 )(1000) => m So! = 106 6 g

m* = Í M (1066) = 1°6,69 C a lc u la n d o la norm alidad:

A n a liza n d o las proposiciones: I.

393

100 g

100%

C a lc u la n d o el V Ackl0(CI: ° iü . - o 4 0 ,5 '

■

u ím ic a

n sl0 = M V => n st0 = (0,1 )(0,5) = 0,05 m oles (F )

II. P o r convención el co m po ne nte en m e nor pro­ porción es el soluto (V ) III. L a normalidad se define com o el núm ero de E q - g de soluto presente en 1 litro de solución (F ) S o lo e s correcta la proposición II.

m sto .. N =

n °E q (s,0|

1 0 6 ,6 49 = 2 ,1 7 5 norm al

Meqsl

1

29. U n a dilución d e alcohol etílico en H 20 es 1 ,5 4 m olal, ¿ C u á n to s gram o s d e alcohol ( C 2H 5( O H ) ) están disueltos en 2 .5 litros de H 20 ? .

Resolución: 26. L a den sid ad de una solución d e N a O H . es 1 ,5 g/cm 3 y el porcentaje en m asa de hidróxido es del 6 0 % . C alcu la r la norm alidad de la solución.

C o m o : M olalidad (m) =

A d e m á s : 2 ,5 litros H 20 O

Resolución: A s u m ie n d o 1 L de solución: D s . = l^ soluc'án V¥ «n ncinn m Sol = ( 1 ,5 ) (1 000)

m„

60 H alla ndo la m stD: m st0 = — (15 0 0 ) = 900 C a lc u la n d o la norm alidad:

msi0 n .° E q (st0) _ M e q sl0 Vso, 900 . N = 40J2_ = 45 eq _ g/L

2 ,5 kg H 20

R e e m p la za n d o en la e xpresión : nsoluto = (1 .5 4 )(2 ,5 ) = 3,8 5 m„ P e ro : n4ln = m =,„ = n„ln M M

m So! = 15 0 0 g

N =

nso'u'° m " 's o lv e n te

v % . ut-, — (m )m solvente

(3 ,85 )(4 6 ) = 1 7 7 ,1 g

30. Indique con

ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) res­ pecto a los coloides: I. S o n m e zc la s he tero gé ne as. II. Pre s e n ta n el efecto Tynd a ll. III. L a s partículas constituyentes son retenidos por una m e m b ra n a .

Resolución: D e las afirm aciones:

27.

C alc u la r el volum en de H 2S 0 4 concentrado de d en sid ad 1 ,8 4 g/cm 3, contenien do 9 8 % en m asa d e H 2S 0 4, para preparar un litro d e ácido sulfúrico al 1 m olar.

Verdadero L o s coloides son sistem as im puros y a d e m á s sus partículas dispersas son visibles, por lo que son m e zc la s he tero gé ne os.

II.

Resolución: Com o: M =

I

Verdadero Visualiza ció n del "efecto Tyndall".

nsr Luz

ns,D = (1 m o l - g / L ) ( 1 L ) n„,„ = 1 =

Reflexión

msto = 98 g

Msi

Coloide

Linterna

394

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Falso E l p eq u eñ o ta m a ñ o de las m icelas en un coloi­ d e perm ite que estos atraviesen m e m b ra n a s.

31. S e ñ a le la relación falsa, con respecto a los tipos de coloides. E s p u m a sólida II. Sol III. A e ro s o l IV. Em u ls ió n sólida V . A e ro s o l sólido

m alva visco s, pintura niebla m ayo n e sa hum o de tabaco

Resolución: T ip o s de coloides: Tip os

Eje m p lo s

E s p u m a sólida

M a lva visc o , m asm e lo , es­ ponja

Sol

Pintu ra, plasm a s a n g u ín e o , pastas

A e ro s o l

N ie b la , neblina, p ulve rizad o líquido.

Em u lsión Sólida

M antequilla, gelatina, clara de h ue vo .

A e ro s o l sólido

H u m o , polvo

L a m a y o n e sa corre spo nd e a una em ulsión liquida.

II. L a s partículas en un colide no precipitan debido al m ovim iento B ro w nia no . III. L o s aerosoles son coloides con m edio disper­ sante g a s e o so .

Resolución: I Verdadero E l efecto Tynd all es la reflexión de la lu z por las partículas coloidales, por esto p o d e m o s o bse r­ va r las partículas de polvo en el aire. II. Verdadero Ei p eq ueñ o ta m a ñ o y el m ovim iento continuo de las partículas coloidales (m ovim iento brow nlano) hace que no sedim ente. III. Verdadero L o s aerosoles son coloides d o n d e la fa se dis­ persante es g a se o s o . E jm : h u m o , niebla, etc. .-.

WV

34. A partir de la gráfica, indique cuales de las conclu­ siones son correctas: I. A l enfriar una solución saturada de la sal desde 50 ° C hasta 30 ° C se form an cristales. II. A 30 ° C se disuelven com pletam ente 45 g d e la sal en 200 m L de a gua . III. A l a gregar y agitar 65 g de sal en 12 5 m L de a gua a 50 ° C obte ndrem o s una solución satu­ rada.

32. Indique verdadero (V) o falso (F ) según corresponda:

, S (g Sal/100g H20 )

I.

L a s p rop ie d ad e s de un coloide son el efecto Tynd all y el m ovim iento Bro w niano . II. L a san gre , las cre m as, el hum o en el aire son ejem plos d e coloides. III. L o s coloides al igual que las soluciones p oseen las p rop ie d ad e s del efecto Tynd all y el m ovi­ m iento b row niano.

10

20

30

40

50

T (°C )

Resolución:

Resolución:

R e s p e c to a los coloides.

D e a cuerdo a la gráfica d e solubilidad (s):

I. Verdadero P re s e n ta n las caracteristicas: • Efecto Tyndall: reflexión de la luz en las micelas. • M o vim ien to brow niano: E n zig za g por colisión entre m icelas. II. Verdadero S o n ejem plos de coloides: • S a n g re (ag ua y plasm a) • C re m a (m a y o n e s a , e sp um a ) • Hum o III. Falso L a s soluciones por ser h o m o g é n e a s no p resen­ tan las características d e los coloides. .-. W F

33. Indique ve rd ad e ro (V) o falso ( F ) para cada una de las siguientes proposiciones: I.

E l efecto Tyndall es característico de los coloi­ des g a s e o s o s .

Correcto L a gráfica representa un proceso endotérm icc d e disolución, por lo que a um enta la solubilidac a um enta con la tem peratura y el enfriam ientc produce cristalización. Incorrecto A 30 ° C del gráfico: 2 0 g sto --------- 10 m L 40 g sto --------- 200 m L N o se p u e d e disolver 45 g de soluto ya que 40 g es el m áxim o .

Q

m

10 0 g H 20 -

m

395

III Verdadero E n a lgu nos coloides las m icelas están fo rm a ­ d o s por una sola m olécula (M acro m olécu la) en cual p ued e reflejar la luz. .-. F V V

10 m L

------ 12 5 m L

60 g N a 2S 0 4

■

culas d e polvo en el aire en m ovim iento errático (B ro w n ia n o)

Incorrecto A 50 °C del gráfico 40 g s t o

u ím ic a

16 0 g sol

200 g sol 6 0 (20 0 ) g N a 2S 0 4 160

37.

m = 75 g (m áxim o ) Si solo se disuelve 25 g la solución no está s a ­ turado. IV. V e rd ad e ro P o r ser el proceso de disolución exo térm ic o, un a u m ento en la tem peratura d ism inu ye la solubi­ lidad por lo que ocurre cristalización.

Resolución: R e s p e c to a los coloides: I. Incorrecto R e p re s e n ta n sistem as he te ro g é n e o s , ya que se pued e n distinguir a sus c o m p o n e n te s , p or lo q u e p resenta m ás d e una fase. II. Incorrecto E l diám etro de sus partículas se encuentra: 1n m < D 1000n m III. C orre cto D e a cuerdo al ta m a ñ o d e sus partículas (m ice­ las) p ueden ser:

35. Indique ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) a las siguientes proporciones: I. E n un aerosol la fase a paren te del coloide es gaseosa. II. A lg u n a s piedras preciosas com o el rubí y la e s­ m eralda son ejem plos de em ulsión sólida. III. El C 0 2 en el aire es un ejem plo d e un coloide g a s en g as.

Resolución: V e rd ad e ro L o s a ero soles com o el h u m o , niebla son coloi­ d e s de sólidos o líquidos dispersos en un g a s , por lo qu e su apariencia es g a s e o s a . II. Fa ls o L a s piedras preciosas com o: • Rubí • Es m e ra ld a S o n coloides del tipo sol sólido. III. Fals o Tod a m e zc la d e g a se s son soluciones, no coloi­

¿ C u á le s d e las siguientes p rop ie d ad e s co rre spo n­ den a coloides y no a soluciones? I. Pre se n ta n una sola fa se . II. D iám e tro a pro xim ad o d e partículas dispersas 1 nm . III. S o n translúcidos u o p a co s.

• O p a c o s (Efe c to Tyndall)

I.

d es ya que el sistem a es h o m o g é n e o . .-. V F F

36. Indique ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las siguientes proposiciones: I. E l m ovim iento brow niano se d eb e al m o vim ie n­ to cinético d e las partículas de la fase disper­ sante. II. El m ovim iento errático de las partículas de polvo en el aire se d eb e n al m ovim iento brow niano. III. E n algu nos casos es posible que partículas co nform a da s por una sola m olécula presenten el efecto Tynd a ll.

Resolución: I Falso E l m ovim iento "B ro w n ia n o ” está aso ciad o al m ovim iento de las partículas coloidales (fase dispersa)

II. Verdadero P o r acción de lu z se puede o b se rva r las partí­

• Translúcidos. P o r lo tanto, es correcto solo III. 38.

Indique com o ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) S e g ú n co ­ rresponda: I. El l2 es parcialm ente soluble en a g u a , deb id o a las fu e rza s interm oleculares. II. P a ra solutos sólidos o líquidos, cuyo s procesos de disolución son e nd otérm icos, la solubilidad a u m en ta con el increm ento de la tem peratura. III. P a ra solucionarse de g ase s en líquidos, a m a ­ yor presión, m ayo r solubilidad.

Resolución: I.

V e rd ad e ro E l l2 (Yo d o ) p ose e m oléculas apo la res, es par­ cialm ente soluble en a g u a , por las fu e rza s m o ­ leculares: H 20 : : : : : : : : : : : : : : l2 (Dipolo (Dipolo permanente) inducido) II. V e rd ad e ro Pro c e so de disolución endotérm ico d e sólidos y líquidos: S* S (dp) T S . Solubilidad

III. V e rd ad e ro P a ra los g ase s la solubilidad(s) es m ayo r cua nd o:

3 9 6

■

C o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

• A u m e n ta la presión • Dism in u ye la tem peratura, o VVV 3 9 .

1 8 V = 6 (2 ,5 ) -- V = 0 ,8 3 3 L = 833 m L V H)0 = 2500 - 833 V H,0 = 16 6 7 m L III.

Indique si las proposiciones son ve rd ad e ras (V ) o falsas (F ): I. L a s partículas coloidales son lo suficientem ente grand e s para reflejar la luz. II. L a s partículas coloidales p ueden sep a rarse por diálisis. III. L o s coloidales son sistem as h e tero gé n e os.

Verdadero Si la solución se calienta sobre los 32 ’ C , se fu nd e en su propia agua de cristalización for­ m a n d o una solución saturada y una fa se sólida d e sulfato de sodio.

.-. V V V

41 . Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones. I. L a s soluciones son dispersiones de una fa se. II. E l coloide es una m e zcla m icroh eterogénea. III. L a s partículas coloidales se pued e n separar con un papel filtro.

Resolución: I.

Verd ad e ro D e b id o al tam a ñ o d e las partículas coloidales (entre 1 y 1000 nm ) p ued e n reflejar la lu z, esto se conoce co m o el "efecto Tyndall" II. Fa ls o L a diálisis" perm ite purificar (no separar) los co ­ loides de e species io n iza d a s, u s a nd o m e m b ra ­ nas dia liza ntes. dichos iones lo a travie san pero no las partículas coloidales. III. Verd ad e ro Lo s coloides son sistem as m lcroh etero g éne o s, ya que sus co m p o n e n te s son o b s e rva bles con ciertos instrum entos. VFV

Resolución: I. Verdadero L a s soluciones son m e zcla s h o m o g é n e a s por lo que presentan una sola fa se , esto debido a q ue en el proceso de dispersión se llega al nivel a tóm ico y m olecular: II. Verdadero D e b id o al tam año de las partículas dispersas en los coloides, se consideran m ezclas heterogé­ neas a escala m icroscópica (m icroheterogénea). III. Falso La s partículas coloidales atraviesan el papel filtro. .-. W F

40.

A partir de los d atos de solubilidad del N a 2S 0 4 en función de la tem p eratu ra , indique ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) según co rre spo nd a:

I.

Tem peratura

20 ° C

40 °C

80 °C

N a 2S 0 4 S (g /100 g H 20 )

60

53

44

42. El e sta ñ o (S n ) y el o xíg e n o ( O ) se com binan para form a r dos ó xidos diferentes, uno contiene 7 8 ,9 % d e S n y el otro 8 8 ,1 % de S n , en p eso. C alc u la r el peso equivalente del S n en cada uno de los óxidos.

Resolución: •

(I)

L a disolución del N a 2S 0 4 en a g u a es un p roce­

S n + 0 2 — S n .O , (II) d o n d e : 8 8 ,1 % de S n ==> 1 1 ,9 % de Cb

Resolución: D a to s de solubilidad (S ) del N a 2S 0 4 en agua 20 ° C

40 °C

80 ° C

N a 2S 0 4 (g/100 g H 20 )

60

53

44

Verdadero S e o b se rva que la solubilidad dism inuye con la tem peratura por lo que el proceso de disolución e s exotérm ico.

Verdadero D e a cuerdo al cuadro a 20 ° C la solución I. se prepara por dilución de la solución II: (M V ) = (M V ) II

I

21,2 % 0 2

E q -g r S n = E q -g r 0 2 T o m a n d o 10 0 gr de óxido 7 8 ,8g _ 2 1 , 29g P e q (S n )l = 2 9 ,7 P e q (S n )

so exotérm ico. II. A 2 0 ° C , una solución de m asa 200 g que contie­ ne 25 g de N a 2S 0 4 es no saturada. III. A l calentar hasta 80 ° C , la solución anterior per­ mite precipitar cristales de N a 2S 0 4

T em peratura

S n + 0 2 -> S n ^ O ,; d o n d e : 7 8 ,8 % Sn

88 ,1 g _ 1 1 ,9 g

Poq(S n ) 4 3.

P U S n ) ,, = 5 9 ,2

D e las siguientes soluciones, ¿ C u á n ta s son ióni­ cas y cua ntas son m oleculares? I. Solución acuosa de yo d u ro d e potasio. II. Solución de alcohol etílico en agua. III. Solución de tetracloruro de carbono en éter etílico. IV. Á c id o clorhídrico.

Resolución: Tip o s de soluciones: A ) Iónicas C u a n d o el soluto se disocia en especies ióni­ ca s , estas soluciones cond ucen la electricidad (electrolitos):

Q

I. Kl a cuo so : (K IV. B)

y I )

Á c id o clorhídrico: H C I a cu o so : ( H 1 y C l )

M oleculares C u a n d o el soluto se dispersa hasta el grado m olecular, no conduce a la electricidad II. Alcoh ol ( C 2H g O H ) en H ,0 III.Tetracloruro de carbono (C C I4) en éter etílico, se tiene dos soluciones iónicas y dos m oleculares.

44. ¿ Q u é m asa de tiosulfato de sodio pentahidratado se necesita para preparar 500 m L de una disolu­ ción 0 ,2 0 0 N para el proceso. ¿S O '

- I, — . S ; 0 .

• 2' ?

46 g etanol rn 4 6 (10 0 0 )

■

540 g b en cen o.

1 000 g b en cen o.

Q[. , n

m = - E * ó - ^ 85’i 9 g L a m olaridad (M ) la hallam os de: M =

n .° m olesi stoi

\L

C o m o el etanol es el soluto: n .° m oles =

E

M

-

46

1

V „ - 5 7 .5 m L + 600 m L = 6 5 7 ,5 m L V sol = 0 .6 5 7 5 L M

Á r: N a = 23: S - 32: O = 16 ; H = 1 ; I = 1 2 7

Resolución:

— —

u i m .c a

1 0 .6 5 7 5

= 1.5 2

46. ¿ C u á n to s mililitros de una solución de concentra­

E i tiosulfato de sodio penhidratado: N a 2S 20 3 . S H .O (M = 248) Participa en el proceso: (+ 2 )

ción 10 0 m g C o 2 / m L se necesita para preparar 1 ,5 L de disolución contenien do 20 mg C o 2' / m L?

Resolución: ( + 2 .5 )

4o r + 2i

S e diluye una solución a cuo sa cu ya concentración (C ) es: C = 10 0 m g C o * 2/ m L

(N a 2S 20 3)

V = ? l) = 0,5(2) = 1

P a ra o bte n er una solución, d ón de : C = 20 m g C o " " / m L V = 1 ,5 L = 150 0 mL.

A d e m á s : V ¡ 500 m L = 0 ,5 L N = 0 .2 (0 = 1) = M = 0.2 n .° m oles = M V = 0 ,2 (0 ,5 ) = 0 ,1 Lu e g o reaccionan 0 ,1 mol d e N a 2S 20 3 (M = 158 ) m = 0 ,1 ( 1 5 8 ) = 1 5 ,8 g g N a 2S 20 . -------

m

■. m = 2 4 ,8 g

45.

.-. V , = 300 m L

47. U n a solución concentrada de ácido clorhídrico

15 8 g N a 2S 20 3 ---------- 248 g N a 2S 20 3 5 H 20 15 .8

S e cum ple: ( C V ) . = ( C V ) ¿ 1 0 0 V , = 2 0 (15 0 0 )

U n a disolución contiene 5 7 ,5 m L de etanol y 600 m L de b en cen o; ¿ C u á n to s g ram o s d e alcohol h a y en 1000 g de ben cen o? ¿ C u á l es la m olaridad de la disolución?

contiene 3 5 .2 % e n m as a del H C I y su d en sid ad es 1 .1 7 5 g /m L. C alcula r el vo lum e n en litros del ácido, necesario para preparar 3 litros de una solución 2 norm al. M a sa A tó m ic a : (Cl = 35 ,5 )

Resolución: M (H C I) = 36,5 H C I

\

D a to s : D c, Ha0H = 0 ,8 0 g/m L D c.H6 = 0 ,9 0 g/m L

Resolución: S e prepara una solución d e etanol (M = 46 ) en b en cen o, d ón de :

•

•

Etanol:

va = 1

C alc u le m o s la m asa del soluto (H C I) (E )

M =

n„

m

m a = D V = 0 .8 0 (5 7 ,5 ) m = 46 g

%m = 35,2%

Benceno:

N = M (1 )

E n to n c e s se tiene 3 L de H C I al 2 molar.

V = 5 7 ,5 m L D = 0 ,8 0 g/m L

V = 600 m L D = 0 ,9 0 g /m L

N - M va

M

Vn

2=

íw s)

= 219 g H C I

C alc u le m o s la m asa de la solución

m0 = 219 g

%m = Eli* (100)% mr 3 5 ,2

219

( 100 )

m , = 6 2 2 ,1 6 g

m = D V = 0,90(6 0 0 ) m t„„ = 540 g Lu e g o tene m o s de estas cantidades:

C alc u le m o s el vo lum e n de la solución D = 1 .1 7 5 g /m L m = 6 2 2 .1 6 g D

m/V

398

■

C

U

o l e c c ió n

1 ,1 7 5 = 6 2 2 U 6

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

v = 5 29 .5 m L

v = 0 ,5 3 L

Lu e g o serán necesarios 0 ,5 3 L d e ácido clorhídrico al 3 5 ,2 % en m asa .

II. U n a solución saturada de "x" a 7 0 CC contiene 18 g de soluto en 5 1.3 3 g d e solución. III. L a disolución a cuo sa d e "x" es exotérm ica.

48. S e d ese a preparar 15 0 mL de una solución 1/3M d e s a c aro sa, a partir de la m e zcla de otras d os so­ luciones de a zú c a r, una con 228 g de sacarosa por litro (I) y la otra con 5 7 g de sacarosa por litro (II). ¿ Q u é vo lum e n d e cada una d e las soluciones se d eb e rán tom ar para preparar la solución d e s e a d a ? D a to : m asa m olecular de la sac aro sa: 342

Resolución:

Resolución: D e a cuerdo al gráfico de solubilidad:

C álculo de la m olaridad de (I) m 228 n = n = = 0.6 mol-g 342 M M =

n_

M

M

V

= 0 6 m ol~9 ’ L

1

C álc u lo d e la m olaridad d e (II)

n m n = —

n =

M

M= n

M=

V

57

0 ,1 6 mol-g

342 0 ,16 1

■

0.16

"""

m ol-g L

A l m e zcla r las soluciones (i) y (II) los solutos se adicionan. nr M = —

n0 = M V n

n0(l) + n„ (II) = n0(T)

(M V „)I + (M V „) II = ( M V J T

V, + V„ = V ,

1' 0 .6 V , + 0 ,1 6 ( 0 ,1 5 - V ,) = ( -A J O ,15 V , = 15 0 m L

V T = 0 ,1 5 1 L

R e s o lvie n d o se tiene: V , = 0.050 L V „ = 0 ,1 0 0 L P o r lo tanto, se tiene 50 m L de (I) y 10 0 m L de (II).

49. ¿ C u á n to s g ram o s de a zú c a r d eberán disolverse en 60 g de a g u a para d ar una solución al 2 5 % ?

Resolución: E l a zú c a r es la sacaro sa ( C 12H 220 ,,) mn = m0+ me

m 0 = ¿?

m e = 60 g H 20

% m = 25% C alc u le m os la m asa de a zú c a r (soluto)

%m = — (100)% mn

2 5 % = — m-°. . U l0 0 )% m 0 + 60 m 0 + 60 = 4 m 0 m 0 = 20 g a zú c a r

%m = — ^ — (100)% m0+ me

1 = - J Ü £ — (4) m 0 + 60 60 = 3m 0

P o r lo tanto, se d e b e n disolver 20 g de a zúca r.

50. D e acue rdo al siguiente gráfico para la solubilidad d e la sustancia "x", señale las proposiciones que son correctas. 1. U n a solución a cu o sa de "x" a 20 ° C que contie­ ne 1 7 g de soluto en 50 g de b LO e s tá saturad a.

I.

Incorrecto A 20 °C : se tiene: 38 g x m

10 0 g H 20

-------- 50 g H 20

m = 19 g x C o m o la solución pose e solo 1 7 g, no está satu­ rada. II. C orre cto A 7 0 ° C : se tiene 54 g x ------ 10 0 g H ¿0 ------- 15 4 g sol m

------------------------------------ 5 1.3 3 g sol

m = 18 g x L a solución está saturad a. III. Incorrecto S e o b se rva del gráfico la proporcionalidad de la S y T: por lo que el proceso de disolución es endotérm ico. P o r lo tanto, es correcto solo II.

51. S e g ú n los datos d e solubilidad de K C I O , del gráfi­ co , indique la proposición incorrecta: I. C u a n d o se disuelve 50 d e K C I 0 3 en 300 g de a g u a a 50 ° C se obtiene una solución saturad a. II. E n 660 g d e solución saturada de K C I O , a 30 ° C , se hallan disueltas 60 g de K C I 0 3 III. Del gráfico m ostrado se d ed u ce que el proceso de disolución del K C I O , e s endotérm ico.

Q

Resolución:

Resolución:

P a ra el K C I 0 3 se tiene el gráfico de solubilidad:

Relación correcta:

u ím ic a

■

399

I. 1mg de NaCI en 100 mL de H20: L a cantidad de sal disuelta es m u y p e q u e ñ a , por lo que se produce una: "Soiución diluida"

I.

II. NaCI en agua E l N a C I es iónico, por io que al disolverse en el agua form a una "Solución iónica" III Azúcar en agua E n a zú c a r es una sustancia m olecular al disol­ verse en a g u a form a una: "Solución molecular" IV Hidrógeno el paladio E l paladio (m etal) poroso sirve co m o m edio de dispersión del g as H 2 , se form a una: "Solución sólida”

Incorrecto A 50 5C , se tiene: 18 g K C I 0 3 -------- 10 0 g H 20 -

m

300 g H 20

m = 54 g K C I 0 3 (m áxim o ) Si solo se disuelven 50 g de K C I 0 3 la soiución no se satura. II. C orre cto A 30 ° C ; se tiene: 10 g K C I 0 3 m

10 0 g H 20

660 g sol

P o r lo tanto, es incorrecto solo I. S e g ú n la clasificación d e las soluciones encontrar la relación a d e cu a d a. I. 1 ,0 m g de N a C I en 10 0 mi de agua. II. N a C I en a gu a . III. H id ro g e n o disuelta en a g u a . IV. H id ro g e n o disuelto en paladlo. V. A ire . a . Solución sólida b. Solución diluida c. Solución g ase osa d. Solución m olecular e . Solución iónica

®

53.

L a solubilidad del N a C I en a g u a a cierta tem p eratu­ ra tiene un valor de 39 g N a C I/ 10 0 g d e a g u a . C a l­ cule el porcentaje de N a C L en la m e zc la (en m asa)

Resolución: La solubilidad (s) del N a C I en agua a cierta tem p e ­ ratura es: S : 39 Lu e g o se cum ple: 39 g N a C I

10 0 g H 20 ------ 13 9 g sol

N o s piden hallar el % en m asa de N a C I: % NaCI = ^ - ( 1 0 0 )

Msol

# 10 0

% N a C I = ^ ( 1 0 0 ) = 28

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II) B ) G a s o lin a E ) Pisco

®

por ei tipo de partícula dispersa en la fase en:

¿Cuáles de los siguientes casos es un ejemplo de coloide? A ) A g u a con g as D ) A c e ite ve getal

Aire: C o rre s p o n d e a una m e zcla h o m o g é n e a g a s e o ­ sa. por lo que es una: "Solución g ase osa " .-. Ib, lie, llld. IVa y V e

11 0 g sol

---------------------------------

m = 60 g K C I 0 3 (sol saturad a). III. C orre cto El proceso de disolución es endotérm ico.

52.

V.

C ) M ayonesa

Resolución: Lo s coloides son sistem as micro heterogéneos form a­ m os por una fase dispersa y otra fase llam ada dispersan­ te. Lo s coloides tienen aspecto opaco o turbio a m enos q u e estén m uy diluidos. S e caracterizan por presentar el efecto Tyndall q u e es un fe n ó m e n o de dispersión de la luz provocado por el tam año de la partícula dispersa y por m ovim iento brow niano que es un m ovim iento aleato­ rio y estabiliza a la dispersión. Lo s coloides se clasifican

Fase dispersa

Fase dispersante

Coloide

Ejemplo Neblina

Líquido

Gas

Aerosol

Sólido

Gas

Aerosol sólido

Polvo

Gas

Líquido

Espuma

Espuma de afeitar

Líquido

Líquido

Emulsión

Mayonesa

Sólido

Líquido

Sol

Pinturas Piedra pómez

Gas

Sólido

Espuma sólida

Líquido

Sólido

Emulsión sólida Mantequilla

Sólido

Sólido

Sol sólido

Rubí

L a m a yo n e sa es una em ulsión Clave: C

400

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMA 2 (UNI 201 2 - 1) U n a fábrica d e reactivos quím icos ve n d e ácidos clorhí­ drico co n ce n trad o , H C I(a c ), con las siguientes especi­ ficaciones: m olalidad = 1 5 ,4 mol/kg d en sid ad = 1 ,1 8 g /m L Y a que es un producto controlado, la policía necesita sab e r cuál es su concentración, pero e xp re sa d o com o norm alidad (eq /L) ¿ Q u é valor de norm alidad le corres­

B ) 1 1 ,6 3 E ) 2 3 ,2 6

Clave: B

PROBLEMA 4 (UNI 2 01 2 - II) ¿ C u á n to s gram o s de hidróxido de potasio K O H , se necesitan para preparar 10 0 m L d e una solución de K O H (ac)1,O M ? M a s a s atóm icas: H = 1 ; O = 16 ; K = 39

ponde a este ácido? M a s a m olar H C I = 3 6 ,5 g/mol A ) 5 ,8 2 D ) 1 7 ,4 5

U n o de los factores que afectan a la solubilidad para solutos sólidos o líquidos es la tem p eratura, siendo m uy com ún que para el N a C I en H 20 su solubilidad aum enta con la tem peratura.

A ) 0 ,5 6 D ) 1 1 ,2 0

C ) 15 ,6 2

B ) 1 ,1 2 E ) 2 2 .4 0

Resolución:

Resolución:

E n la solución: a partir de los datos se tiene:

S e g ú n el problem a:

C ) 5 ,6 0

S T O : K O H => M F : 56 V S0L = 10 0 m L = 0 ,1 L HCI

/ 36,5 \ 15,4 mol —► 15,4 mol( — J= 562,1 g

H ,0

1 kg = 1000 g

M olaridad (M ) = 1 ,0 m ol/L De: _

"" m sol = 10 0 0 g

5 6 2 .1 g = 1 5 6 2 ,1 g < > 13 2 3 ,8 m L

a

£ |s t o

M = T fS

L a concentración m olar:

/ WvSTO S1 -

\,SOL

w

„

_.

W STC,

y n ST0 - = —

M s tc

\

1= p y p

W ST0 = 5 ,6 g

Clave: C

PROBLEMA 5 (UNI 2012 - II)

N = 1 1 ,6 3 E q / L

Clave: B

PROBLEMA 3 (UNI 201 2 - 1) L a solubilidad de una sustancia en un líquido d ep e n d e de la na tu raleza del soluto, del solve n te , d e la tem p era ­ tura y d e la presión, A l re specto, m arque la alternativa correcta. A ) L a solubilidad de los g ase s en los líquidos varía in versam en te con la presión parcial del g a s que se disuelve. B ) L a solubilidad d e N a C I en a g u a a u m e n ta conform e a u m e n ta la tem peratura. C ) L a solubilidad d e C 0 2 (g) dism inuye con el a u m e n ­ to de su presión sobre el liquido en el cual se di­ suelve. D ) Lo s cuerp os que al disolverse desarrollan calor son m e nos solubles en frío que en caliente. E ) L a s variaciones de la presión atm osféricas p rod u­ cen g rand e s cam bios en la solubilidad d e los sóli­ d os en los líquidos.

S e m e zc la n vo lú m e n e s iguales N a C I(acl0 ,3 M y C a C I2(ac) 0 ,5 M

A) D)

0 ,3 3 1.0 0

B ) 0 ,5 0 E ) 1 ,5 0

K C I(ac)0 ,2 M ,

C ) 0 ,7 5

Resolución: De: • 1 mol de K C I

produce ► 1 mol C l'

=> 0 ,2 H32! K C I ........................* 0 ,2 ^ •

1 mol de N a C I =* 0 ,3

c i1

produce» 1 mol C l1“

NaCI

» 0 ,3 2 ° ! c i ’ ~

1 mol de C a C I 2 P roduce,. 2 mol C l1 ' = 0 ,5

C a C I2 -

1 ^

CL

A l m e zcla r vo lú m e n e s iguales, se tiene: 0 .2 -t-u, + 0 .3o-t+ 1i .0 _ 1i,,5 rr* i1~l u, o n c r««i/i ic i Ifna. = -------------------= — = 0 ,5 m ol/L 1 + 1 + 1 3

Resolución: Solubilidad (s):

Clave: B

E s la m áxim a cantidad d e soluto q ue logra disolverse en una cantidad d ad a d e disolvente (generalm en te en 10 0 g de H 20 ) a una tem peratura d ete rm inada. o t -c

de

¿ C u á l es ia concentración final (en m ol/L) d e los iones cloruro ( C l - ) ?

.

=11’635? ;COm° ° HCI=1

_ gram os de soluto 1 0 0 g d e H 2O

PROBLEMA 6 (UNI 2 01 3 - 1) N u m e ro s o s b la nqu ea do re s para la vand ería contiene hipoclorito de sodio com o Ingrediente activo. E l cloro x, por ejem plo, contiene a p ro xim a d a m e n te 5 ,2 g de N a C I O p or 10 0 m L de solución. ¿ E n tre que va lores está

Q

u ím ic a

■

401

co m prend id a la concentración m olar d e la solución? M a s a s atóm icas: N a = 23 ; C L , = 3 5 ,5 ; 0 = 1 6 A) B) C) D) E)

m e nos d e 0 ,6 M entre 0 ,6 y 0 ,8 M entre 0 ,7 5 y 0 .9 2 M entre 0 ,9 2 y 1M m ás d e 1 M

Resolución: Hipoclorito d e sodio: N a C IO M a s a m olar: 7 4 ,5 g/mol M a s a d e soluto: 5 ,2 g de N a C IO V o lu m e n de solución: 10 0 m L

0,1 L

Masa molar=74,5 g/mol

M =

n 5t0

5 ,2 / 7 4 ,5

Vso„L,

0 ,1

M = 0 ,7 0 m ol/L P o r lo tanto , la m olaridad d e la solución se encuentra entre 0 ,6 M y 0 ,8 M .

Clave: B

4 0 2

■

C O L E C C I O N U N I C I F N C iA S a P 'E N S

PROBLEMAS

•D 1.

D eterm inar cuántas de ias siguientes afirm aciones son no incorrectas: I. U n a dispersión es el o rdenam iento de las partí­ culas de un cuerpo en el seno de otro. II. La s partículas que se o rdenan en una disper­ sión se den om in a fase dispersa. III. L a s dispersiones se p ueden clasificar de acuerdo al tam a ñ o de las partículas dispersas en so ­ luciones, coloides y susp ensiones IV. A las partículas dispersas por e je m p A en un co ­ loide se den om in a micelas V . E n una em ulsión el disperso y el disoersante son líquidos. A) 1

2.

B) 2

B) 1 3E ) 4

La dispersión de un líquido en un g as recibe el nombre común de: A) Sol C) Espuma El Aerosol liquido. 7.

8.

C e ro

B) 3

1 E)4

I. II y III So lo I

B ) I! y III E ) II! y IV

A) Solo I Di I v il 9.

C) 2

Sólido en g as: aerosol Sólido en sólido: sol sólido Líqu ido en líquido: em ulsión G a s en liquido: gel G a s en sólido: e sp u m a sólida

B)Solo i! E)I. II y III

C) S o lo III

Indicar cuántas proposiciones son no incorrectas: I. Una espuma es un sistema coloidal de un gas disperso eri un liquido. II. El efecto Tyndall se presenta en una solución. III. Cuando un coloide fluye libremente se d en om i­ na sol. IV. La tinta, las pinturas, la mayonesa son disper­ siones coloidales. V. El m ovim iento en zig za g que p ose en las coloi­ des se denom ina m ovim iento brow niano y es debido a este m ovimiento que los coloides tie­ nen estabilidad. A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

C) 2 1 0 . La crem a de afeitar es un coloide que se conoce corno espuma, resulta una dispersión de: I Sólido en gas II. Liquido en gas III. Líquido en líquido IV. Gas en líquido V. Sólido en liquido C> II !i¡ y IV

A continuación se señalar la fase dispersa y d is ­ persante respectivam en te ¿ Q u é den om in ación de coloides es incorrecta? A) B) C) D) E)

Determ inar cuántas de ias siguientes afirm aciones son no incorrectas: Tanto la solución como el coloide no sedim en­ tan por reposo. II. El coloide y la susoensicn dispersan la luz. ¡I!. La solución y la suspensión son sistemas ho­ mogéneos.

A) i 11.

5.

B) Una suspensión Di Una mezcla homogénea

I.

E) 5

Se ñ a ia r la relación correcta: I. N ie bla: gel II. H u m o : aerosol sólido III. M antequilla: em ulsión IV. C re m a batida: e spum a A) D)

B) Emulsión líquida Di Gel

Se denom ina solución a: A) Agua pura C) Un coloide E) Vapoi de agua

D e las proposiciones, señalar lo correcto I. A g u a con arcilla es un coloide. II. S e g ú n el tam a ño de las partículas dispersas suspensión coloide solución III. Lo s coloides se separan por filtración IV. La s soluciones no siem pre son m onofásicas es : A) D)

4 .

D) 4

Indicar cuántas de las proposiciones son no co ­ rrectas: I. El m ovim iento brow niano es el causan te de la estabilidad de los coloides. II. U n a solución abso rb e y un coloide refieja a luz en el efecto Tyndall III. E n un coloide la fase d'spersa p uede ser solida líquida o g a s e o s a . IV. E n un coloide una partícula dispersa puede te­ ner com o diám etro 300 nm . A) O D)

3.

C )3

PROPUESTOS

En en I. II. III. IV. v.

B) II

C) ¡II

D) IV

E) V

qué tipo de coloides el solvente se encuentra estado sólido: Sol sólido Espuma sólida Emulsión solida Ge: Aerosol

A ) ! y II II y III

B ) II y III E) Todos

C) III y IV

D ) I;

Q

12. A la dispersión de un líquido en un g as recibe el nom bre com ún de: A ) Sol C ) Em u ls ió n E ) A e ro s o l líquido

B) Gel D ) E s p u m a líquida

u ím ic a

■

403

2 1 . ¿ C u á n to s gram o s de una solución al 5 0 % en m asa de H 2S se d eb e n unir a 800 g de una solución al 1 0 % en m asa de H ,S para obte ner una nue va so ­ lución al 2 0 % en m asa de H ,S ? A ) 2 5 5 ,6 6 g D ) 2 8 8 ,6 6 g

B ) 26 6 ,6 6 g E ) 29 9 ,6 6 g

C ) 2 7 7 ,6 6 g

13. Indicar cuántos coloides existen: I. M antequilla II. Pintura III. Po tasio

IV .Q u e s o V. M a yo n e sa V I.H u m o s

A) 1 D) 4

B) 2

C) 3

22 . S e disuelven 14 g de N a C I en 86 g de H 20 . La con­ centración de la solución en porcentaje en m asa será: A ) 1 2 .3 % D ) 1 9 ,4 %

B) 14 % E ) 2 0 ,6 %

C ) 1 6 ,3 %

E) 5

23. ¿ C u á n to s g ram o s de ja b ó n se podrán disolver en 14. S e disuelven 7g de N a C I en 43 g de H 20 . L a con­ centración de la solución en porcentaje en m asa será: B) 14 % E ) 2 0 ,6 %

A ) 1 2 ,3 % D ) 1 9 ,4 %

C ) 1 6 .3 %

300 m L de agua para o bte ner una solución al 2 5 % en m asa? A ) 50 g D ) 200 g

B) 1 0 0 g E ) 250 g

C ) 15 0 g

24. Si 1 m L de una solución al 2 5 % en m asa contiene 15. C o n 20 ml_ de ácido nítrico a! 8 0 % ¿cuán to s m L d e ácido nítrico puro se prepararon? A ) 50 m L D ) 32 m L

B ) 15 m L E ) 12 m L

C )1 6 m L

0 ,4 5 8 g d e soluto. ¿ C u á l es la densidad de esta solución? A ) 1 ,7 6 g /m L D ) 1.8 3 g /m L

B) 1 ,4 3 g/m L E ) 2 .3 6 g/m L

C ) 2 .2 g/m L

16. U n a solución está co nform ada por 20 m L de alco­

25. ¿ C o n qué cantidad de agua habrá que diluir 50 g

hol puro y 60 g de a g u a . C alcular el porcentaje en volum en de esta solución.

de ácido nítrico al 6 0 % para obte ner una disolución que co nteng a un 20 % de ácido en m asa?

A ) 15 % D ) 30%

A ) 1 4 6 ,2 g D ) 2 0 .3 m L

B) 20% E ) 35%

C) 25%

B) 8 3 ,3 m L E ) 6 0 .2 g

C )1 0 0 g

17. E n una solución a cu o sa se tienen 8 0 % en volum en

26. ¿ Q u é cantidad de dos soluciones al 2 5 % y 1 5 % de

d e a g u a , determ inar el vo lum e n del soluto, si se tiene 4 0 L de a gu a .

ácido nítrico se deben m e zcla r para obte ner 1 kg de solución de ácido nítrico al 20 % ?

A ) 50 L D ) 20 L

A) 400 g y 600 g C ) 500 g y 500 g E ) 300 g y 70 0 g

B ) 40 L E ) 10 L

C ) 30 L

B ) 320 g y 680 g D ) 40 0 g y 70 0 g

18. ¿ C u á n to s gram os de una sal d eberán disolverse en 3 1 5 m L de agua para darnos una solución al 2 5 % , en m asa? A ) 10 0 g D) 115 g

B) 96 g E ) 10 g

C ) 10 5 g

27. Indicar qué volum en de agua se debe añadir a 100 m L de solución al 2 0 % en m asa de H 2S 0 4 (D = 1,0 8 g/m L) para obtenerla al 5 % . A ) 300 m L D ) 356 m L

B ) 332 m L E ) 360 m L

C ) 324 m L

19. ¿ C u á n to s litros de a gua d e b e m o s agre ga r a 80 L de una solución al 2 0 % en volum en de K C I, para obte ner otra solución al 1 2 % en volum en d e K C I? A ) 13 3 ,3 3 D ) 5 6 ,3 3

B ) 11 3 .3 3 E ) 5 3,33

C ) 9 8 ,3 3

20. S e unen dos soluciones cuyas concentraciones son del 2 0 % en m asa de N a O H y 5 % en m asa de N a O H ,- s e obtiene 12 0 0 g y una nueva solución al 1 5 % en m asa de N a O H . D e term inar la m asa de cada una de las soluciones iniciales. A ) 600 g y 600 g C ) 800 g y 400 g E ) 900 g y 300 g

B) 400 g y 800 g D) 700 g y 500 g

28. S e a ñ a d e 12 g de brom uro d e potasio puro (K B r) a 18 0 g de solución que contiene K B r al 1 0 % en m a sa . Hallar el tanto por ciento en m asa de K B r de la solución final. A ) 9 ,8 9 1 D ) 15 ,6 2 5

B ) 7 ,1 4 3 E ) 9 .3 7 3

C ) 1 0 ,4 1 6

29. ¿ Q u é m asa de agua se debe a gregar a 10 litros de una solución acuosa de N a O H al 4 0 % en m asa y d ensidad 1 ,8 g /m L para o btener una nue va solu­ ción al 10% en m asa? A) 21 kg D ) 14 kg

B) 42 kg E) 128 kg

C) 54 kg

4 0 4

ü

C o le c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

30. ¿ Q u é vo lu m e n d e a g u a se d eb e agre ga r a 20 litros

38. U n tipo de sistem a coloidal se form a con partículas

d e una solución a cuo sa de H N 0 3 al 4 0 % en m asa

coloidales sólidas en un m edio de susp ensión liqui­

y densidad 1 ,4 g /m L para o btener una nu e va solu­

d a. ¿ Q u é ejem plo le corresponde?

ción ai 10% en m asa?

A ) Sa l com ún disuelta en agua

A ) 21 L D ) 14 L

B ) 4 2 L. E ) 12 8 L

C ) 84 L

3 1 . ¿ Q u é concentración d e p e n d e de la tem peratura

B ) C a rb ó n en hierro fundido C ) Le c h e D ) C lara de hue vo E) Pinturas

dei sistem a?

39. U n o de los siguientes co m pu estos no se com porta

A ) Frac ció n m olar

com o un electrolito:

B ) Po rce ntaje en m asa C ) M olaiidad D ) N orm alidad E ) T o d a s d ep e n d e n d e la tem peratura 3 2 . ¿ C ó m o se prepara uria solución d e N a O H con una concentración 5M ? A ) 4 0 gram o s de N a O H en 5 m L d e solución. B ) 4 0 g de N a O H en 1 L de solución C ) 80 g de N a O H en 4000 m L d e solución D ) 10 0 g de N a O H en 0 ,5 L d e solución E ) 4 0 gram o s en lO O O .m L de agua 33. S e tiene una solución de K O H a! 2 8 % en m asa ¿ C u á l será ia concentración de una alícuota de 1 4 m L de esta solución? A) 14 % D) 50%

B) 28% E ) Falta n datos

C )4 2 %

B )15 0 m L E ) 300m L

C) 175 m L

35. Calcular la m a s a , en gram o s d e cloruro de calcio que se necesita para preparar 200 m L d e una s o ­ lución 2 N . m .A . (C a = 4 0 ; C l = 3 5,5). A ) 7 ,5 D ) 1 5 ,1

B ) 1 1 ,1 E ) 2 2 ,2

C ) 3 0 ,2

B ) Hierro y carbón D ) C o b re y cinc

3 7 . L a solución a cu o sa d e a zú c a r y glicerina no cond u­ ce la electricidad porque: A) B) C) D)

C ) H 2S 0 4

40. E n una em ulsión la fa se dispersa es un . . . y ¡a fase dispersante es u n ........... A ) líquido - líquido C ) sólido - liquido E ) g as - sólido

B ) sólido - gas D ) gas - liquido

41. 500 m L de a m o niaco m edidos a 76 5 m m H g y 2 0 °C fueron absorbidos en 76 0 m L de a g u a . A s u m ie n d o que el cam bio de vo lum e n es despreciable. ¿ C u á l es la norm alidad de la solución? M a sa m olecular: N H 3 = 1 7 A ) 0,0 0 9 D ) 0,0 5 6

B ) 0 ,0 1 4 E ) 0 ,0 8 4

C ) 0 ,0 2 8

soluciones: I.

4 g de a zú c a r con 10 0 m L de infusión de té.

II. 2 m L de H C I con 18 m L de H 20 III. 1 m Ld e aceite con 1 m L d e H 20 A ) I, II y III D ) II y MI

B ) I y III E ) I y I!

C ) III

43. Si se a ñ ad e 3 L de H C I 6 M a 2 L de H C I 1 ,5 M . H a ­ llar la norm alidad resultante, considerando que el vo lum e n final es 5 L . A ) 1 ,8 D ) 4 ,2

B ) 3 ,9 E ) 5,0

C ) 3 ,7

44. ¿ C u á l de los siguientes pares de co m pu estos se

36. El latón es una aleación de los siguientes elem entos: A ) C o b re y e staño C ) C o b re y crom o E ) E s ta ñ o y cinc

B ) ( N H 2)2C O E) K N 0 3

42. Determ ine cuáles d e las m e zcla s siguientes son

3 4 . ¿ Q u é vo lu m e n de solución 0 ,2 N de álcali se nece­ sitará para sed im e ntar en form a de F e ( O H )3todo el hierro contenido en 10 0 m L d e F e C I 3 0 ,5 N ? F e C i 3 + N a O H =* F e ( O H )3 + N a C I A ) 12 5 m L D ) 250 m L

A) NaCI D) K O H

S o n insolubles N o se disocian en el a gua N o se producen electrones libre S e neutralizan.

E ) F o rm a n co m pu estos estables.

ase m e jan al a gua com o solvente? A)

C H j O H y C 6H 6

C ) C C I 4 y C H 3O H

B ) C 6H 6 y C C I 4 D ) C H 3O H y N H 3l, ,

E ) N H 3(Li y C C I 4

45. S e hace reaccionar totalm ente 1 .2 L de H 2S 0 4 0 ,5 M con cobre metálico según la reacción: C uisi T Ellacl + S 0 4jacl — ► C u íac( + S 0 2(gl^- H 20 L a m asa de cobre metálico o xid a d o es: M a sa atóm ica: (C u = 6 3 ,5 ) A ) 1 4 ,2 g D ) 3 8 ,1 g

B ) 19 ,0 5 g E ) 7 6 ,2 g

C ) 2 7 ,6 g

Q u ím ic a

46. S a b ie n d o que una solución acuosa de hidróxido de sodio N a O H es 0 ,1 en fracción m olar. ¿ C u á n ­ tos gram o s de hidróxido de sodio hay en 50 ,5 g de dicha soiución? M a sa atóm ica: (N a = 23; 0 = 16 ; H = 1) A ) 5,0

B ) 4 ,0

C ) 1 0 ,0

D ) 1 ,0

K

4 0 5

D e term inar la m olaridad de la solución de A g N 0 3 , si la reacción se efectuó con un 8 5 % de eficiencia. M a sa atóm ica: (Ag = 108 ; O = 16 : N = 14 ; Z n = 65). A ) 0 ,1 8 5 M D ) 0 ,0 1 8 M

B) 0 ,1 7 4 M E ) 0,9 0 M

C ) 0 .0 1 7 M

E ) 4 0 ,0

52. C alcular el porcentaje en m asa de ácido fórm ico 47. L a ferm entación de m e zcla s naturales, com o el jugo de u va s , es un proceso relativam ente com ple­ jo; sin e m ba rgo es posible lograr una com prensión del fe n ó m e n o consid erand o la ferm entación de glucosa según la reacción. C 6H 12O e — ► 2 C 2H £O H + 2 C 0 2 ¿ C u á n to s gram os d e glucosa reaccionan para pro­ ducir 500 m L de solución de etanol 1 ,3 M ? A ) 5 8 ,5 D ) 3 2 ,5

B ) 14 ,9 5 E ) 4 6 ,0

C ) 3 0 ,0

48. D e las alternativas m encionadas a continuación, ¿ C u á l de ellas se p ued e clasificar com o coloide? A) B) C) D) E)

Soiución de sai com ún (N a C I) G a s o lin a Ge la tina Pisco Vidrio

( H C O O H ) en una solución 1 .1 m olar si la densidad de la solución es 1 ,0 1 2 g /m L. A) 3% D) 12 %

requiere a p ro xim ad a m en te 1 ,8 L d e ácido sulfúrico al 3 0 ,2 % en m asa (D = 1 .2 2 g /m L). ¿ C u á n ta s b ate ­ rias podrá preparar con una d am a jua na de 60 L de ácido sulfúrico al 9 6 % en m asa (D = 1 ,8 4 g /m L)? A ) M e n o s de 7 0 C ) En tre 90 y 11 0

5 1.

D ) En tre 11 0 y 14 0

E ) m ás de 14 0

¿ C u á n to s g ram o s de ácidoclorhídrico al 1 0 % se requieren, para que todo ei pigm ento contenido en 10 g de pintura, reaccione totalm ente con el ácido, seg ún la reacción Indicada?

I es solución de gas en sólido II es solución de sólido en liquido III es solución del líquido en sólido IV es solución de sólido en líquido V es solución de sólido en sólido.

T eniend o en cuenta las siguientes proposiciones: I. U n a m uestra d e una disolución 0 ,1 M (m o la r), que tiene un vo lum e n d e 0 ,5 litros contiene 0 ,2 mol de soluto. II. El co m po ne nte de una solución p resente en m e nor cantidad respecto del otro com po ne nte es llam ado soluto. NI. L a norm alidad e s el núm ero de e quivalente de soluto contenido en un litro de disolvente. Precise cuál de las alternativas incluye la(s) Prop osición(es) correcta(s): A ) I y II B ) I y III D ) S o la m en te ¡I E ) II y III

B ) En tre 7 0 y 90

54. U n a pintura contiene 6 3 % d e óxido férrico ( F e 20 3).

ferentes tipos de soluciones m e ncio na da s a con­ tinuación: I. H id róg e no en paladio II. A g u a de m ar III. Mercurio m etálico en plata (am a lg am a ) IV. C loruro de m agnesio V. A le a ció n de plata y cobre

50 .

C ) 8%

53. U n fabricante de baterias encuentra que su diseño

F e 20 ;, - H C I — . F e C L = H 20

49. Precise la proposición Incorrecta acerca d e los di­

A) B) C) D) E)

B) 5% E ) 15 %

C ) I, II y II

A l a gregar cinc a 250 m L de una solución de nitra­ to de plata A g N 0 3 , se sep a ró 4 ,0 g d e plata A g (s ) m etálica.

M a sa atóm ica: (F e = 56: O = 16 ; H = 1; Cl = 3 5,5). A ) 1 .4 4 D) 8 6 ,2

B) 1 4 ,4

C ) 8 ,6 2

E) 862

55. S e m e zcla n 500 m L de una solución de H 2S 0 4 al 1 5 ,9 % en m asa (D = 1 ,1 1 g /m L), con 500 m L d e otra solución de H 2S 0 4 (D = 1 ,8 2 g/m L) al 9 7 % en m asa. Calcular la m olaridad de la solución resultante. A ) 1 ,4 8 M D ) 9 ,9 0 M

B ) 4 ,9 5 M E ) 1 4 ,8M

C ) 7 .2 5 M

56. Indique cuál de las siguientes soluciones conduce m ejor la corriente eléctrica. A ) A g u a a zu c a ra d a . C ) K e ro s e n e E ) Ácidoacético

B ) Alcohol D ) Solución de N a C I

57. ¿ C u á l es el volum en d e hidróxido de calcio C a ( O H )2 0 .2 5 M , que se requiere para neutralizar una so­ lución de 50 m L de ácido nítrico H N 0 3 0 ,2 M ? L a ecuación de la reacción es: C a ( O H ) 2(ac, + H N 0 3(ac, — * A ) 0 ,0 4 L D ) 0 ,0 1 L

B ) 0 ,0 2 L E ) 0 ,0 3 L

C a í N O );

+ H 20 (l)

C ) 0,08 L

58. S e m e zcla una solución de ácido fosfórico al 1 0 % en a gua (D = 1 ,0 7 8 g /m L) con una solución 5 ,1 N del m ism o ácido, en la proporción de 1: 2 en vo lu­ m en. C alcule la m olaridad de la m e zcla resultante.

406

■

C

U

o l e c c ió n

A ) 1 ,7 M D ) 1 ,5M

n ic ie n c ia

S

B) 1 ,1 M E ) 4 ,4 M

a p ie n s

C ) 2 .8 M

62. S e a la curva de solubilidad de una sustancia X en función de la tem peratura.

59. S a b ie n d o que la solubilidad se define com o la m áxim a cantidad d e sustancia que se disuelve en cada 100 g ram o s d e agua a una determ inada tem ­ peratura. De term ine la m áxim a m olaridad de una solución d e C u S 0 4 a 2 0 ° C , si a ñad im o s 18 2 gra­ m os de sulfato cúprico pentahidratado en 500 m L de a g u a , d o n d e el volum en de la solución resulta ser 600 m L . Solubilidad a 20 °C es de 2 9 ,8 8 g de sulfato cúprico pentahidratado por 100 gram os de a gua . A ) 0 .6 M D ) 0 ,7 M

B )1M E ) 0 .8 9 M

De term ine ¿ C u á n to s gram o s de X se disuelve com o m áxim o en 600 gram o s de agua a una tem ­ peratura de 60 °C ?

A ) 2 1 0 ,8 g D ) 1 9 1 ,1 g

C ) 1 .2 1 6 M

60. S e tiene los siguientes datos sobre la solubilidad

B ) 5 16 g E ) 16 5 g

C ) 156 g

63. ¿ Q u é m olaridad d eb e ría tener un litro de solución de K M n O ., para que reaccione con 3 0 ,4 g de F e S 0 4 en solución: seg ún la ecuación

de cierta sustancia: T °C

20

30

40

70

80

5 F e 2’ + M n O ., + 8 F T — ► 5 F e 3 + M n 2' + 4 H 20

S g/100 m L a gua

10

20

30

60

65

m .A .fM n = 5 4 ,9 : F e H = 1 ; K = 3 9 ,1 )

Si se tiene g de esta y se disuelven en 100 g de agua a 60 “C y luego sq deja enfría hasta 35 °C . ¿ C u á n to s gram o s de esta sustancia cristalizaran? A ) 20 D) 8

B ) 18 C ) 15 E ) N o cristaliza nada

A ) 0 .0 2 M D ) 0 .2 0 M

55.8 : S = 3 2 ,1 ; O = 16;

B ) 0 .0 4 M E) 1M

C ) 0 .1 2 M

64. ¿ C u á n to s litros de dióxido d e carbono ( C 0 2) a

61. S e la curva d e solubilidad de una sustancia X . ¿ C u á n to s g ram o s co m o m áxim o se disolverán de la sustancia X para 600 m L de a g u a , a la tem p era ­ tura de 60 °C ? D a to : D H2O ' : 0 ,9 g /m L (T = 60 °C )

condiciones norm ales de presión y tem peratura se producirán cua nd o se trata de un e xc eso de N a 2C 0 3(sl con 15 0 r n L d e ácido clorhidrico 2 N ? L a ecuación quím ica del proceso es: N a 2C O , (s) + H C I,ac¡ — ► N a C liac, i- C 0 2(g) + H 2O m m .A : N a = 23; C = 12 ; O = 16 ; H = 1; Cl = 35,5 A ) 0 ,3

(\ 1 009 g Xagua- )I

B) 1,6 8

C ) 2 ,2 4

D ) 3 ,3 6

E ) 6 ,7 2

39

65. D e term inar la m olaridad de una solución de cloru­

28

ro de sodio N a C I, que se obtiene cua nd o se hace reaccionar 10 0 rn Ld e hidróxido de sodio N a O H lsc),

20

0 ,2 5 M con 15 0 m L d e ácido clorhídrico H C I(ac) 0 .5 M , asu m ien do que el volum en de m e zc la se 40

A ) 1 5 1 ,2 D ) 1 3 1 ,6

1. E 2. B 3. D 4. C 5. D 6. E 7. D

B ) 168 E ) 1 4 1 ,7

60

70

19 . E

11. D 12 . E

20 . C 21 . B 22 . B

E C C C E

8. D 9. C

18 . C

23. B 24. D 25. C 26 . C 27. C

m antiene a 250 m L. A ) 0 ,1 0M D ) 0 ,4 0 M

C ) 18 6 ,6

10. D

13 . 14 . 15 . 16 . 17,

T(“C)

28. C 29 . C 30. C 3 1. D 32. D 33. B 34. D 35. E 36. D

37. B 38. E 39. B 40. A 4 1. C 42. E 43. D 44. D 45. D

B) 0 .2 0 M E ) 0 .5 0 M

46. C 47. A 48. C 49. D 50. D 5 1. B

55. D 56. D 5 7. B 58. D 59. B 60. B

52. B 53. E 54. D

6 1. A 6 2. A 63. B

C ) 0 .3 0 M

64. D 65. A

Cinética química Equilibrio químico

Cl O

i

ü

Henry Louis Le Chátelier (París. 8 de octubre de 1850-MiribeIles-EchelIes, 17 de septiembre de 1936) fue un famoso químico francés. Es conocido por su prin­ cipio de los equilibrios químicos, también llamado «principio de Le CháteIier».A pesar cié su for­ mación como ingeniero pretirió seguir una carrera de profesor investigador en Química. En 1 9 0 8 fue profesor de Química en ía Universidad de París y desde 1914 hasta 1918 trabajo para el Ministe­ rio de Armamento. Realizo estu­ dios termodinámicos y observó el calor específico de los gases a altas temperaturas mediante el empleo de un pirómetro óptico. Además, fomentó la aplicación de la química en la industria y llegó a ser una eminencia en metalurgia, cementos, cerámica, cristales, combustibles y explosivos. En 1887 fue elegido como jefe del departamento de Química General en L'École de Mines de París, puesto que desempeñó hasta su retiro. Luego, en 1888 formuló un principio según el cual el equilibrio en una reacción química se encuentra condicionado por los factores externos que lo desplazan hasta contrarrestar los cambios producidos. Le Chátelier desconocía que estas con­ clusiones fueron anticipadas por el físico norteamericano 1. W Gibbs y las publicó en ía «Ley de estabilidad dei equilibrio químico», actualmente conocida con el nombre de principio de Le Chátelier. Fuente: Wifeipedia

408

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

<1 CINÉTICA QUÍMICA E s la parte de la quím ica que estudia las ve lo cid a de s de las reacciones quím icas.

sum e 3 mol d e B (3 ve lo cid a de s) y se form a 2 mol de C (2 ve locid ades) -A [A ] , At

Velocidad de una reacción (v) N o s indica la ra p id e z con que d e sa p a re ce n los co m ­ puestos reaccionantes o a p arecen los productos d e la reacción.

vc = f VB

’

Vo — 3 va

—

L a s cantidades d e las sustancias se e xp re s a n en co n­ centración o m olaridad.

m

3v a = v B = ^ v c

[ ] = ü.

mol

(M olaridad) L e y ...

AN

mol L m in

At

1 ; 3; 2

3

C oncentración

C oeficientes e stequiom étricos

S e o xida el a m o niaco ( N H 3) y se produce g as nitrógeno y va p o r ( H 20 ) . S e o b se rva que la velocidad del N H 2 es

20

( - ) : Si es reactante

mol Lm in '

( + ): Si es producto

Ejemplo: S e a la reacción:

1 A + 1B -

1C

Calcular:

P a ra A :

a.

At

At

E n la reacción irán d esa pa re cie nd o las sustancias reaccionantes, lo q u e determ inará q ue la velocidad de reacción v a y a d is m inu ye nd o hasta llegar a anularse al d e sa pa re cer la sustancia. 1B

t 5 min

[A l,

[B ]

t 8 min

[A L

[B ]

, (velocidad neta)

R e s o lu c ió n :

E n el transcurso d e las reacciones varían las cantidades d e sustancias reaccionantes con respecto al tiem po.

1A

v 0.

b.

[A ]t - I a ! _ A [A ]

R x n oxidación:

A[A]

At

At

[B]2 - [B],

A[B]

At

At

v o, ,

= *c

°2

3 =

T4 V NH , ■ = V N»3

...( a )

t (20)

mol Lm in

A [C ] = H— -

[C ]-[C ] ---------------

At

v

Rxn

= 20 = A

4

mo1

Lm in

Factores que alteran la velocidad de una reac­ ción N a tu r a le z a d e lo s re a c ta n te s . L o s e lem entos y c o m ­ puesto s p ose en fu e rza s específicas dep e ndien te s de su estructura atóm ica que determ inan su tendencia a reaccionar.

P ro d u c to s :

S e a la reacción:

6 H ,0

se form a

R e a c ta n te s :

At

«02

nh3

1“

En a .

0

2N2

P o r la ley d e v R

[C L

P u e d e n ser:

Vr =

-

mol V NH = 20 . . NHí Lm in

1C

co nsu m e n

[A]2- [A^ _

4NH, + 30,

F 2+ H 2 — *

© rá p id o

l2 + H 2 — *

© le n ta

F : es m ás activo

L o s del g rupo IA so n m ás activos que el IIA. ■

1 A + 3B — * 2 C

Significado: P o r 1 mol de A q u e se co n su m e (1 ve lo cid ad) se con­

C o n c e n tr a c ió n . C u a n d o exista una m ayo r concentra­ ción se origina un m a y o r contacto entre las sustancias q ue re accio nan , de tal m an era que existirá tam bién una m a y o r velocidad d e reacción.

Q

■

409

tura la velocidad de reacción se duplica. A 10 ° C — * Velocidad se duplica (2 V )

Ejem plo: Q u e m a r C con 0 2. j— Su sta ncia que perm ite la com bustión

Ejem plo: La reacción: F e (s¡ + 0 2(g, — ► F e 20 3

1 . C + 0 2 — ► Re a cció n m ás rápida

A 10 ° C se desarrolla con una velocidad v ,. ¿ C u á l es la velocidad a 40 °C ?

9 8 % puro 2. C + aire

u ím ic a

Resolución:

— ► Re a cció n lenta

I02], > [o2]„ ti ^

^ R xír

L a influencia de la concentración en la velocidad de reacción lo determ ina la ley de acción d e m a s a s , de G u ld b e rg y W a a g e que dice: La velocidad de una reacción quím ica es directam ente proporcional al producto de las concentraciones d e las sustancias reaccionantes e le va d a s a sus respectivos coeficientes estequiom étricos. S e a la R x n :

v.

Tiempo

V,

t

20 °

2 v,

t/2

4 v,

t/4

O

^R xn ^

i)

°c 10°

O CO

20% 0 2

40°

►

8 v,

t/8

Superficie de los reactantes. E s condición indispen­ sable para que ha ya com binación, que las partículas de los reaccionantes entren en contacto íntim o, que haya ch oq ue m olecular; p or lo tanto, cuanto m ás divididas se hallen las sustancias, m ayo r será la posibilidad a reali­ za rs e el ch oq u e entre sus partículas. O b s e rv e m o s cóm o se presenta el reactante

a A + bB — » cC a , b , c: Coeficientes estequiom étricos v Rxn = k [ A l " [B ]■'

... G u ld b e rg y W a a g e Rxn:

O rd e n d e la reacción = a + |f D o n d e u y |i se determ inan con m ediciones e xp e rim e n ­ tales. P o r sim plicidad se hace: ”

Lenta

Rápida

menos superficie en contacto

más superficie en contacto

El e stado de m áxim a división de la m ateria es el g a s e o ­ so. en el que las m oléculas se m u e ve n librem ente en

3 l reacción elem ental

p = b j

el recipiente que las contiene y por ello será la m áxim a probabilidad de que ha ya ch oq ue entre las m oléculas

v rxn = k l A ] a[ B l b

reaccionantes. k: constante específica d e la reacción Rxn:

Ejem plo

1 . A + B — - — - Prod uctos v = k [A ] ‘ [ B ] 1 ...o rd e n : 2 Rxn

Fe + H 2 — * 2 H F

Cl2 + H 2 — . 2 H C I 0 2 + 2 H 2 — ► 2 H 20

2.

A + 2B —- —v = k [A ][B ]2

Prod uctos ...o rd e n : 3 Rxn

Temperatura. L a o bservación experim ental m uestra q u e el au m en to d e tem peratura se traduce en un a u ­ m ento en la velocidad de reacción y que el d es ce n so en a quella, determ ina que la velocidad dism inuya. El efecto producido por la variación de tem peratura es específico para cada reacción, los m ism os a um ento s de tem peratura no producen iguales variaciones en reacciones distintas. E n general: por cada 10 ° C de increm ento de tem p era ­

E n los tres c a so s, la reacción es tan rápida y se d e s­ prende tal cantidad de calor in stantáneam ente que p u e ­ de ha b er exp lo sió n.

Catalizador. S o n sustancias quím icas que influyen en la velocidad de reacción (catálisis). El tipo y la cantidad de ca ta lizad o r d e p e n d e n de la reac­ ción quím ica. El ca ta lizad o r p erm anece inalterable en la reacción,

a.

Catalizador positivo. O sim plem ente catalizador, acelera la velocidad d e reacción y esto se logra dism inu ye nd o la energía d e activación del sistem a.

410

■

C o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

Ejem plo:

a) 2 N O ,g) f C l2(g)

KCIO3 _.MnPó. KCI + | o 2

b) C a C O ,!s,

H20 2

a) v Rln = k l N O I 1[C l2] b) C a C O ,,v :

— -

► 2 N O C ..... C a O ,s, + C 0 2(gl

Resolución:

b.

1 K' ■ HjO + lo ,

Catalizador negativo (inhibidor). E s aquel cata­

I

lizador qu e retarda la velocidad d e una reacción, esto se logra a u m e n ta n d o la energía de activación del sistem a.

v = k lC a C O l 2.

Ejem plo: Ni

S u [ I casi no va ría .

L =1 .-. v = k

¿ C ó m o cam biará la velocidad de la R x n : 2N0,_. + 0 2;gl 2 N 0 ,, Si el vo lum e n del recipiente en que se produce dis­ m inuye 3 ve ce s.

Resolución: V ' - k [ N O l zI O J

...( a )

V 2 = k [ N O l 2[ 0 2l,

...(V /3 )

V :' = k ( 3 lN O I 2( 3 lO ; l) V' - 2 7 k lN O H O . I

v.-. V 2 = 2 7 V" 3.

E n el sistem a C O ;ol + ^^(g) — C O C I 2(g), la c o n ­ mol centración del C O a um enta d esd e 0 ,0 3 hasta y la del cloro d esd e 0,02 hasta 0,06

0.12 L a s reacciones quím icas que tienen lugar en pro­ c esos vitales son ca ta lizad o s por sustancias que se llam an e n zim a s o ferm entos.

... (crecerá 2 7 ve ce s)

¿ C u á n ta s veces aum enta la velocidad directa?

Resolución: P o r la ley de G u ld b e rg -W a a g e : v R,„ = k l C O l t C L l

Ejem plo:

R e e m p la za n d o :

Hidrólisis d e la urea es ca talizad a por el ferm ento ureasa.

v , = k (0 ,0 3 )(0 .0 2 ) v, - k (0 .12 )(0 .0 6 )

C O ( N H 2)2 + H 20

^ g g - s- i ~

C 0 2+ 2NH,

Catálisis homogénea. E s una reacción que se lleva a cabo en presencia de un ca ta lizad o r que se encuentra en el m ism o esta do físico que las sustancias participan­ tes.

■

4.

lív.

(crece 12 ve ce s)

12

Hallar el valor d e la constante especifica de la ve lo ­ cidad d e la reacción: A - B — ► AB Si para las concentraciones de las sustancias A y B son ¡guales a 0,0 5 y 0 ,0 1

respectivam ente. La

E jem plo: n o

2 S 0 2(gl + 0 2(g,

2!

velocidad de la reacción es igual a 5 x 10 2 rno' L min

2 S 0 , gl

Resolución: T IC I ,ac) + 2 C e C I„ (acl

- M n C -lü “ i •

T I C I3(ac) ,,„ , + 2 C e C I ,

Catálisis heterogénea. C u a n d o el ca ta lizad o r no se

[A l = 0,0 5 m ol/L

, = 5 x 10

mol L m in

IB I - 0 ,0 1 m ol/L

e ncuentra en el m ism o e stado físico que los reaccio­ nantes.

P o r la ley de acción de m a s a s v Rl„ = k [A llB )

Ejem plo

k = 2 S 0 2(g) + 0 2!g) m n n 2 u 2(acl

Mn

0 2(s,

V °

---------------------------------- -

i_i q n 2 °m

2 S O ,,„ ,

4-

+

J_n 2

2191

Apliaciones: 1.

Es c rib ir la ley d e acción de m a s a s d e las reac-

v rx| A ][ B]

5 > 10 (0 ,0 5 ) ( 0 ,0 1 )

k = 0,1

<4 EQUILIBRIO QUIMICO E s una condición term odinám ica a lc a n za d a por un sis­ tem a ; cua nd o dentro de él están ocurriendo sim ultánea­ m ente dos reacciones o pue stas (reacción reversible) y con la m ism a velocidad de reacción. A l a lc a n za r esta condición p erm ane cen constantes las p ropiedades del

Q u ím ic a

■

411

sistem a co m o: concentración, presión, entalp ia, tem p eratura, etc. U n a v e z que el equilibrio se establece, las c o n ­ centraciones de reactantes y productos no ca m bian , esto no significa q ue dejen de reaccionar por el contrario el equilibrio es un sistem a dinám ico porque ¡os reactantes están continuam ente reaccionando para gene ra r prod uc­ tos, y estos últimos reaccionan para volver a g ene rar los reactantes. S o lo que estos dos p rocesos se llevan a cabo a la m ism a velocidad. S e a la reacción quím ica reversible: aA

l

^ ^

^ inicio

^ cambio

-a x

1

' i final equilibrio'

=

cC

-b x X 03

O

t

bB B

< O O

0

+

A

T ie m p o

c ;

+

D

0

O

+-dx

-e x

- bx

C ),

dD

c

+

ex

c l; +

dx

G rá fic a m e n te , un sistem a en equilibrio se reconoce usualm ente así:

L a constante de equilibrio puede e xp re sarse g ene ral­ m ente:

En términos de concentración Kc -

Observación: L o s equilibrios quím icos se dan solo en sistem as reversibles y g eneralm en te en sistem as cerrados. L a existencia del equilibrio es uno de los m otivos del porqué la eficiencia de una reacción no ilega al

En términos de presión

KP = < * m > :

[C r lD r [A f[B f

(PA)a(PB)b

D o n d e 1 1: 1 1: concentración m olar 1i 1: n M L )

Donde: P : Presión parcial d e i

Kc: C o n sid e ra a g ases (g) y e species en solución acuosa (ac)

Kp : C o n s id e ra solo a e species g a s e o sa s (g)

P X P , ;i

Relación entre Kp y Kc

100% .

Kp = K c ( R T ) '1'

La constante de equilibrio Keq: Es ta e s una propiedad term odinám ica de todo siste­ m a de reacción reversible que nos indica el grado de a va n c e o conversión que tienen los reactantes hasta el m o m e nto que se llega al equilibrio. Es ta propiedad se d ed u ce de la ley de acción de m asa s propuesta por G u ld b e r g -W a a g e en 18 6 4 . d on de se sostiene que la relación entre las concentraciones de los reactivos y p roductos en el equilibrio es constante. S e a la reacción reversible: a A + bB

vd = vi

Donde: R = 0 ,0 82 L mol ': T: Tem p era tura absoluta (Kelvin ) Xn = -

Coeficiente producto gaseoso

-

Coeficiente reactantes gaseosos ■

Generalm ente por com odidad, la constante de equilibrio se escribe en unidades. La constante de equilibrio solo es función de la temperatura, por lo que al indicar su valor también deberá indicarse la temperatura a la que ha sido medida.

cC + dD

L e y de acción de m asa s: velocidad directa (vd ): vd = K d l A ] a l B l b ; velocidad Inversa (vi): vi = K i( C Io [ D i 1 E n el equilibrio se cum ple: vd = vi K d l A ] 3[ B ] b = K i[ C ] c [D]a A una tem peratura d a d a , la constante de equilibrio lK e q 1 se define así:

Ejem plos: 1.

De d u cir la expresión K c: K p y relacionarlos para:

412

■

C o l e c c ió n

Kc =

U n ic ie n c ia S a p ie n s

[N H 3

[N2][H2]

O b te n d re m o s para esta reacción global una nueva constante de equilibrio K ’ , que se relaciona con la co n s­

( * nh3)

Kd =

PnUÍR-c)3

tante de equilibrio anterior según: An = 2 -

2.

D e d u cir la e xpresión K c : K p y relacionarlos para el siguiente sistem a hetero gé ne o en equilibrio: "i" 6 C C2(g). Kc =

4PCU,

[PCIg]4

1

[CI2f[P4]

[C i2]f

Kc

1

(PCI2f

K p = K c (R T )

=> An = 0 - ( 6 + 0)

Alteración de un sistema en equilibrio Principio de Le Chátelier: C u a n d o a un sistem a que se encuentra en equilibrio se le aplica una fu e rza de tensión e xte rn a , este se d e s p la za en un sentido (directo - ) o (inverso —) de tal m an era que contrarresta dicha tensión aplicada, retornando así al equilibrio bajo un n u e vo conjunto de condiciones. F u e r za d e tensión: concentración, tem peratura y p re­ sión (si An es diferente d e cero).

Observación: G ra d o de disociación (a¡)

K = K .K ,

K p = K c (R T )

(3 + 1) =

= n.» pierde Q n * inicial @

1

Efecto de la concentración: a.

A l a gre ga r reactante o producto, el sistem a se d e s­ p la za en el sentido contrario (donde se encuentra la sustancia a g re g a d a).

b.

Propiedades de la constante de equilibrio

A l retirar reactante o p roducto, el sistem a se d e s­ p la za en ¡a dirección d o n d e se encuentra la su stan ­ cia retirada.

a.

S o lo es función de la tem peratura; por ello cuando se Indica la K e q para una reacción tam bién se indi­ ca la tem peratura.

N , + 3H , = 2N H ,

b.

S u m agnitud nos indica la predom inancia d e reac­ tantes o productos en la m e zcla en equilibrio. K e q » 1 : Equilibrio d e s p la za d o a la derecha (pre­ dom inan los productos) K e q « 1 : Equilibrio d e s p la za d o a la izquierda (pre­ dom inan los reactantes)

C u a n d o tod as las especies están en la m ism a fa se físi­ ca el equilibrio se den om in a h o m o g é n e o . E n caso co n­ trario se d en om in ará equilibrio he tero gé ne o.

c.

L a expresión de la constante de equilibrio solo d e ­ p end e d e la estequiom etria de la reacción, no de su m e can ism o. P o r lo tanto, a una m ism a te m p e ra ­ tura. S e a la R x n en equilibrio: A + B = C D icha reacción p o s e e una constante de equilibrio q u e d en om in are m os K . Lu e g o si a tem peratura constante: I. A l invertir la reacción: C = A + B: O b te n d re m o s para esta reacción una nue va constante de equilibrio K ', que se relaciona con la constante d e equilibrio anterior seg ú n :

D e s p la za m ie n to

D e s p la za m ie n to

1 [ N 2]

-

U N 2]

-

! [ H 2]

-

í [ H 2]

-

1 [ N H 2I

-

I Í N H 2]

-

Observación: Efe c to de a gregar m ás N 2 NH,

tiem po

Efecto de la presión: S o lo para sistem as con An 4 0

K’ = Al multiplicar por “n” la reacción: n A + n B = rC O b te n d re m o s para esta reacción una nueva constante d e equilibrio K ’ , que se relaciona con la constante de equilibrio anterior seg ún: K' = (K )n

a.

U n a u m e n to d e presión d e s p la za al sistem a h a ­ cia el sen tido q u e p ro d u zc a un m e n o r n ú m e ro de m o l-g .

b.

U n a distribución de presión d e sp la za al sistem a hacia el sentido que p ro d u zc a un m ayo r núm ero d e m ol-g.

A l su m a r dos reacciones cuya s constantes de equilibrio son K , y K 2 respectivam ente: A + B = C C = D + E :

K, K2

P o r global: A + B = D + E

cr

D e sp la za m ie n to del equilibrio

N2+ 3H2

2NH3

tP

4 m o l- g

2 m o l- g

¡P

—

Q u ím ic a

■

413

Observación:

son 0 ,6 y las m oles de d o ro son 0,4 según la ecua­

Efe cto de aum enta r presión

ción: C O C I 2lg, — C O ,,,, + C l ,,,

Resolución:

co,.

Cl,,,

0,8

0,6

0 ,4

2

2

2

C O C I, Eq u il.

v Kc =

Efecto de la temperatura: a. b.

D e s p la za m ie n to del equilibrio -

: T

-

0 ,4

[C O C L]

Kc = 0 ,1 5 m ol/L

U n a um ento de tem peratura favo rec e la reacción endotérm ica. Dism inución de tem peratura favo rece la reacción exotérm ica N 2 + 3H^ =■ 2 N H , + 9 2 ,6 kj \H = - 9 2 ,6 kJ

! T

| C O ]} C I 2] _ ( 0 ,3 1 (0 .2 )

Kp

í tI

Observación:

Pa ra el siguiente sistem a en equilibrio, determ inar K p y K c , si las presiones parciales son : H l: 1 ,2 atm : H 2: 0 ,8 atm ; i2: 0 ,8 atm 2H I

~ P2:g) + I,,,,

Resolución:

Ph, (Ph,.)2

Kp

P H = 0 .8 atm P = 0.8 atm K

P

=

|

(1 -2 )

A n = (1 + 1 ) - (2) = 0

De: Kp = K c (R T )M

Efe c to d e aum enta r T

P,.

P H, = 1 ,2 atm

An = 0

Kp = Kc = | E n un autoclave de 2 litros se coloca una m e zcla de fierro y agua el autoclave se cierra y se callenta a 1000 °C. a lc a n za n d o el equilibrio; luego el análi­ sis dio com o resultado q ue contiene 4 g de hidró­ g eno y 3,6 g de a g u a . Si la reacción de equilibrio fue:

Al agregar un catalizador a un sistema en equilibrio, este no se altera porque la reacción directa e inversa se modifican en la misma proporción.

3 F e , + 4 H 20 (v, =■ F e .,0 4lS| + 4 H 2(gl Hallar Kc.

Resolución: V: 2 L

E n el equilibrio: 3 F e isJ

Ejemplos: 1.

+ 4 H 20 (vl

Peso:

3 ,6 g

n (m oles):

3 ,6 18

E n el equilibrio del siguiente sistem a: A g

+

2 B . •• C lg

La s concentraciones: IA ] = 0 .6 m ol/L IB I = 0 .5 m ol/L IC J = 0,3 m ol/L Hallar Kc.

g' Equilibrio Kc 2

_

[C l

[A]|B¡‘

0,6

2 B ,.„ -

C ,g

0,5

0,3

(0 ,3 ) __

(0.6)(0,5/

. Kc

Determ inar K c para un sistema en equilibrio que tiene un volum en de 2 litros, las m oles de fosgeno I C O C I ,) son 0.8: las m oles de m onóxido de carbono

0,2

=

=

[ H2

[H2of

! oTí )

F e 3O ivl

+ 4H2ig) 4g

0,2

Kc =

Resolución:

-

0,1

4

=2 = 1

K c = 10 4

SI K c = 49 a una tem peratura d e 500 ° C para el sistem a g as e o so : H ,, , + l21J) -

2 H I(g,

Si en un va s o de 1 litro se introduce 1 mol de H 2 y 1 mol de l2 y se cierra hasta a lc a n za r el equilibrio a 500 ° C . D e term inar la concentración del yod uro de hidrógeno en equilibrio.

414

■

C

U

o l e c c ió n

S

n íc ie n c ia

a p ie n s

Resolución:

K p = Kc

V = 1 L

K c = 49

M o ie s ^ -^ -^

H 2(gl

+

Inicial

1

1

Reaccionan

X

X

Equilibrio

1 -

—

2¡g)

C

1

3.

[H lf

Kc =

49

LH2][IE 49

7

Im

mol

Resolución:

4

Reaccionan

x

Equilibrio

2 H C I,g,

4

Resolución:

2x

4 - x

4 - x

2x

(2) - (1 + 1) 0

An

An

Inlclalm ente reaccionan 1 mol de C O y 1 mol de va p o r d e a g u a . De term in ar la constante d e equili­ brio K c a 2 7 ° C , sab ien d o que en el equilibrio han reaccionado el 6 0 % de va p o r d e a g u a . El vo lum e n total es de 6 litros. C O (n, + h 2o (v C 0 2(g)+ H 2(g)

4

8

0

X

3x

2x

4 - x

Inicial Reaccionan (60% ) Equilibrio

^ 2 3 (v)

1 m

(v 0 ,4

1 m

(1) 0 ,4

— C 0 2ig) 4- H 2,gl

0

0

2x

Da to equilibrio: N H 2: 2x = 4 re e m p la za n d o :

INJ = 2 m o l. L

'

[ N H 3]2 [ N 2]|H 2f

m o l.

[H , ( 4 )2 ( 2 )(2 ) 1

RESUELTOS

fN H -J = 4 M L

Kc = 1

L2 m o l2

Q>

de H 2 y 2 mol de N H 3. De term inar la constante de equilibrio Kc; sab iend o q ue en equilibrio han q u e ­ d ad o 2 m oles de N 2 y el vo lum e n total e s 1 litro.

Resolución: V = 1 L Moies''^

3 0 ( gj +

2NH3

3 H 2(g)

Inicial

Resolución: V = 6 L

L

Reaccionan

Kc =

PROBLEMAS

'Q

N 2;a!

Moíes~'~--~^

0

x

K p = K c (R T )A n

1.

—

N H „ g,

X CO

Inicial

H2(g)

/

V = 1 L

Equilibrio +

V

= 2 mol

co

Kp = 4 S e a la reacción: C l 2(g>

/\

Si al llegar al equilibrio se obtiene 4 m oles d e a m o ­ niaco. Calcular K c para el equilibrio g a s e o s o .

Si se tiene inicialm ente 4 m oles de H 2 y 4 m oles de C l 2 para fo rm ar cioruro de hidrógeno. De term inar cuántas m oles de hidrógeno existe en equilibrio, si K p = 4 a 10 0 0 K.

_M o i e s '^ '\ ^

V

E n un recipiente de 1 litro se han introducido 4 m oles de nitrógeno y 8 m oles de hidrógeno, para efectuar la siguiente reacción: N 2(g, + H (2r¡) =

l-*L 1-x

/ 4 - x \/ 4 - x \

*

=> x = 2 m oles H 2iEqu.ll = 4 - 2

2x

X

(t )

P IÑ

2x

1 -

X

[H C I ]2

Kc

2 H I(g)

N 21g!

+

3 H 2(g,

=

2 N H 3(g)

Inicial

8

22

2

Re a ccio n a n

x

3x

2x

8 - x

22 - 3x

2 + 2x

Equilibrio

° ’6

a6

8 - x = 2 = x = 6 mol

0 ,6

0,6

R e e m p la za n d o : /1 4 \

Q

3.

V = 1 L M o le s ^ -—

Resolución:

Inicial

NO.

Re a ccio n a n 6 0 % ( H 3B 0 3)

n

M

= n = 0.5

92

415

Resolución:

E n un recipiente de 200 cm se colocan 46 g de tetraóxido de nitrógeno, si al calentarlo se disocia en un 8 0 % en dióxido d e nitrógeno. Calcular la co n s­ tante de equilibrio.

m = 46 g; _ a M = 92

■

u ím ic a

Equilibrio

C 3H 80 3 + H 3B 0 3 =

És te r

x

0.1

0

0,06

0,06

0,06

x - 0 ,0 6

0 ,0 4

0,06

Fo rm a x : m oles a ñad id a s de ( C 3H 80 3) ^Ñyioíes

—

^

N ; 0 . í _;

—

2 N 0 2(gl

•

n = M V = 0 ,1 ( 1 ) = 0 ,1 m oles ( H 3B 0 3)

•

R e a c c ió n : 6 0 % (0 .1 ) = 0 ,0 6 m oles ( H 3B 0 3)

Inicia!

0 5

0

Rxn 80%

0 .4

0.8

Equilibrio

/0,06 w0,18 0 Kc

08

0,1

Disocia: 8 0 % (0 ,5 ) = 0 ,4 N 20 .

|N02]2

1

A

1

)

= 0.9

- 0,06 w0.04 A

1

,

P e s o = nM = 1,7 m o le s (92 = 15 6 ,4 g \ mol I

6.

mol

L a fracción m olar de los g ase s A y B es 0 ,2 para cada uno en el equilibrio. De term inar K c y K p se ­ gún la ecuación:

E n un recipiente se tiene H 2, y o d o y yoduro de hidrógeno en equilibrio d e tal m an era que la pre­ sión total es 2 atm . Hallar la constante de equilibrio K p , si en el equilibrio la presión parcial del H 2 es 0 ,4 atm y la del yod o es 0 .4 atm .

Resolución: 2 atm

X P, = P T

t = 2 7 °C

<0 ‘

x

1

i 0,2

I

4.

[alcohol ]¡ ácido]

x = 1 ,7 m oles ( C 3H 80 3)

(M ) 10.2 K c = 32

I

V - 200 c m ’ = 0 ,2 L

/ 0,8

Kc

[éster ][ H 20 ]3

Resolución: E n el equilibrio se encuentran los 3 c o m po ne ntes: S fm , = 1 ...( « )

P, = f m ,P T

...(( 1) A j . + Bit,

=

^2 C^ 'n

D e ...(« .)

fm, (equil.)

0,2

0.2

0.6

D e ...()))

P. (equil.)

0 .2 P T

0 .2 P T

0.6 P ,

«P =

Q P ’.oig:

An = 0

Com o 5.

A n = 0 => K p = K c

, = Kp = 9 =» K c = 9

La glicerina ( C 3H a0 3) reacciona con el ( H 3B O ¿ ) d and o un éster seg ún la reacción: C FLO ,

H .B O ,,. =

C .H . B O

(1,2)‘ (P h J ( P 3)

( 0 ,4 j(0 ,4 )

Kp = 9

E n la reacción:

K p = K c ( R T ) 'r ... (y) rArB i----------------------------

R e e m p la za n d o : K p =

Kp

C C I 3C O O H (|, — C C I 3C O O C 5H „ (()

C alcula r K x , si a 100 ° C reaccionan 2 ,1 5 m oles de p enteno y 1 mol de ácido para producir 0 ,7 6 m oles de éster.

Resolución: ácido

x 3H O

la constante de equilibrio K c es 0 ,9 . ¿ C u á n ta s m o ­ les de glicerina, d eb e rán añadirse a un litro d e una disolución 0 ,1 M d e ácido bórico, para que el 6 0 % del ácido bórico se convierta en el éster? S u p o n g a que la adición de la glicerina no a um enta el vo lu­ m en de la disolución. ¿ A cuántos gram o s de glice­ rina corresponden las m oles a ñadidas?

'M o I e s '\ Iniciales

C5H,olg, x- CC CCOH 2,15 0,76

0,76

Equil.

1,39

0,24

2,39

ffm, = — ni nT

CCI3COOC5H11l|,

1

Reacc.

nT

—

0 consumen > - producen

^ ’ 0,76

416

■

C

KX :

o l e c c ió n

U

fm 4„ fm fm

0 ,7 6 2 ,3 9 1 .3 9 W 0 ,2 4 2 .3 9 2 ,3 9

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

D e la reacción: C ...

2 ,4 kg

94 kcal E

11. Ten ien d o en cuenta el siguiente d ia gra m a, indicar

K x = 5 ,4

8.

emiie ______

E = 1 8 ,3 kcal

A

penteno ácido

12 k g

P a ra la reacción: S (s, + 2 C O ,g) — S 0 2!gl + 2 C (s) A una d ete rm inada tem p eratura , calcular el valor d e K p , si en un frasco que contiene a zu fre sólido en e xc e s o se introduce gas C O a una presión de 2,00 atm y al final se o bse rva una presión d e equi­ librio en el sistem a de 1 ,0 5 atm .

ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) , según co rre spo nd a para la reacción directa.

Resolución: 'presiórTparCiaf~-^ S,S) + 2C O (g, Inicial

P¡(atm )

0

2x

X

2 - 2x

X

0,1

0 ,95

R e a ccio n a n Eq u il P = 1 ,0 5

S02(s) + 2 C

_

2

1,0 5 = (2 - 2x) + x => x = 0 ,9 5 a t m 0 ,9 5

Kp= (P e o )2

I. L a energía de activación es 18 4 k j II. L a entalpia de la reacción es 1 7 1 kJ III. L a energía d e la reacción es - 1 3 k j

Resolución: D e acuerdo al d iagram a d e reacción quím ica:

= 95

(0 .1 )2

K p = 95 atm 1

9.

P a ra la siguiente reacción: 2 A + B

• 2 C . Si la v e mol ¿cuál

locidad de reacción respecto a A es 6

e s la velocidad respecto al producto C ?

Resolución: v Rx„A = v A = 6

mol Ls

I

Condición:

2 t_ V C = VA 10 .

.-.v c = 6 M

E n la siguiente reacción, la velocidad de form ación del C 0 2 es 10

Falso L a energía de activación (a) es la e nerg ía que d eb e n a bso rb er los reactantes hasta el punto m áxim o : E A = a = 1 7 1 kJ

a 80 ° C . ¿ C u á l e s la veloci­

dad de la reacción a 10 0 ° C ? , ¿cuál e s la energía absorbida o em itido p or el co n su m e d e 2 ,4 kg de carbón?

II. Falso A l tratarse de un p roceso e xo térm ico, se libera energ ía : A H = - C = - 1 3 kJ III. Falso D e b id o a que H = - 13 k J , la e n erg ía del proce­ so es 13 k J (liberado)

12. Indicar la proposición(es) incorrecta(s). c ,s , + 0 2(9) —

►c o 2

A H = -9 4

kcal mol

Resolución: P o r c a d a A 1 0 ° C ----- 1 la velocidad se duplica. T °C

v rn .

80,

10

10°

90'

100

v co. : a 10 0 ° C

20 40

: 40

Ls

a 10 0 ° C

I.

C u a n to m ayo r e s la energía de activación de una reacción, m e nor es la fracción d e colisio­ nes y m ás lenta la reacción. II. A l estado interm edio transitorio entre el estado d e los productos y reactantes de una reacción, se le llama e sta d o de transición y a la especie hipotética, com plejo activado. III. L a velocidad de una reacción d ep e n d e del pro­ ducto de la frecuencia de colisión y la fracción d e estas m oléculas activadas.

Q

u ím ic a

■

417

Resolución: R e s p e c to a las proposiciones:

Keq -

P ro^ uctos reactantes

I. Verdadero L a energía de activación es la barrera que deben superar los reactantes para formar los productos, por lo que si es m ayor al valor, la v Rx„ es lenta. II. Verdadero E l punto límite (m á xim o ) de activación de los reactantes gene ra una especie interm edia lla­ m a d a com plejo a ctivado.

III. Verdadero D e a cuerdo a la teoría de las colisiones, la ve lo ­ cidad d e reacción d ep e n d e de: • Frec u en cia de colisiones. • Frac ció n d e m oléculas activadas.

13. ¿ C u á l de las siguientes características co rre spo n­ de I. II. III.

a un sistem a en equilibrio? E s e sp o n tá n e a . L a reacción no se detiene, L a concentración d e cada una de las su s tan ­ cias se m antiene constante.

Resolución: D e las afirm aciones:

I. Verdadero E l equilibrio quím ico se a lc a n za en una reac­ ción reversible por la tendencia a la estabilidad, p or lo que ocurre d e form a e sp o n tá n e a . II. Verdadero T o d o equilibrio quím ico es un sistem a dinám ico, ya qu e en ningún m o m e n to la R x n se detiene. III. Verdadero U n a v e z a lc a n za d o el equilibrio las concentra­ ciones de los reactantes y productos se m antie­ nen constantes.

14. Indicar si las proposiciones son ve rd ad e ras (V ) o falsas ( F ) . I. L a constante de equilibrio evalúa la tendencia a la form ación de productos. II. L a constante de equilibrio se e xp re sa en unida­ d e s d e concentración m olar (mol/litro).

Resolución: R e s p e c to a las proposiciones: I. V e rd ad e ro D e a cuerdo a la e xpresión de la constante de equilibrio.

S u va lo r nos d a una idea del curso que tom ó la reacción. Keq > 1 — ► K e q < 1 «— V e rd ad e ro L a constante de velocidad de reacción d e la cual d ep e n d e la constante de equilibrio es afec­ tada por la tem peratura. K = Ae

Ec u a c ió n de Arrh enius.

III. V e rd ad e ro L a constante de equilibrio se p ued e e xp re s ar com o: K c: com plem e ntac ion es (m ol/L) K p : presiones (atm ) 1 5 . R e sp e c to a la constante d e equilibrio de una reac­ ción, indicar la proposición ve rd a d e ra (V ) o falsa ( F ) seg ún co rre spo nd a. I. L a constante K c se e xp re sa usand o las co n ce n ­ traciones en el equilibrio. II. P a ra reacciones reversibles h e te ro g é n e a s, la constante de equilibrio K p p u e d e exp re sarse en función de las presiones parciales de reactan­ tes y productos en fa se g a s e o s a . III. Si K c > 1 significa que el equilibro se establece c u a n d o la m ayoría de reactivos se transform a en productos.

Resolución: D e acuerdo a los enunciad o s: I. Verdadero L a s exp re sion es d e constante d e equilibrio (K c y K p ) e xp re s a n cantid ad es (m olaridades y pre­ siones) una v e z a lc a n za d o el equilibrio. II. V e rd ad e ro P a ra equilibrios he te ro g é n e o s , las constantes K c y K p solo e xp re san a los g a s e s , sustancias disueltas, pero no a sólidos o líquidos p uros; en el caso d e K p , solo g a s e s . III. V e rd ad e ro S e cum ple: K c > 1 (— ►) se form a gran cantidad d e pro­ d uctos.

16. Indicar cuál d e las siguientes proposiciones es in­ correcta: I. U n a reacción reversible involucra dos reacciones. II. E l e stado del equilibrio quím ico es dinám ico. III. E n el equilibrio de una reacción reversible hay igual concentración de productos que de reactantes. IV. P a ra que se alcance el equilibrio quím ico las ve lo cid a de s d e la reacción Inversa d eb e n ser iguales. V . E n el e stado d e equilibrio quím ico no varían las p rop ied ad es del sistem a.

418

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Equilibrio quím ico: es el estado particular que al­ c a n za de form a esp ontánea una reacción química

Si la concentración inicial del N ,0 4 era de 0 ,0 8 m ol/L y para el m o m e nto de llegar al equilibrio se ha disociado el 5 0 % de N 20 4.

reversible, cuando:

Resolución:

Resolución:

S e tiene N 20 4 0.08 M , el cual se disocia en 5 0 % , por lo que la parte disociada es: Adem ás: • E s un sistem a dinám ico (la R x n no se detiene).

[ N 2C 4] = 0 . 0 8 M ( ^ ) = 0 ,0 4 M

•

D e acuerdo al equilibrio: N 20 4(g, =

M u c h a s p ropiedades del sistem a no va ria n.

•

L a s concentraciones se m antienen co nstante s, su valor no ne cesariam ente es igual. . . E s incorrecto III.

[

[ N 0 2¡ = 0,0 8 M

equilibrio quím ico: E s te es estable.

Resolución: R e s p e c to al equilibrio quím ico:

I. Verdadero A l desarrollarse de form a e sp o n tá n e a , su te n ­ dencia es a lc a n za r un sistem a estable. II. Verdadero N o requiere de un agente e xte rno para a lca n za r esta condición, lo logra en un tiem po finito.

20.

18. A ciertas condiciones de presión y tem peratura la constante de equilibrio (K c) para el proceso si­ guiente es “a". A gí +

2 <~> 2 ig l

~

A A n

D e term inar la constante de equilibrio (K c) para el proceso a las m ism as condiciones: 2 H 20 , g, — 2 H z..,j -i- 0 2lgl

Resolución: A ciertas condiciones de P y T se tiene el equilibrio: A(g> +

Kc =

2

^

219)

—

H 20 (g)

[ H 20 ] [ h 2| [ o 2]1'

( 0 ,0 8 )

(0 ,0 4 ) lA A T ” —

0 ,1 6

A B (n), la constante de P a ra la reacción A ,gl + equilibrio es igual a 20 a 55 ° C . ¿ C u á l es el grado de conversión de A si se m e zcla n 3 m oles de A con 2 m oles de B en un recipiente de 1 litro?

Resolución: K c para el equilibrio siguiente es 20: A B lg; (2 - x ) (x) ......f"" “E _

A|g) + B |g n: (3 - x)

III Falso E s te e sta d o se a lc a n za a una tem peratura defi­ nida y co nstante , su m odificación alteró el siste­ m a.

[ N O 2]2

Kc =

II. S e establece en form a e sp o n tá n e a . III. E s independiente de la presión y tem peratura.

2 N 0 2igi

2 x 0 ,0 4

[ N 2C 4I = 0 ,0 4 M

17. Indicar ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) en relación con el I.

Je q (0 ,0 8 - 0 ,0 4 )

kc =

[A B ] [A ][B ]

(3 - x )(2 - x)

R e s o lvie n d o : x = 1 ,9 1 E l grado de conversión respecto al reactivo A es: x 1 .9 1 n „. a = 3 = — = 0 ,6 4

21. El equilibrio entre S 0 2(gl: 0 2(gl y S O , 3, es im portan­ te en la producción de ácido sulfúrico cu a n d o se introduce una m uestra d e 0 ,0 2 mol de S 0 3 en un recipiente de 52 L a 900 K en el que se ha hecho el va c ío , se encuentra que en el equilibrio h a y pre­ sen te s 0 ,0 1 4 2 mol de S O ,. ¿ C u á l es el valor del grad o de reacción?

Resolución: E n el equilibrio siguiente: 2 S O 218) 2 S O ,(g, — 0 2,

2x

]eq ( 0.02 - 2 x)

N o s piden determ inar el valor de K c para el sistem a: 2 H 20 (g) 2ig) 3) -— 2 H 2, s + C l ,,: Kc

[ H 2f | Q 2] [ H 2O f

S e o b s e rva qu e esta expresión es la inversa d e la anterior, a d e m á s d e estar e levad a al cua d rad o : Kc = - i = a 2 a

19.

Hallar la constante d e equilibrio de la reacción: N ,0 4lnl -= 2NO 2

C o m o en el equilibrio se tiene 0 ,0 1 4 2 mol d e S O , (0 ,0 2 - 2x) = 0 ,0 1 4 2 2 x =1 5.8 x 10 3 x = 2 ,9 x 1 0 ~3 E l grado de disociación (a ) o reacción es:

2x Ci 5 ,8 x 1 0 0 ,0 2

C i: concentración inicial del S O ,

0,29

Q

2 2 . C alcu la r el núm ero de g ram o s de Hl fo rm a d o s al m e zcla r 508 g de l2 y 6 g d e H 2 en un recipiente de 1 L y a una tem peratura de 4 4 3 ° C . E l K c a esta tem peratura es 50. M (l2) = 25 4 .

Resolución: H alla ndo las m oles Iniciales de l2 y H 2: _ 508 M 254

n“

A n a liza n d o en la reacción: H 2(g) + l2(g) — inicio: 3 mol 2 mol ava n c e : x x equilibrio: (3 - x) (2 - x) S e a el K c : K c =

(2 x f (3 - x ) (2 - x

[H l]2

[ H 2][l2]

N 20 4 y 0 ,1 m oles de N 0 2, a una determ inada te m ­ peratura, e stableciéndose el siguiente equilibrio: N 2O j(

1.

2 2 H !(g) — — 2x

Resolución: S e g ú n los d a to s, a n a liza m o s en la reacción: ^ 2 ^ 4 (9 )

50(6 -- 5x +

=

2 N 0 2;g,

0,1 mol

X

—

0 ,5 - x

0,1 + 2x

a )

0,3 0 ,1 + 2 x = 0 ,3 « Kc

En to n c e s : nHlformad

W - [ N 20 4]

x = 0,1 ( 0 .3 )2

( 0 ,5 - 0 ,1 )

0 ,2 2 5

D e las afirm aciones: I. C orrecto II. C orrecto III. Fa ls o

250 + /73 0 0 92 3 15 7

_ 250 ± 8 5 ,4 4 X 92

(im posible)

1 ,7 8 8 m_Hi = 2x M

= 2 ( 1 ,7 8 8 ) =

4 5 7 ,7 2 8 g

D o s am igos que están prep a ránd o se para ingresar a la U N I , encuentran que para el sistem a g as e o so en equilibrio: H 2 + l2 — 2 H I, K p a um enta con un a um ento de tem peratura. E n to n c e s , ellos concluyen que: I1

0 ,5 mol

inicio: a va n c e : equilibrio:

2 (4 6 )

23.

E l valor de la constante d e equilibrio es 0 ,2 2 5

III. R e a ccio n a n 0 ,4 m oles de N 20 4 inicial.

__ - ( - 2 0 0 ) ± [ C ~ 2 5 0 f - 4 ( 4 6 K 3 0 Ó )

^

=* 2 N O ,,2(g)

II. L a concentración del N 20 4 en el equilibrio es 0 ,4 M .

=> 0 = 300 - 25 0 x + 4 6 x 2

.. „ X "

419

24. E n un recipiente de 1 litro se m e zcla n 0 ,5 m oles de

= 50

50 => 4 x :

■

Si la concentración final d e N 0 2 en el equilibrio es 0 .3 M , ¿cuál(es) de !a(s) siguiente(s) afirm ación(es) e s(so n ) correcta(s)?

Hjfg) + ^2lgl — 2 H I(IJ,

n -Ü lü i "2" M " 2 "

u ím ic a

25. C ó m o cam biaría la velocidad de la reacción 2 N 0 2!gi, si el vo lum e n del reci2 N O lg) + 0 2(g) píente en q ue se realiza la reacción dism inuye has­ ta la tercera parte.

Resolución: P a ra la reacción elem ental: O 2 ' ■2 N O 2(g) 2NO„ L e y de velocidad: V Rvn

= K [ N O ] 2[O j]

D a to s iniciales: [N O ] = x { . v Rxn - K (x ) 2(y)

f02] = y ] '

K K Pn “- p2P^ “ ET

H■ 12

II. L a reacción es exotérm ica III. L a reacción es endotérm ica IV. K p es adim ensional es(so n ) correcta(s):

Si el vo lum e n del recipiente se reduce a la tercera parte, las concentraciones se triplican: [ N O ] = 3x | V Rxn K (3 x ) 2(3y) [ 0 2] = 3y V Rsn = 2 7 K x 2y

Resolución: A n a liza n d o las proposiciones: I.

Incorrecto E l K p =

S e o b se rva que la velocidad a um enta hasta 2 7 v e ­ ces su valor.

(Phi)2

II. Incorrecto. De! d ato se sab e que la constante de equilibrio a u m enta al au m en ta r la tem p era ­ tura; esto se cum ple para una reacción en d otér­ m ica. III. Correcto. IV. Correcto.

26. Indique ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) a las proposicio­ nes siguientes: I.

El catalizador disminuye la entalpia de la reacción.

II. N o todos los ch oq ues interm oleculares d e los reactivos originan productos. III. L a s reacciones lentas tienen m ayo r e nerg ía de activación que las reacciones rápidas.

420

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Correcto L a energía de activación ( E A ) es la energía a b ­ sorbida d esd e los reactantes al punto del c o m ­ plejo activado: E A = 3 1 2 ,4 - 10 5 ,2 = 2 0 7 ,2 kJ III. Correcto L a reacción directa e inversa p oseen igual calor de reacción pero d e signo o puesto: A H = - 1 7 5 kJ IV. Incorrecto S e o b se rva q ue la reacción directa es e nd otér­ mica por lo que abso rb e energ ía. V . Correcto E l proceso inverso pose e m enor e nerg ía de ac­ tivación ( E A ) , ya que los reactantes son: A y B . E A = 3 1 2 ,4 - 2 8 0 ,2 = 3 2 ,2 kJ E s incorrecto: D

Resolución: R e s p e c to a las reacciones quím icas:

I.

Falso Lo s ca ta lizad o res son sustancias quím icas que m odifican la e nerg ía de activación, pero no el calor de reacción, es decir: A H

II Verdadero L a form ación de productos implica la ruptura y form ación de e nla ce s, esto se logra m ediante los ch oq u es m oleculares, pero solo de aquellas m oléculas de energía y orientación a d e c u a d a . III Verdadero L a velocidad de ias reacciones con valor de la energía d e activación ( E A ) ; cum plen: V R,„ ( I P ) E A A m ayo r “ E A " la reacción es m ás lenta. FVV

27. D e acuerdo a la siguiente gráfica, para la reacción AB — * A + B E p = e nerg ia potencial (k J)

28.

A continuación se p roponen d atos cinéticos para la reacción: 2 H g C I 2 + C 20 42 — 2 C I“ + 2 C O , + H g 2C L E x p e ri­ m ento

[H g C I2]M

[ c 2o 42 ]m

Velocidad (M m in ’ )

1

0 ,1 0 4

0 .1 5

1,8 x 10 "5

2

0 ,1 0 4

0.30

7 ,2 x 10"®

3

0 ,0 5 2

0.30

3,6 x 10"®

De term ine la expresión d e la ley de velocidad.

Resolución: E l proceso siguiente:

Indique la proposición incorrecta: I. L a entalpia de la reacción es

2 H g C I 2 + C 20 ¡ 2 — 2 C F + 2 C O , + H g 2C I 2

A H ° = 1 7 5 kJ

P o s e e los d atos de velocidad de reacción:

II. L a e nerg ía d e activación d e la reacción es E , = 2 0 7 ,2 kJ O III. La entalpia de la reacción inversa es A H RI = - 1 7 5 k J

Exp.

[H g C IJ

[ C 20 42 ]

V Rxn

1

0 ,1 0 4

0 ,1 5

1,8 x 10"®

IV. E n la reacción directa se liberan 1 7 5 k J por

2

0 ,1 0 4

0,30

7 ,2 x 10"®

3

0,052

0,3 0

3 ,6 x 10 ®

1 mol de A B . V . L a e nerg ía d e activación de la reacción inversa es 3 2 ,2 k J.

v Rx„ = K [H g C I2]x [ C 20 42] '

Resolución: D e a cuerdo a la gráfica del proceso: A B — ►A A- B E(KJ) 312,4 ■-

Complejo activado \A + B

280,2

105,2

L e y d e velocidad:

E x p . 1 : 1 ,8 x 1 0 " ® = k ( 0 ,10 4 )* ( 0 ,1 5Y E x p . 2: 7 ,2 x 10"® = K (0 ,1 0 4 )* (0 ,3 0 )y E x p . 3: 3,6 x 10"® = K (0 .0 5 2 )*(0 ,3 0 )v Re la cio n a m o s las experiencias 1 y 2:

H í f - V =2 Re la cio n a m o s las experiencias 2 y 3:

1

AB / Rx Qm

K lH g C I2] [ C 20 ¡

I. Correcto El calor de reacción (entalpia) es: -XH — H prüd H react A H = 2 8 0 ,2 - 1 0 5 ,2 = 1 7 5 kJ

29. S e a la reacción:

20 3(91

■3 0 2(g) SI la velocidad de aparición del 0 2 es 6,0 x 10 ‘ M/s

Q

en un instante en particular, ¿cuál es el valor de desaparición del 0 3, a este m ism o m om ento?

Resolución: D e a cuerdo a la reacción: 2 0 3— 3 0 2 R elación estequiom étrica: v 0; _ v 02 ~2 ~ ~3~ C o m o la velocidad de aparición del 0 2es 6 x 1CT 5 M/s v o¡ 2

6 x 10^

u ím ic a

■

421

III. Correcto E l proceso Inverso p osee: E A = 300 - 80^ = 220 kJ/m ol (com plejo) (react) IV. Incorrecto L a reacción inversa es e nd otérm ico, por lo que: ,AH > 0 (positivo) V. Correcto L o s procesos directo e inverso p oseen el mis­ m o com plejo activado (E s ta d o de transición) .-. E s incorrecto IV

3

v 0 = 4 > :1 0 r’ M/s

31. Indique qué proposición es ve rd ad era (V) o falsa ( F ) , seg ún corresponda:

30.

¿ C u á l proposición es incorrecta, de acuerdo al grá ­ fico siguiente? Pa ra la reacción: A t B — C + D

I.

E n una reacción q uím ica, si es la concentración el parám etro m edible, la velocidad de una reac­ ción es proporcional a esta.

II. Si en una reacción quím ica la velocidad de reacción está e xp re s a d a por: r = k l A L I B ] , e n ­ tonces el orden de la reacción global es 3. III. L a presencia de un ca ta lizad o r positivo a u m e n ­ ta la velocidad de un proceso d eterm inado, dism inu yend o el tiem po en la form ación d e los productos.

I. II. III. IV. V.

L a energía d e activación d e la reacción directa es 100 kj/m ol. L a reacción directa es exotérm ica. L a energía d e activación de la reacción inversa es 220 kJ/m ol. El cam bio de entalpia para la reacción inversa es - 1 2 0 kJ/m ol. El estado de transición de la reacción directa es igual a la reacción inversa.

Resolución: L a reacción siguiente pose e por gráfica: A + B — C + D

Resolución: I. Verdadero D e acuerdo a la ley de acción de m a sa s, la v e ­ locidad de reacción es proporcional a la con­ centración de los reactantes. II

Verdadero D e acuerdo a la ley de velocidad: v R
III. Verdadero Lo s catalizad ores positivos dism inuyen la e ner­ gía de activación acelerando la reacción, esto d ism inu ye el tiem po d e form ación de los pro­ ductos. .-. V W

32. S e midió la velocidad inicial de una reacción A + B —*■ C para varias concentraciones iniciales distintas de A y B con los resultados que se indican a continuación:

I.

Correcto L a energía de activación ( E A ) del proceso es: E A = 300 - 200 = 10 0 kJ (Complejo) (React)

II

Correcto S e o bse rva del gráfico: ''r e a c t

''p r o d

.-. El proceso es exotérm ico.

N ú m e ro de e xp erim en tos

Velocidad inicial (M/s)

[A lM

[B jM

2

0,100 0,100

0,100 0,200

4 ,0 x 10 5

3

0,200

0.100

16 ,0 x 10 5

1

4 ,0 x 10 5

U s a n d o estos datos calcule la velocidad de la reac­ ción cua nd o: [A ] = 0 .0 5 M ; [B l = 0 ,1 0 0 M

422

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución: D a to s d e velocidad d e reacción: Ex p e rie n .

[A ]

[B ]

1

0,100

0,100

2

0,100

0,200

4 ,0 x 1 0 ” 5

3

0,200

0,100

16 ,0 X 1 0 ”5

VRxn 4 ,0 x 1 0 ” 5

A+ B — C L e y de velocidad: V Rxn = K [ A j x[ B ] y • • •

E x p : 1 : 4 ,0 x 1 0 “ 5 = K (0 ,1 0 0 )x (0 ,1 0 0 )y E x p : 2 : 4 ,0 x 1 0 ” 5 = K (0 ,1 0 0 )*(0 ,2 0 0 )y E x p : 3: 1 6 ,0 X 1 0 ' 5 = K (0 ,2 0 0 )x (0 ,1 0 0 )y

Re la cio n a m o s las experiencias 1 y 2:

Re la cio n a m o s las experiencias 1 y 3:

N o s piden hallar la V Rx„ para: [A ] = 0 ,0 5 M [B]_ = 0 ,1 00M V Rxn = K (0 ,0 5 )2

v Rxn= 1 x 1 0 ” 5 IWs 3 3 , L a siguiente reacción se lleva a cabo en un reci­ piente de vo lu m e n V fijo, a una tem peratura T . La m e zc la está en equilibrio. 6 H 20 (g) + 4 N O (g)

Indique verdadero (V) o falso (F ) según corresponda: I. C u a n d o se introduce a ia tem peratura T un poco m ás d e g as N O ; el equilibrio se d e s p la za hacia la izquierda. II. Lu e g o d e ha b er introducido N O ,g, en la nue va situación de equilibrio, las concentraciones de N H 3(g) y 0 2(g) no cam biarán. III. Lu e g o d e ha b er introducido N O (g) en la nue ­ va situación de equilibrio, la concentración de H 20 (g, no cam biará.

Resolución: R e s p e c to al equilibrio: 4 N H 3(g! + 5 0 2(g) * 6 H 20 (g) + 4 N O lg)

Verdadero Si se a gre ga n cantidades adicionales d e N O , el equilibrio se d e s p la za : •*

II.

34. R e sp e c to a la constante del equilibrio de una reac­ ción indique la proposición ve rd ad era (V ) o falsa ( F ) seg ún correspond a. I. L a constante K c se e xp re sa usand o las co nce n­ traciones en el equilibrio. II. P a ra reacciones reversibles he tero g é n e as, la constante de equilibrio K p puede e xp re sarse en función de las presiones parciales de reactan­ tes y productos en fa se g a se o sa . III. Si K c > 1 , significa que el equilibrio se establece cu a n d o la m ayo ría de reactivos se transform a en productos.

Resolución: I. Verdadero

II. Verdadero

P a ra hallar K re e m p la za m o s los d atos de la e xp e ­ riencia 1 4 x 1 0 ” 5 = K ( 0 ,1 0O )2 K = 4 x 10 ”3 =» v Rxn = 4 x 10 ~3(0 ,0 5 )2

i.

.-. V V F

L a s exp re sion es de constante de equilibrio (K c y K p ) e xp re san cantidades (m olaridades y pre­ siones) una v e z a lc a n za d o el equilibrio.

v Rx„ = K [ A ] 2 [B ]° _

4 N H 3(g) + 5 0 2(9) -

III. Falso El co nsum o del e xc eso del N O va a co m p a ñ a d o del c o nsum o del H 20 .

conjunto dei N O

Verdadero E l efecto anterior provoca el increm ento d e los reactantes: N H 3 y 0 2

Pa ra equilibrios he tero g é n e os, las constantes K c y K p solo e xp re san a los g a s e s , sustancias disueltas, pero no a sólidos o líquidos p uros, en el caso de K p , solo g ase s. III. Verdadero S e cum ple: K c > 1 (--------►) se form ó gran cantidad de pro­ ductos. .-. V V V

35. E n un recipiente de 2 litros d e capacidad a 25 °C contiene en equilibrio 0 ,8 m oles de C O ; 0,5 m oles de C l 2 y 1 ,2 m oles d e C O C I 2 según: C O ,g, + C l2(gl =

C O C I 2lg,

¿ C u á l será su Kc?

Resolución: C O ,g, + C l2(gi — C O C I 2(g) P a ra calcular la K c necesitam os sus concentracio­ nes:

1,2 j [0 ,9 8 1 l 2 |m

36. P a ra la reacción A (g) + B ,g) = A B (gl, la constante de equilibrio es igual a 20 a 5 5 °C . ¿ C u á l e s el grado d e conversión de A si se m e zcla n 3 m oles de A con 2 m oles de B en un recipiente d e 1 litro?

Resolución: K c para el equilibrio siguiente es 20: A (g)

+

n : (3 - x)

Z

B (g) =

A B (g)

(2 - x) (x)

I

J

Q

K c = i M |A ||B |

II.

. 20a 13 - x )(2 - x )

D e acue rdo a ia teoría de Arrh en iu s, indique cuál o cuáles de ellas serán ácidos o bases: H B r; M g C 0 3; K O H ; H ,S 0 4

Falso

39. Indique ve rd ad ero (V ) o falso (F ) con relación al equilibrio quím ico: I.

E s estable.

II. S e establece en form a e sp o n tá n e a .

D e acuerdo a la teoría de ácidos y bases de A rrh e ­ nius: Á c id o : Sustancia que en solución acuosa produce iones H , . Base: Sustancia que en solución acuosa produce iones O H . P a ra las especies del problem a:

III. E s in dependiente de la presión y tem peratura.

Resolución: R e sp e c to al equilibrio quím ico:

I. Verdadero A l desarrollarse en form a e sp o n tá n e a , su te n ­ dencia es a lca n za r un sistem a estable. II. Verdadero N o requiere de un age nte e xte rno para a lca n za r esta condición, lo logra en un tiem po finito. III. Falso Es te estado se alcanza a una tem peratura defini­ da y constante, su modificación altera el sistem a.

Hfao! + B r¡acl — 2Hk

K O H (.

423

III Verdadero A l m odificar la tem peratura se aceleran las con­ centraciones y K c, K p . .-. F F V

Resolución:

HBr

■

S e observa de la ecuación de equilibrio: An = - 1 K p - K c (R T )~ ’ Kp y Kc

R e s o lvie n d o : x = 1.9 1 G ra d o de conversión respecto al reactivo A : x 1 ,9 1 n R. “ = 3 = — = ° '64 37.

u ím ic a

- OH ,

+ SO, + K

.-. V V F M g C 0 3 ,ac

* M g ac + C O , ac

P o r lo tanto, se consideran dentro de esta teoría: H B r; H 2S 0 4 y K O H 38.

El trifloruro de fósforo g a se o so y el cloro g as e o s o reaccionan según:

PCI3(g| + Cl2(g| = PCI,,,,, U n recipiente se llena con una m e zcla de P C I5lg, y C l2lg): se deja en reposo a 450 K para que llegue al equilibrio y se encontró que las presiones parciales en el equilibrio son:

4 0 . U n o de los paso s claves en la extracción de hierro de un mineral es la reducción del óxido ferroso: F e C Q + C O !gt = F e ,sl f C 0 2igl K p = 0 ,4 0 3 a 10 0 0 °C ¿ C u á le s son las presiones parciales en el equilibrio de C O ,,,, y C 0 2(gi cuando reaccionan C O ,,,, y un e x ­ ceso d e F e O . en un reactor sellado a 1000 ° C con una presión de 76 0 m m H g ?

Resolución: Pa ra el equilibrio h e tero gé n e o: K p = 0 ,4 0 3 : F e O 3 x C O ,g, = H e (s, + C 0 2,g

P p,pct3, = 0 .1 2 4 atm : P , , Cl = 0 ,1 5 7 atm y Pp,pci5¡ = 1.3 0 atm

P: 76 0 m m H g ^ ( 1atm )

Indique verdadero (V ) o falso (F ), según corresponda: I. El valor de K p para esta reacción a 450 K es igual a 6 7 .8 7 . II. P a ra esta reacción K p = Kc III. Si se m odifica la tem peratura los va lores d e las concentraciones en el equilibrio va ría n.

Kp

+

C l2(q! -

P C I,

_

KP

r °C ;

P p c ,P c ,2

K p = 6 7 .7 8

1 ,3 0 0 ,1 2 4 x 0 ,1 5 7

^

P = 0 ,2 8 7 atm (1

Lu e g o : presiones parciales: P C O = (1 - p) = 0 ,7 1 3 atm P C O , = P = 0 .2 8 7 atm

La s presiones parciales de los gase s en el equili­ brio siguiente son: P C Ijig )

J ^

P

PC a PCO

0 ,4 0 3 :

Resolución:

P (a tm ): 0 .1 2 4 0 ,1 5 7 1,3 0 I. Fa ls o K p para el proceso es:

(1 - P )

4 1.

S e tiene una m e zcla en equilibrio que contiene 0 ,1 m ol/L de N ,: 0,3 m ol/L de hidrógeno y 0 ,9 m ol/L de N H ,. Sl la tem peratura es 220 ° C , halle K p . 3 H 2(gl + N 2(:„ = 2 N H 3lg)

Resolución: A 22 0 ° C (493 K ) se tienen las concentraciones en equilibrio del proceso:

424

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

3 H 2lg, + N 2lg, = 2 N H 3(g,

drá el yo d o fo rm a d o , así co m o tam b ié n, qué valor tendrá K p a la referida tem peratura?

An = - 2 [ H 2] = 0 ,3 M [ N 2] = 0 ,1 M [ N H ,] = 0 ,9 M

Resolución: E n un recipiente de 10 L a 7 4 5 K , el equilibrio si­ g uiente, K c = 0 ,0 2 ^Eiligl — H 2(g| + l2|g)

[N H 3

(0 ,9 )

[ H 2]3[N 2]

( 0 ,3 f ( 0 , 1)

Kc =

n: ( 0,1 - 2x)

=> K c = 300 Com o K p = K c ( R T ) 'n K p = 3 0 0 (0 ,0 8 2 x 4 9 3 )“2 K p = 0 ,1 8 3

[H lf 0,0 2

C a O ls) + C 0 2(g)

Prediga el efecto q ue tendría sobre esta reacción, cuando alcance el equilibrio. I. U n au m en to de la tem peratura. II. U n au m en to de la presión.

Resolución: E n el equilibrio endotérm ico he tero gé ne o: C a C 0 3(s) + calor =

C a O ( sj + C 0 2c:

L o s efectos: I. El au m en to d e la tem peratura fa vo rec e el senti­ do d e absorción de calor, la reacción se d esp la ­ z a hacia la d ere ch a. II. El aum ento de la presión solo afecta a los g a ­ ses ( C 0 2), por lo q ue este se co n su m e , lareac­ ción se d e s p la za a la izquierd a.

43. A 500 K la constante de equilibrio K p para la reacción: P C I,5(g)

P C L g ) + C l2(g,

tiene el valor de 0 ,4 9 7 . E n una m e zcla en equilibrio a 500 K , la presión parcial d e P C I 5 es 0,86 atm y la del P C I 3es 0 ,3 5 atm . ¿ C u á l es la presión parcial C l 2 (en atm ) en la m e zcla en equilibrio?

( 0.1 + x ) ( x ) ( 0,1 - 2 x )2

Lu e g o : [l2] = ° ' ° q 83 = 0 ,0 0 18 3 M A d e m á s : An = 0 .-. K p = K c = 0 ,0 2

45. E n un recipiente d e 4 litros y a la tem peratura de 18 00 ° C , el C 0 2 se encuentra disociado en 2 ,2 % seg ú n la reacción: 2 C 0 2(g) — 2 C O (g O 2(g) S a b ie n d o que inicialmente se colocaron 8 m oles de C 0 2, se pide calcular K p y la presión total (atm ) a lc a n za d a en el equilibrio respectivam en te.

Resolución: E n un recipiente de 4 L , se tiene 8 m oles de C 0 2, el cual se disocia en 2 . 2 % : C 0 2 disociado: i 2,2) 8 m oles 0 ,1 7 6 m oles ( 100) D e a cuerdo al equilibrio: 2 C O Zlgl ,(n, — 2 C O (n, + O■/ ,,2(g) ~ n: (8 - 0 ,1 7 6 ) 7 ,8 2 4 4

[ C 0 2] [C O ] =

K p = 0 ,4 9 7 ; para el equilibrio g a s e o s o siguiente: P C I,!5(g) PC^(g) + ^ 2(g) 0 ,8 6 atm — 0 ,3 5 atm — P C I,

[ O ,] =

PpCL3R a 2 PpCLs

P C I,

0 ,4 9 7 =

( 0 ,3 5 ) P C I 2 (0, 86)

1,22 atm

44. C u a n d o el yod uro d e hidrógeno g a se o so incolo­ ro se calienta a 7 4 5 K aparece un he rm o so color púrpura, q u e indica la form ación de algo de yod o g ase oso por la descom posición parcial del co m ­ puesto en sus elem entos: 2 H I(g) =

H 2(g) + l2(gl; K c = 0 ,0 2 (a 7 4 5 K )

S u p o n g a qu e 0 ,1 mol d e H llg, y 0 ,1 mol de H 2(gl se introducen en un m a tra z de 10 L y se sella, luego se calienta a 7 4 5 K . ¿ Q u é concentración (M ) ten­

x = 0 ,0 18 3

=

Resolución:

KP :

(x)

[ H 2][j 2

Kc =

4 2 . E i calor necesario para la descom posición térm ica del C a C 0 3(s) e s de 4 2 ,5 kcal por mol de C a C 0 3. C a C 0 3(s) + calor =

( 0,1 + x)

I ________

Kc :

0 ,1 7 6 4 0 ,0 8 8 4

0 ,1 7 6

0 ,0 8 8

1,9 5 6 : 0 ,0 4 4 0,022

[CO]2[0 2

(0 ,0 4 4 )2(0 ,0 2 2 )

[ C 0 2f

(1,9 5 6 J2

= 1,11 x 1 0 “

C o m o : A n = 1 ; T = 18 0 0 ° C = 2 0 73 K K p = K c ( R T ) '" K p = 1 ,1 1 x 10 5 (0 ,0 8 2 x 2 0 7 3 )1 K p = 1 ,8 8 x 1 0 “ 3 A d e m á s , las m oles totales en equilibrio son : nT = (8 - 0 ,1 7 6 ) + 0 ,1 7 6 + 0,088 nT = 8 ,0 8 8 Pt =

nTR T V

PT = 343,71 atm

8 ,0 8 8 x 0 ,0 8 2 x 2 0 7 3

Q u ím ic a

46.

II. Incorrecto

E n el equilibrio siem pre se cum ple: K c = K p

P a ra la reacción reversible: 2 N H 3(g) - N 2(g, + 3 H * ,,

II. P a ra el proceso: 2 N H ,(ü¡ — N 2lgl + 3 H 2lgl L a ley de velocidad e s: r = K [ N 2l l H 2l3[ H N 3]2

sus exp re sion es de V Rxn son:

III. E n toda reacción en equilibrio se cum ple que la velocidad del proceso directo es Igual a la velocidad del proceso Inverso.

Directa: V Rxn = K ,[ N H 3]2 Inversa: V Rxn = K 2[ N 2] [ H 2]3 III Correcto El equilibrio quím ico se a lc a n za cuando:

Resolución: I Incorrecto

V d ire c ta = V inversa

La s constantes de equilibrio K c y K p se relacionan: K p = K c ( R T ) '1’

®

.-. E s correcto solo III.

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

®

PROBLEMA 1 (LNI 2011 - II)

Resolución:

S e tienen las siguientes co njug ad a s y va lores d e Ka correspondientes: Ka

E n el sistem a en equilibrio: 2 S 0 2 + 1 0 2(g) — 2 S 0 3(gl + calor

HA

A

H2B

HB

1.0

h 3e

H2E

1,0 x 10 4

1.0 > 1 0 6 10 3

X

B ) S o lo II E ) I, II y III

3 mol gaseosas

2 mol gaseosas

P o r el principio de L e C hateller al increm entar la pre­ sión, el sistem a se d e s p la za hacia d o n d e hay m e nor núm ero de m oles g a s e o sa s . .-. t P favo rece la form ación del S O , igl

A l respecto, ¿ C u á le s de las siguientes proposiciones son correctas? I. H 2E~ es una b ase m ás débil q ue A II. H 2B es un ácido m ás fuerte que H A III. C onc entra cio ne s m olares ¡guales d e H A y H 3E . producirán va lores de p H idénticos. A ) S o lo I D ) I y II

425

S o lo cua nd o An = 0, se cum ple: K c = K p .

Indique qu é proposlción(es) e s(so n ) correcta(s): I.

■

C ) S o lo III

Resolución: C o n s id e ra n d o : A m ayo r K a => m ayo r fu e rza d e a cid e z O rd e n d e a cid e z: H 3E H 2B > H A R e s p e c to a las base s co njug ad as: H;E < H B ' •: A 1

Clave: B

PROBLEMA 3 (UNI 2012 - I) Pa ra la siguiente reacción en equilibrio: N O , , = N O ,, x 1 / 2 0 ,,,, Se ñ a le la alternativa correcta. A ) K p = K c, v R T

B ) K p = K c ( R T )32

C)

K p = Kc/ J(R T ) J

D )K p = K c (R T

E)

Kp = Kc/RT

Resolución: D e la reacción: N 0 2(gl = N 0 ,gl + ± 0 21gl D e la relación K p = K c ( R T ) '"

I. (V ) II. (V ) III. (F ) p H d e p e n d e de la constante de ionización (K a )

Clave: D

^productos

^reactantes

A n = (1 + 1/2) - 1 => A n = i

l R e e m p la za n d o : K p = K c ( R T )2 .-. K p = K c V r T

PROBLEMA 2 (UNI 2011 - II) P a ra la siguiente ecuación quím ica en equilibrio: 2 S 0 2lg! + ^ 2(g) — 2 S 0 3lgl - calor Indique la alternativa q ue favo rec erá la form ación de S 0 3(gl. A) B) C) D) E)

A u m e n ta r la tem peratura A u m e n ta r ia presión A ñ a d ir un catalizador A u m e n ta r el volu m en Retirar parte del 0 2(g)

Clave: D

PBOBLEMA 4 (UNI 2 01 2 - II) P a ra la reacción en equilibrio: N H 4CI,s, = N H 3(g) + H C Ilg¡ ¿ E n cuáles de los siguientes casos el equilibrio quím ico e s d e s p la za d o hacia la derech a? I. II. III.

SI dism inuye la presión parcial del N H 3gl A g re g a n d o N H 4C I,SJ al sistem a. Si se a g re ga una catalizador.

426

■

C

o l e c c ió n

A ) S o lo I D ) I y II

U

n ic ie n c ia

B ) S o lo II E ) 1, 11 y III

S

a p ie n s

C ) I y III

III.

A la m ism a tem p eratura, el K p es m ás p equeñ o q ue el K c .

Resolución:

A)

S o lo I

B ) S o lo II

E n el equilibrio quím ico: N H 4C I!s) -

D)

I y II

E ) I y III

I.

II.

III.

N H 3(!i + H C I(g)

C ) S o lo III

Resolución:

(V ) A l dism inuir la presión parcial de un producto, el equilibrio quím ico restablece dichos productos d e s p la za n d o el equilibrio hacia la d ere ch a. ( F ) A g re g a n d o un sólido: ( N H 4C I,S)) al sistem a en equilibrio, no se m odifica la producción d e N H 3(gJ y H C I (gl. es decir, no hay d e s p la za m ie n to del equili­ brio. ( F ) L o s ca ta lizad o res no afectan la condición de equilibrio, m odifican la velocidad del p roceso.

S e a el equilibrio h e terogéneo: 2 P b S w + 3 0 2lg) = 2 P b O (sl + 2 S 0 2(gl

I.

D a d o que la variación de num e ro de m oles g a s e o ­ sas es diferente de cero (An ó 0). los cam bios de presión provocan d e sp la za m ie n to del equilibrio. II.

E n relación al sistem a en equilibrio: 2 P b S + 3 0 , , - 2 -3b O - 2 S 0 ,,„ ¿ C u á le s de las siguientes proposiciones son correctas? I. N o es a fectad o por variaciones de presión. II. L a adición de un ca ta lizad o r alterará el equilibrio.

Falso L a adición de un ca ta lizad o r no altera la posición del equilibrio, solo perm ite q ue el m ism o sea alcan­ za d o m ás rápidam ente.

Clave: A

PROBLEMA 5 (UNI 2013 - II)

Falso

III.

Verdadero P a ra la reacción An = 2 - 3 = - 1 K p = K c ( R T )-1 =

se ded uce K p < Kc K I

E s (s o n ) correcta(s): S o lo III

Clave: C

Q

PROBLEMAS

>□ 1.

PROPUESTOS

Del siguiente gráfico, concentración I l va tiem po no es correcto en: 2 N H 3(g) 1N : . 3H :

La reacción e s: P C I , A) D)

6.

85% 65%

u ím ic a

■

427

D 1 =

B) 70 % E ) 79 %

C ) 50%

E n un recipiente de 10 L se inyecta iniclalmente 2 atm de N ; 0 4 y 0 ,5 atm de NO ¿ N 20 4(acl = 2 N 0 2(a! , K p = 6 ,2 5 atm Si d e sp u é s de establecido el equilibrio se com pri­ m e hasta 5 L , hallar las presiones parciales (en atm ) en el equilibrio final. A ) 0 .5 2 - 3,9 6 D ) 2 .5 2 - 4 ,9 6

A) B) C) D)

H asta los 5 minutos la reacción está en equilibrio, A los 5 minutos aum enta la concentración de N H 3. D e 5 a 8 m inutos existe equilibrio quím ico, Lu e g o de 8 m inutos las p ropiedades fisicas son constantes. E ) El equilibrio quím ico sufrió perturbación con el increm ento de concentración del reactante.

2.

D e term inar el valor de la K e q para la reacción

7.

2 S + 3 0 , -= 2 S 0 si: 2 S O

3.

= 2

A) D)

B ) 1/2 E ) 0 ,7

0 ,2 0 ,4

B) E)

B ) 0 ,85 E ) 0 ,7 5

C ) 0 ,5 5

A 10 0 =C y 1 atm de N 20 ,. se halla disociado en un 8 0 % en N 0 2. De term inar la d en sid ad de la m e zcla g a se o s a resultante de la disociación, A ) 2 g /L D ) 3 g /L

B ) 1 ,6 7 g /L E ) 1 .2 g/L

C ) 1 ,5 g/L

C )1 / 2 9.

1,1 0.08

C ) 2 ,5

E n el equilibrio se tiene q ue 400 m L de cloroform o contiene 0 ,28 mol de N 20 4 y 6 .7 2 x 1 0 2° m oléculas de N 0 2 a 7 ° C . De term in ar K c para la reacción. 1 N 20 4lq

5.

.. K , = 10

E l fo s g e n o C O C I 2 se d e sc o m p o n e a tem peratura alta en C O y C l2. E n una experiencia se inyecta 2 9 7 g de C O C I , en un recipiente de 50 L a 1000 K C u a n d o se establece el equilibrio se observa que la presión total es 8.2 atm Calcular e! valor de Kc para la reacción

A ) 0 ,1 D ) 2,8 4.

= 2S0; + O ;

S • O , S O ; ... K

C ) 2 ,5 2 - 3 ,9 6

SI a 200 ° C , el grado d e disociación del P C I 8(gl es de 0 .4 8 5 a 1 atm de presión total en equilibrio, h a ­ llar el g rad o d e disociación a 0,1 atm . A ) 0 ,3 5 D ) 0 ,6 5

8.

B ) 1 ,5 2 - 4 .9 6 E ) 0 .6 3 - 1 ,3 2

2NO

D a d a la siguiente reacción reversible en fase g a ­ seosa C H „ + 2 H ; S I„ ¡ -- C s , ¡; + 4 H 21gl señalar la aseveración incorrecta, respecto a la variación necesaria para mejorar el rendimiento de la reacción. A) B) C) D) E)

Dism inuir la presión A u m e n ta r el vo lum e n total del recipiente. Increm entar la cantidad de H 2S ,g). E x tra e r H 2!g>para ser usa do com o com bustible. A ñ a d ir disulfuro de ca rb ono g a s e o so .

1 0 . R e s p e c to al siguiente sistem a en equilibrio, según el principio de L e C hatelier, Indicar las afirm aciones ve rd a d e ra s. 2 N O C I la, = 2 N O lgl + C l2(g, AH = + 7 5 kJ

I. Al adicionar C l2(g), la concentración del N O dis­ A ) 1 ,0 8 x 10 "1m ol/L B ) 5.6 x 1 0 fm ol/L m inuye, C ) 1 ,1 2 x 10 5 m ol/L D ) 1 1 .2 x 1 0 " m ol/L II. Al calentar, el porcentaje de disociación del E ) 0 ,1 2 x 1 0 5m ol/L N O C I (g, dism inuye. III. A! dism inuir el volum en del reactor, el sistem a Si se calientan 2 mol de P C L a 250 ° C y se deja se d e s p la za hacia la d ere ch a. qu e alcance el equilibrio a la presión atm osférica, IV. A l adicionar ca ta lizad o r las concentraciones de si se encuentra qu e la disociación es del 5 0 % . Si N O y C l 2 aum entan iniciam os a partir de un mol de P C I 5 d e tal m anera V . Si se dism inuye la concentración de N O C I , el qu e la m e zcla en el equilibrio ocupe finalm ente la Kc y K p d ism inuyen. m itad de su volu m en Inicial a tem peratura co nstan­ A) Solo II B) I, II y III C) Solo I te, ¿cuál será el porcentaje de disociación con el D) Solo III E) III, IV y V nu e vo dato?

4 2 8

■

C o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

11. A 10 0 0 °C y a 5 atm de presión el va p o r d e H 20 se encuentra disociado en un 0 , 02 % , seg ún la e c u a ­ ción H 20 se encuentra disociado en un 0 ,0 2 % s e ­ gún la ecuación H 2O lg, = H 2(g) + 0 2(gl. ¿ C u á l es el valor ap ro xim ad o de K p ? A) 10 5 D ) 2 x 1 0 ~11

B ) 1 0 '8 E ) 2 x 10 ~7

c „ , + C 0 2lg) — 2 C O (gl si la fracción m olar del C O , en el equilibrio es 0,25 y la presión total es 1 a tm , ¿cuál es el valor d e K p ? B ) 1 ,2 8 E ) 5 ,7 6

C ) 4 ,9 2

B ) 2 ,0 atm E ) 1.0 3 atm

C ) 1 ,9 atm

14. E n un m a tra z de 1 L se introduce 0 ,1 m oles de P C I 5 y se calienta a 250 ° C . Si el grado de disociación es 0 ,8 4 , calcular K p para el equilibrio, seg ún: P C I5 =

P C I2 + C l2

A ) 2 ,8 5 D ) 13 .5

B ) 1 ,8 5 E ) 18 ,9 1

C ) 1 4 ,7 4

15. P a ra el sistem a en equilibrio: N H 4H S isJ =

N H „ g) + H ,S (0), a 25 ° C , la presión de

equilibrio es 0 ,5 a tm , cuál e s la fracción m olar de N H 3(g) en equilibrio. A ) 0 ,8 D ) 0 ,5

B ) 0 ,7 E ) 0 ,7 5

C ) 0 ,4

16. P a ra la siguiente reacción H 2S 0 3(ac) + S w =

H 2S 2O 3la0)

indicar la alternativa correcta. A ) E s una reacción h o m o g é n e a . B ) L a unidad d e K c es m ol/L. C ) E s una reacción elem ental. p

D ) L a e xp resión K p =

C ) 1 ,3 x 10~2; 0 ,2 mol D ) 1 ,4 x 10 3; 0 ,5 mol E ) 2 x 10 4; 0, 13 mol 1 8 . P a ra el sistem a en equilibrio, indicar qué proposi­ ciones son correctas: N 20 4,g, = 2 N 0 2(g); K c = 1 I. Si se aum enta la presión, el sistem a se d esp la ­ z a a la izquierd a. II. Si se adiciona N 0 2, el valor de K c aum enta . III. Si partim os de 3 m oles de N 20 4 en el equilibrio habrá 1 ,5 m oies de N 0 2. A ) I y II D ) S o lo II

1 3 . E n un recipiente de 2 L se coloca una m e zc la de vo lú m e n e s iguales d e N 0 2 y 0 2 a 2 7 ° C y 1 atm , la m e zcla se calienta a 3 2 7 ° C prod ucién do se la reacción: 2 N 0 2 = 2 N O + 0 2 Si en el equilibrio se encuentra 0 ,0 0 3 mol de N O , ¿cuál será la presión total de la m e zc la en a tm ó s­ fera? A ) 1 ,5 atm D ) 2 ,5 atm

B ) 8 , 9 x 1 0 2: 0 ,1 3 mol

C ) 4 x' 10 ~5

12. E n la reacción en equilibrio a 600 °C

A ) 0 ,7 6 D ) 2 ,2 5

A ) 1 ,2 x 1 0 3; 0 ,1 5 mol

” -S:° 2 * h 2s o 2

E ) L a velocidad de la reacción directa es diferente a la velocidad inversa.

17. C u a n d o una m e zcla g as e o sa de 1 mol d e N 2 y 0,25 m oles d e O z, se le perm ite que alcance el equilibrio de 3000 ° C , se form an 0 ,1 2 5 mol d e N O . C alcula r K c y las m oles totales sin reaccionar cu a n d o se m e zcla n cantidades iguales de N 2 y 0 2 a la m ism a tem peratura.

B ) I y III E ) S o lo III

C ) I, II y III

1 9 . E l carb am ato de a m onio se disocia al calentarse produciendo N H 3 y C 0 2, N H .C O N H

-

2 N H :, ,g) - C 0 2!gi

si se coloca suficiente cantidad d e carb am ato de a m onio sólido en un recipiente cerrado y se perm i­ te que alcance el equilibrio a 35 ° C , se encuentra que la presión total es de 0,8 atm ó sfe ras. ¿ C u á l es el valor de K p a 35 °C ? A) D)

0 ,0 3 5 0 ,0 5 3

B ) 0,088 E ) 0 ,0 26

C ) 0 ,0 75

2 0 . S e ñ a la r el núm ero de ase ve rac io nes ve rd ad e ras y fa lsa s, respectivam en te. I. L a m olecularidad y el orden de una reacción es igual. II. E n la siguiente reacción el orden es 3 ( 3 “ or­ d en ) 2 A B + C — ►3 X + Y III. E n la siguiente reacción el orden es 4 (4 .° or­ den) 3 H ? + 1 N 2 = 2 N H , IV. E n la siguiente reacción en una sola e tapa el orden es 1 (1 ,er orde n) A + B — * C V . E n la siguiente reacción catalítica en 1 0 0 % el orden es 0 (orden cero). 2 N H 3J 5 L * 3 H 2 + N 2 A) D)

2 ;3 0 ;5

B) 1 ;4 E ) 5;0

C ) 3;2

2 1 . ¿ C u á n ta s proposiciones son correctas? I.

L a velocidad de reacción, respecto a un pro­ ducto, es la m ism a en cualquier intervalo de tiem po. II. Si con 10 g d e catalizador positivo, la velocidad de reacción es 30 n—j - L , entonces con 300 q de min dicho catalizador, la velocidad será 900 rno^ L min III. A l increm entar la velocidad de reacción a u m e n ­ ta la frecuencia de ch oq u es en el sistem a. IV. S o lo con la variación de concentración una reacción variará la K e q de sistem a. A) 0 D) 3

B) 1 E )4

C)

2

Q

2 2.

u ím ic a

■

429

El o z o n o de la a tm ó s fe ra p ro te g e a la T ie rra de la

de p rim e r o rden general. A 25 °C la constante de v e ­

ra d ia c ió n u ltra v io le ta q u e po d ría s e r p e lig ro sa , a b ­

locidad esp ecífica para la reacción e s de 0,090 s \

s o rb ié n d o la y e m itie n d o de n u e vo la e n e rg ía con

¿Cuál es la vida m edia de A a 25 °C? A —* B a C

una lon g itu d de on da d ife re n te . E ste o z o n o vie n e d is m in u y e n d o a m e d id a q u e a u m e n ta el uso de a e ­ ro so le s y ta m b ié n p o r la a cció n del NO, p ro d u c id o

A ) 30 .8 s

B ) 15,4 s

D)

E ) 5,6 s

12.2 s

C) 7.7 s

po r la em is ió n d e g a s e s de los avio n e s; según: NO t- 0 3 — » N O , + O , : N O , —

NO + 0 2

2 7 .

En el s iste m a C O + C l, — ►C O C I,, la c o n c e n tra ­ ció n del C O a u m e n tó d e sd e 0 ,0 3 ha sta 0,12 m o l/L

en e s te e s q u e m a el N O es:

y la del cloro , d e sd e 0,02 ha sta 0 ,0 6 m ol/L. ¿ C u á n ­ A) un p ro d u c to de la re a c c ió n total.

ta s v e c e s a u m e n tó la ve lo cid a d de la re a cció n d i­

B) un Inhibidor.

re cta?

C ) un re a c tiv o de la re a c c ió n total. D) un c a ta liz a d o r positivo.

A) 4

E) un re a c ta n te inerte.

D)

23. Al re d u c ir el vo lu m e n de un re c ip ie n te tre s vece s, pa ra

2N O . • O

28 .

B) 6 10

C )8

E) 12

De ios d a to s de ve lo cid a d Iniciale s y c o n c e n tra ­ cio n e s in iciales, ha lle la e x p re s ió n de ve lo cid a d

2N O

de re a cció n e ind iq u e el o rd e n de la re acción:

en to n c e s la velo cid a d :

3A + 2B — ►2C + D

A ) d is m in u y e 9 veces. B) a u m e n ta 9 veces.

v,( — ) ■m in i

C) a u m e n ta 27 vece s.

[A l.M

IB l.M

D) d is m in u y e 27 vece s. E) no cam bia. 24 .

C o m p le ta r los e s p a c io s con la in fo rm a c ió n q u e se da a c o n tin u a c ió n

C o n s id e re la re a c c ió n qu ím ic a

de los c o m p u e s to s A y B qu e tie n e n p rim e r o rden para A y se g u n d o o rd e n pa ra B. H a lla r v , y v 3 re s ­

6 x 10 3

10 2

10 2

1.44 x 10“ '

2 x 10 “

3 x 10 2

1.2 .- 1 0 “ 2

10 ■

2 x 10“ 2

A) K ÍA ilB l: 2

B) K l A l I B l: 4

D)

E) KlA l: 1

K l A l IB ): 3

C ) K l A l l B ] 2. 3

pe c tiv a m e n te .

Experiem ento

Velocidad (m/s)

29.

In d ica r lo que no co rre sp o n d e . I.

[Bl

lAl

La m á xim a e n e rg ía n e ce sa ria pa ra in icia r una re a cció n se llam a e n e rg ía d e a ctiva ció n .

1

0.25

1.0 M

0.2 0 M

2

v

2.0 M

0.2 0 M

II.

La ve lo cid a d de ún a re a cció n es d ire c ta m e n te p ro p o rcio n a l a la co n c e n tra c ió n , a fe cta d a por su c o e fic ie n te e s te q u io m é trlc o en genera l.

3

2 5 .

2.0 M

v.

0 .4 0 M

A ) 0,5 M /s; 0,5 M /s

B) 2 M /s: 0,5 M /s

C)

0.5 0 M /s; 2,0 M /s

D) 1 M /s; 0,5 M /s

E)

2 M /s; 0,5 M /s

III. D e a c u e rd o con A rrh e n iu s . la d is p o s ic ió n e s p a ­ cial d e las m o lé cu la s a fe cta la v e lo cid a d d e las re a ccio n e s. A) I D) I y II

B) II E) II y III

O III

En la re acción A + B - a C se tie n e los s ig u ie n te s d a to s e x p e rim e n ta le s

30.

P ara la s ig u ie n te re acción: A r 2 B —* C + D

Experie­ mento

[A! inicial

IB] inicial

Velocidad inicial de form ación de C

1

0 ,1 0 M

0,1 0 M

2 ,0 x 10 4 M /s

¿ C u ál es la ley d e la v e lo cid a d para la re a cció n ?

2

0 .2 0 M

0 ,1 0 M

8,0 x 10 4 M /s

A)

v = K ÍA B llB ]

B )v = K lA llB ]2

3

0,4 0 M

0 ,2 0 M

2 ,5 6 x 10 2 M /s

C)

v = K lA llB ]

D )v = K

El m e c a n is m o de la re a cció n es: A + B — ►A B (len ta) A B + B — ►C + D (rá p id a )

E) S e ne ce sita co n o c e r la te rce ra e ta p a de la re a c ­ E s c rib ir la ley de velo cid a d .

26 .

A ) v = K lA l'lB P

B) v = K lA ]3(B ]2

C)

v = K lA ilB i

D ) v = K [A l2lB ]

E)

v = K l A llB ] 2

El com puesto A se d e scom po ne para fo rm a r B y C en una reacción de p rim e r orden con respecto a A y

ción. 3 1.

SI “v" es la v e lo cid a d de una re a cció n q u ím ica y K e s la co n s ta n te de ve lo cid a d d e esta re a cció n e le m e n ta l, ¿cuál es la e x p re s ió n para la ve lo cid a d de la s ig u ie n te re a cció n ? a x + |Sy — ►yz + 0w

430

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

A ) v = KlxJ [y ]

S

a p ie n s

B) v = K [x !" Iy !

[z fH íxl [y]"

B) 100 kPa

D) 2 4 0 kPa

E) 320 kPa

C ) 150 kPa

D) v = K tx l ly ] 1’ 36. A 184 °C y ba jo una p resión total de una a tm ósfera,

E) v = K l x ] ' [z ] 3 2.

A ) 22 0 kPa

el d ió x id o de n itró g e n o está d iso cia d o en un 5%

La re a cció n A ls( +

B,gl

se g ú n N O z ~

— 2 C (,.( . a lc a n z a el e s ta d o

NO + 0 2

D e te rm in a r Kp a d ic h a s co n d icio n e s.

de e q u ilib rio a 25 °C, en un fra s c o de 2 L. H allar el v a lo r d e la c o n s ta n te de e q u ilib rio (K c) para la

A ) 4 ,3 2 x 10 ' atm 1

B) 5,58 x 1 0 '6 atm

re a c c ió n m e n c io n a d a .

C ) 2.4 9 x 10 " atm

D) 6 .4 2 x 10'3 atm

E ) 4 , 8 9 > 1 0 " atm 37. Un re cip ie n te c o n tie n e PCI.,,,, a 1 atm y 27 °C. Si se calie n ta h a sta 127 "C . la pre sió n del siste m a a u ­ m e nta

en 50%

y CL

¿Q ue p o rc e n ta je m o la r de P C I5lg, no se ha

po r la d iso cia ció n del P C I, en P C I,

d iso cia d o ? A ) 12,5%

B)

D) 75.2%

E)

87,5% 94.3%

C ) 6 3 ,2%

38. P a ra el sistema en equilibrio

C) 0.22

B) 0 11 E ) 0 ,4 2

A ) 0,04 D) 0.11

CaC03

33. En un re c ip ie n te de 2 L se c o lo c a una m e zcla equim o la r de PC I,„u), P C L y C L a 25 °C, e s ta b le c ié n d o ­ se el s ig u ie n te eq uilib rio . P C I5(s; =

Kc -

.....

P C I,

1,8 m o lL

SI el P C I 5 se ha disociado en un 2 0 % , entonce s se p ued e afirmar que: I. La concentración de P C I , en el equilibrio es 2 ,4 M. II. Ex is ten 6,4 mol-g de m ezc la en el equilibrio. III. L a concentración en equilibrio de P C I , es 0,8 M . A) F F F D) F V F

B) F V V E) V F F

A ) So lo I D ) I y IV

+ 31

A ) 3 , 7 5 x 10 * D ) 2 .2 5 x 1 0 "6 40.

A ) Al elev ar la temperatura, favore ce la producción de C O . B) Al e m plear una sustancia higroscópica inerte se eleva la tem peratura dentro del reactor. C ) Al disminuir la presión, se produce m ás Hz. D ) Al elev ar la temperatura, se d e s c o m p o n e m ás C O , va riando K c.quillbI1<). E ) L a adición de un catalizador, disminuye la ener­ gía de activación a u m en ta n d o la cantidad de productos.

e

O,

— 2 o O , -,

C ) So lo III

L a s concentraciones en equilibrio fueron respecti­ v a m e n te 0.60 M y 1.5 x 1 0 3 M. Calcular la co ns ­ tante de equilibrio Kc

= H „ + CO (g!

35. E n un recipiente cerrado se ha ce ingresar 8 m L - g d e S 0 2 y 4 mol d e O z. Si la reacción se desarrolla a temperatura co nstante y para a lcanza r el equili­ brio se ha co nvertido el 8 0 % del S O , . determinar la presión de la m e zcla g a s e o s a en equilibrio, si inicialmente la presión era 300 k P a .

B) II y III E ) To d o s

N O.. . = 2 NO. .,

C) V V V

Indicar la proposición incorrecta.

2 S O ,,_ ,

* CO.

39. E n un experim ento a 25 ° C para la reacción

34. E n el siguiente sistema en equilibrio C(s) + H O

CaO

- 83 kJ/mol ¿ Q u e alternativa fa vo rece a la formación de CO¿? I. Disminuir la temperatura. II. A u m e n t a r 1 presión. III. Cale ntar el sistema. IV. A g re g a r catalizador.

A H

B) 2 ,5 x 1 0 3 E ) 2.2 5 - 10 8

L a velocidad de reacción varía factores. I.

C ) 4 , 1 7 x 1 0 "3

con una serie de

A u m e n t a cua nd o a um enta la temperatura.

II. A u m e n t a cua nd o se a um enta la concentración de las sustancias reaccionantes. III. Dism in uye si se adiciona un catalizador. Indicar las proposiciones correctas, respecto a la velocidad de reacción:

4 1.

A) S olo I

B) II y III

D) I y II

E) S olo I

La

de sin tegración

esp ontá nea

C) I y I

de

un

núcleo

ra dioactivo es una reacción de prim er orden, si el u r a n io - 2 3 8 se de sin tegra con la em isió n de una partícula alfa, con un tiem po de vida m edia de 4.5 x 10“ años: si para un t = 0, se coloca 1 mol de u ra n io -2 3 8 . de term in e la can tidad de m oles de áto­ m os que qu edaron d e spués de mil m illones de años.

Q

A) 0,86 mol D) 0,94 mol

B) 0,52 mol E) 0.78 mol

C )0 ,1 5 mol

u ím ic a

■

431

D ) La c o n s ta n te de v e lo c id a d e s p e cífica so lo d e ­ p e n d e de la te m p e ra tu ra . E) El tie m p o de re a cció n es m a y o r si se a d icio n a

42. En una reacción de orden cero, la velocidad de reacción no depende de

un c a ta liz a d o r n e gativo.

46. ¿ C u á n ta s p ro p o s ic io n e s son co rre c ta s ? A) B) C) D) E)

la el la la la

temperatura catalizador superficie concentración naturaleza del reactante.

I.

La ve lo cid a d de re a cció n , re sp e cto a un p ro ­ du cto. es la m ism a en c u a lq u ie r in te rva lo de tiem po,

II. Si con 10 g de c a ta liz a d o r po sitivo , la ve lo cid a d de re a cció n e s 30 — .— . e n to n c e s con 30 0 g de m in dich o cata liza dor, la v e lo c id a d será 9 0 0 ™ — . min

43. Para la siguiente reacción: C H jl + C2H5ONa — CH2OC2H5 + Nal en presencia del alcohol etílico, se han obtenido los siguientes datos:

III. Al in c re m e n ta r la ve lo cid a d de re a cció n a u m e n ­ ta la fre c u e n c ia d e c h o q u e s en el sistem a. IV. S olo con la v a ria c ió n de co n c e n tra c ió n una re a cció n va ria rá la Kug d e sistem a.

K ( L m o r V ’ )1 0 '5

Tem peratura (°C) 0

5,6

6

11,8

12

24.5

18

48,8

24

100

A) 0

B) 1

C )2

D) 3

E) 4

47. ¿C uáles de las acciones enum erada s conducirán a la variación de la constante de velocidad de reacción? I.

V ariació n d e la presión.

II. V a ria ció n d e la te m p e ra tu ra . III. V a riació n del v o lu m e n del reactor. IV. In tro d u cció n de un c a ta liz a d o r en el sistem a.

Determ ine la energía de activación para dicha reacción.

V. V a riació n de co n c e n tra c ió n d e las s u s ta n c ia s

A) 49,2 kJ D) 58,4 kJ

A ) I, III y V

B ) II y IV

D) I. V

E) S o lo II

B) 96,4 kJ E) 79,6 k j

C) 118,2 k j

44. Señale la(s) aseveración(es) verdadera(s). I.

C(g) + 0 2lg) — ►0 O 2,g) AH = - 9 4 kcal/mol la velo­ cidad de form ación de C 0 2 a cierta temperatura es 20 mol/L/min, entonces, la velocidad sería 60 mol/L/m¡n si la tem peratura se incrementa en 20 °C.

II. Para la reacción I. la energía liberada por el consum o de 2,4 kg de carbón serla 1480 kcal. III. Según Vant Hoff, la velocidad de una reacción varía con la temperatura, según:

re a ccio n a ria s. Qll.lVyV

48. A l fro ta r un cu b o de a zú ca r con ce n iz a s de cig a rro se q u e m a a n te s de fu n d irse , in d iq u e qué fa c to r ha in te rve n id o pa ra a c e le ra r la c o m b u stió n . A) S u p e rficie

B) T e m pe ratu ra

C) C a ta liz a d o r

D) C o n c e n tra c ió n

E) N a tu ra le z a de re a cta n te

49. U na go ta d e una so lu ció n (de vo lu m e n 0 ,0 5 m L) c o n tie n e 3 x 10 “ de ione s H ; si la ra p id e z de d e s ­ a p a rició n del H ' es de 10 7 M /s, d e te rm in e el tie m ­ po q u e re q u ie re el H . pa ra d e s a p a re c e r e n la gota.

V ,, A) Solo III D) I y II

B) Solo I E)II y III

: C) Solo II

A ) 3 x 10~8 s

B ) 6 x 1 0 9s

D ) 2 - 1 0 Js

E) 1 x 10~7 s

50. P ara la s ig u ie n te re acción N A ,,,,,

45. De acuerdo a la ecuación de Arrhenius de cinética química: K = Ae~EaR! (cte. de velocidad especial) se puede afirm ar que: A) A tem peraturas altas, la velocidad de reacción disminuye. B) A mayor frecuencia de choques m oleculares la velocidad de reacción disminuye. C) Al adicionar un catalizador la velocidad de reac­ ción se increm entará porque aumenta la ener­ gía de activación del proceso.

C) 5 x 10 6 s

*• 2 N O ; ,g, + 2®2ig¡

se observa la siguiente tabla de datos. Tiem po (h)

i n 2o 5i

(m )

0

0,849

0,50

0,733

1

0,633

2

0,472

3

0,353

4

0,265

5

0,197

430

■

A)

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

v = KlxJ [y]

32.

a p ie n s

B) v = K [x 1" ly]

c ^ = 7 £r r o [x] Iy] E)

S

A ) 220 kP a

B )1 0 0 k P a

D) 24 0 kP a

E) 320 kPa

C )1 5 0 k P a

D) v = K lx l Ly] 36. A 184 °C y ba jo una pre sió n total de una atm ó sfe ra ,

v = K lx ] 1Lz]

el d ió xid o de n itró g e n o está d iso cia d o en un 5%

La reacción A (s) + Btli —- 2C (gl , alcanza el estado de equilibrio a 25 °C. en un frasco de 2 L. Hallar el valor de la constante de equilibrio (Kc) para la reacción m encionada.

seg ún N 0 2 =

NO + 0 2

D e te rm in a r Kp a d ich a s co n d icio n e s. A ) 4 ,3 2 - 10'3 atm '

B) 5,58 x 1 0 6 atm

C )2 .4 9 x 10 9 atm

D) 6,42 x 10'3 atm

E) 4 .8 9 - 1CT atm

37. Un re cip ie n te co n tie n e P C I6lgl a 1 atm y 27 °C. Si se calien ta hasta 127 °C, la p resión del s iste m a a u ­ m enta en 50% po r la d is o c ia c ió n del PCL, en P C I3 y C L. ¿ Q ué p o rc e n ta je m o la r de P C I,,, no se ha d iso cia d o ? A ) 12,5%

B) 8 7 ,5 %

D) 75.2%

E) 94,3%

C )6 3 ,2 %

38. P ara el siste m a en e q u ilib rio A) 0,04 D) 0.11

B) 0.11 E) 0.42

C) 0 22

C aC O ?

=-- CaO,

+ C 0 2lg,;

\H = 83 kJ/m ol ¿ Q ue a lte rn a tiva fa v o re c e a la fo rm a c ió n de C 0 2?

33. En un recipiente de 2 L se coloca una mezcla equimolar de PCI, g , PCI2 y CL a 25 °C. estableciéndo­ se el siguiente equilibrio. PCI51g! -

PCI3lg + C l2(gl:

Kc = 1,8 m olL“ '

Si el PCI, se ha disociado en un 20%, entonces se puede afirm ar que: i. La concentración de PCI , en el equilibrio es 2.4 M. II. Existen 6,4 mol-g de mezcla en el equilibrio. III. La concentración en equilibrio de PCI. es 0.8 M . A) FFF D) FVF

B) FVV E) VFF

C)W V

C.s, + H ,0 , -t 31 ^ --= H 2 l5> m o|

+ CO„

Indicar la proposición incorrecta. A) Al elevar la temperatura, favorece la producción de CO. B) Al em plear una sustancia higroscópica inerte se eleva la tem peratura dentro del reactor. C) Al dism inuir la presión se produce más H,. D) Al elevar la tem peratura se descom pone más CO, variando K,., ! r:.„ E) La adición de un catalizador, dism inuye la ener­ gía de activación aum entando la cantidad de productos. 35. En un recipiente cerrado se hace Ingresar 8 m L -g de S 0 2 y 4 mol de 0 3. Si la reacción se desarrolla a temperatura constante y para alcanzar el equili­ brio se ha convertido el 80% del S 0 2. determ inar la presión de la mezcla gaseosa en equilibrio, si inicialm ente la presión era 300 kPa. + 0 2(gl -

D ism in u ir la te m p e ra tu ra .

II. A u m e n ta r 1 presión. III. C a le n ta r el sistem a. IV. A g re g a r cata liza dor. A ) S o lo I

B) II y III

D) I y IV

E) Todos

C ) S o lo III

39. En un e xp e rim e n to a 25 °C pa ra la re acción N O ..

2 NO

Las co n c e n tra c io n e s en e q u ilib rio fu e ro n re s p e c ti­ v a m e n te 0.6 0 M y 1.5 - 10 3 M C a lc u la r la c o n s ­

34. En el siguiente sistema en equilibrio

2SO

I.

230

tan te de e q u ilib rio Kc A ) 3,7 5 > 10~6

R: 2.5

D) 2 .2 5 - 10'6

E) 2,2 5 •' 10'8

10

C ) 4 ,1 7 X 10*3

40. La v e lo cid a d de re a cció n va ría cori una se rie de factores. I.

A u m e n ta cu a n d o a u m e n ta ia te m p e ra tu ra .

II. A u m e n ta cu a n d o se a u m e n ta la c o n ce n tra ció n d e las s u sta n cia s re a ccio n a n te s. III. D ism in u ye si se a d icio n a un cata liza dor. In d ica r las p ro p o s ic io n e s co rre cta s, re sp e cto a la v e lo cid a d de re acción: A)

S olo I

B) II y III

D)

I y II

E) S olo II

4 1 . La

de sin tegración

e sp ontá nea

C ) l y III

de

un

núcleo

radioactivo es una reacción de prim er orden, si el u r a n io -2 3 8 se de sintegra con la em isión de una partícula alfa, con un tiem po de vida m edia de 4 ,5

x 109 años: si para un t = 0, se coloca 1 mol de

u ra n io -2 3 8 , de term in e la cantidad de m oles de áto­ m os qu e qu edaron d e spués de mil m illones de años.

Q

A) 0,86 mol D) 0,94 mol

B) 0,52 mol E) 0,78 mol

C) 0,15 mol

u ím ic a

■

431

D) La c o n s ta n te de ve lo cid a d e sp e cífica solo d e ­ p e n d e de la te m p e ra tu ra . E) El tie m p o de re a cció n es m a y o r si se a d icio n a

42. En una reacción de orden cero, la velocidad de reacción no depende de

un c a ta liz a d o r ne gativo.

46. ¿ C u á n ta s p ro p o s ic io n e s son c o rre cta s? A) B) C) D) E)

la el la la la

temperatura catalizador superficie concentración naturaleza del reactante.

I.

La v e lo c id a d de re a cció n , re sp e cto a un p ro ­ du cto. es la m ism a en c u a lq u ie r Intervalo de tiem po.

II. Si con 10 g de c a ta liz a d o r po sitivo , la ve lo cid a d de re a cció n es 3 0 rri0^ 1- . e n to n c e s con 30 0 g de

min

43. Para la siguiente reacción: en presencia del alcohol etílico, se han obtenido los siguientes datos:

l/l

d ich o cata liza dor, la ve lo cid a d será 9 0 0 ™ — . min

C H jl + C ,H 5ONa — CH3OC2H5 + Nal

III. A l In cre m e n ta r la ve lo cid a d de re a cció n a u m e n ­ ta la fre c u e n c ia de ch o q u e s en el sistem a. IV. S olo con la v a ria c ió n de c o n c e n tra c ió n una

Tem peratura (°C)

re a cció n va ria rá la Keq de siste m a .

K (L m o r1s “1)10~5

A) 0

B) 1

C )2

D) 3

0

5,6

6

11,8

12

24,5

18

48,8

II. V ariació n d e la te m p e ra tu ra .

24

100

III. V ariació n del vo lu m e n del reactor.

E) 4

47. ¿C uáles de las acciones enum erada s conducirán a la variación de la constante de velocidad de reacción? I.

V a riació n d e la presión.

IV. In tro d u cció n de un c a ta liz a d o r en el sistem a.

44.

Determ ine la energía de activación para dicha reacción.

V. V a riació n de c o n c e n tra c ió n d e las s u s ta n c ia s

A) 49,2 k j D) 58,4 kJ

A) I, III y V

B) II y IV

D) I, V

E) S olo II

B) 96,4 k j E) 79,6 kJ

C) 118,2 kJ

Señale la(s) aseveración(es) verdadera(s). I.

C,g, + 0 2(g) — ►C 0 2(g) AH = - 9 4 kcal/mol la velo­ cidad de form ación de CO, a cierta temperatura es 20 mol/L/min, entonces, la velocidad sería 60 mol/L/min si la tem peratura se increm enta en 20 °C.

II. Para la reacción I, la energía liberada por el consumo de 2,4 kg de carbón sería 1480 kcal. III. Según Vant Hoff, la velocidad de una reacción varia con la temperatura, según:

A) Solo III D) I y II

B) Solo I E) II y III

C) Solo II

re a ccio n a rla s.

48. Al fro ta r un cu b o de a zú ca r con ce n iz a s de cig a rro se q u e m a a n te s de fu n d irse , Ind ique qué fa c to r ha in te rv e n id o para a c e le ra r la co m b u stió n . A ) S u p e rfic ie

B) T e m pe ratu ra

C ) C a ta liz a d o r

D) C o n c e n tra c ió n

E) N a tu ra le za de re a cta n te

49. U na g o ta de una s o lu ció n (d e vo lu m e n 0,0 5 m L) c o n tie n e 3 x 10 0 d e ione s H *; si la ra p id e z de d e s ­ a p a ric ió n del H ' es d e 10 'M /s , d e te rm in e el tie m ­ po q u e re q u ie re el H ', para d e s a p a re c e r en la gota. A ) 3 x 10~8 s

B) 6 x 1 0

9s

D) 2

E) 1 x 10

s

10~4 s

De acuerdo a la ecuación de Arrhenius de cinética química: K = Ae Ea/Ri (cte. de velocidad especial) se puede afirm ar que: A) A tem peraturas altas, la velocidad de reacción disminuye. B) A mayor frecuencia de choques m oleculares la velocidad de reacción disminuye. C) Al adicionar un catalizador la velocidad de reac­ ción se increm entará porque aumenta la ener­ gía de activación del proceso.

C ) 5 x 10 6 s

50. P ara la s ig u ie n te re a cció n N A , (JJ

45.

Qll.lVyV

* 2 N 0 2igl + t j O u'ij'

se observa la siguiente tabla de datos. Tiem po (h)

in

20 5] (M)

0

0,849

0,50

0,733

1

0.633

2

0,472

3

0.353

4

0.265

5

0,197

432

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Determ ine la velocidad prom edio de la reacción durante el intervalo de 1 a 2 h. A) D) 51.

0,242 M 0,051 M

B) 1.282 M E) 0,321 M

k 1Cr1 L/molmin 0,5 m ol/Lmin 0,05 L/molmin 5 x 10 1 L/molmin 10 L/molmin

orden 2 1 1 2 1

52. Marque verdadero (V) o falso (F). I. Una reacción autocatalítlca puede ser con or­ den positivo o negativo. II. Toda colisión m olecular Involucra una ruptura de enlaces y por consiguiente una reacción. III. La velocidad de una reacción solo depende de la temperatura. A) FVV D) W F

B) VVV E) VFF

C) FFF

53. Con respecto a las siguientes reacciones: 2 S 0 2(g, + 0 2(g, — ►2 S 0 3jgJ ...reacción lenta (1) 2 S 0 2(gl + 0 2(g)-^5iLV 2 S 0 3(g) ...reacción rápida (2) Indique qué alternativa es incorrecta. A) El V20 5(s) es un catalizador positivo. B) La reacción (2) es de catálisis heterogéneo. C) Si se cam bia V20 5(s, por NO,g¡ la reacción seria de catálisis homogénea. D) La energía de activación en la segunda reac­ ción es m ayor que en la primera. E) El com plejo activado en la segunda reacción es menor. 54. Indique si es verdadero (V) o falso (F). I. El estudio de la cinética química es muy im por­ tante para el ingeniero químico, pues permite hacer un buen diseño del reactor donde se efectúa la reacción. II. En la reacción Cl2(g! + CO (g) —* COCI2(gi el orden de la reacción es 2. III. El orden de reacción es siem pre un número en­ tero. A) VFV D) W F

B) VFF E) VVV

^act K = Ae RT

C )0,161 M

Calcule la constante de la velocidad y el orden de la reacción para: A + B — AB si el proceso corresponde a una reacción elem en­ tal en el instante que la velocidad es 5 < 10 5 mol/L. min, cuando [A] = 0,05 mol/L; fB] = 0,01 mol/L

A) B) C) D) E)

II. Ecuación de Arrhenius:

C) FFV

55. Indique el número de proposiciones incorrectas. I. Toda ecuación unim olecular es de prim er orden y viceversa.

III. Agitar la solución, acelera la reacción y cambia la velocidad. IV. Existen reacciones de autocatálisis. A) 0 D) 56.

B) 1 3E).4

C) 2

A partir de la siguiente reacción: 2H2(9) + 2NO (g) ►2H20 ,g, + N2(g) presenta los siguientes datos cinéticos:

Exp

INO1103 (mol/L)

i h 2] i o

3 (mol/L)

Velocidad inicial del cam bio de presión (torr/min)

1

6

1

20

2

6

2

40 60

3

6

3

4

1

6

3

5

2

6

12

6

3

6

27

Calcule la concentración del NO, si la velocidad es 24 torr/min, siendo la lH2] 36 x 104 M. A) 36 x 102 mol/L C) 20 m ol/L E) 200 mol/L

B) 0,02 mol/L D) 2 mol/L

57. Indicar el número de proposiciones correctas: I. La secuencia de pasos elementales que lleva a la form ación del producto se llama m ecanism o de reacción. II. Las especies interm ediarias aparecen en el m ecanism o de la reacción (esto es, en las eta­ pas) pero no en la ecuación global balanceada. III. El térm ino que describe el número de m olécu­ las reaccionantes en una etapa determ inada se llama la molecularidad de la reacción. IV. Las reacciones unim olecular y biomolecular son las más comunes. V. En un m ecanism o la etapa más rápida determ i­ na la ley de la velocidad de la reacción. A) 5 D) 2

B) 4 E) 1

C )3

58. Con respecto a los catalizadores, indicar cuántas proposiciones son correctas: I. Su composición no se altera en las reacciones en que intervienen. II. Pequeñas cantidades de catalizador no suelen ser suficientes para ejercer su acción. III. Los catalizadores no son capaces de provocar nin­ guna reacción que por sí misma no sea posible. IV. La presencia del catalizador no modifica el va­ lor de la constante de equilibrio en los sistemas reversibles.

Q

V.

M uchos catalizadores contienen m etales de transición.

A) 0 D )3

B) 1 E )4

C )2

59. Para la reacción de producción del amoniaco, H ,lg3 N2!g, — ►NH3(g, a determ inadas condiciones de presión y tem ­ peratura, la velocidad respecto al nitrógeno es 5 m ol.L '. min . Determ inar la velocidad respecto al amoniaco. A) 8 D) 24

B) 10 E) 30

C ) 20

60. Considere la reacción química: xJ — ►yQ Se constató que la velocidad de la reacción se octuplicó cuando la concentración m olar de J se duplicó. ¿Cuál es el orden de la reacción? A)

3B)

D )4 6 1.

Determine el orden de la reacción para J + L -— Q a partir del siguiente cuadro de valores experim en­ tales

A) D) 62.

2 C) 1

E) 0

Experimento

[J]

[Ll

V

1

0,15

0,60

0,02

2

0.30

0,60

0,04

3

0.15

0,30

0,005

Orden 0 Orden 3

B) Orden 1 E) Orden 4

C) Orden 2

Experim ento

LJJo

[Ll„

Velocidad

1

0,100

0,050

1,34 x 10 3

2

0,100

0,100

2,68 x 10~3

3

0,200

0,100

2,68 x 10~3

63.

0 1 1 1 2

1 2 0 1 0

1 3 1 2 2

Cuál es la velocidad de la reacción: H2 + Cl2 = 2HCI al iniciarse con 2 m o l-g H2 y 3 m o l-g de l2 com pa­ rada con la que tiene cuando se haya consum ido la mitad del H2 A) 1 D) 6

B) 2 E) 8

ic a

■

433

A) 3,5 x 10 4 D) 1,25 > 10”

B) 2,1

10 '

C) 1,25 x 1 0 10

E) 2.15 x 10 2

65. Sobre cinética química marque lo incorrecto: A) A m ayor concentración de los reactantes la reacción aumenta su velocidad. B) Si la tem peratura aumenta en 10 X la reacción aproxim adam ente duplica su velocidad. C) Para que los metales pesados reaccionen ge­ neralm ente se requiere de caror. D) Catálisis homogénea implica una reacción equimolar. E) Una reacción será más rápida si hay presencia de sustancias muy activas como el flúor y los ácidos inorgánicos. 66. Respecto a la cinética química, indicar el número de proposiciones incorrectas: I.

La velocidad de reacción varia con la tem pe­ ratura; pero es Indiferente de la naturaleza de reactantes. II. En toda reacción química se requiere cataliza­ dor. III. Para las reacciones de varias etapas, la velo­ cidad de la reacción esta determ inada por la etapa de mayor rapidez. IV. El número de choques m oleculares aumenta si la energía de activación es menor. B) 3

C )2

D) 1

E) 0

67. ¿Cuántas proposiciones son incorrectas?

determ inar el orden parcial y total de la reacción Orden J Orden L Orden total A) B) C) D) E)

Im

64. En una reacción química de segundo orden la velo­ cidad Inicial del productoes 5 x 1CTJ m o l-g L ’ min siendo la concentración dei reactivo de 0,2 M. Calcular el valor de la constante de rapidez en L. m o l- g ’ min ’

A) 4

Para la siguiente reacción: J + L —* Q se obtuvieron los siguientes datos.

j

C) 3

I.

La reacción: 2NO,g) + 0 2(g, — 2 N 0 2; es trimolecular.

II. Si la velocidad depende de la primera potencia de la concentración de dos reaccionantes, la reacción es de segundo orden III. Con el orden de la reacción conocemos la forma de representarse m atem áticamente el proceso. IV. El número de colisiones m oleculares es el re­ sultado directo de las concentraciones. A) 4

B) 3

C )2

D) 1

E) 0

68. Sobre cinética química marque lo incorrecto: A) A m ayor concentración de lo reactantes la reac­ ción aumenta su velocidad. B) Si la temperatura en 10 X la reacción aproxi­ m adam ente duplica su velocidad. C) Para que los metales pesados reaccionen; ge­ neralm ente se requiere de calor. D) Catálisis homogénea implica una reacción equimolar.

434

■

E)

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Una reacción será más rápida si hay presencia de sustancias muy activas como el flúor y ios ácidos inorgánicos.

69. Indicar cuántas proposiciones son no Incorrectas: I. La velocidad de la reacción directa aumenta con el tiempo. II. La velocidad de una reacción química al inicio es mayor. III. El empleo de un catalizador altera la energía de activación. IV. M olecularldad es el orden de reacción. V. La cinética de una reacción es indiferente al grado de división de los reactantes. A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

III. La reacción es de orden cero. IV. En equilibrio químico: v, = v2 V. La reacción es birnolecular Señale lo correcto: A) 1

C )3

D) 4

E) cero

72. Señale lo no correcto: I.

En la reacción gaseosa: SO + 0 2 = S 0 3. SI el volumen ha disminuido a 25% del valor inicial, entonces la velocidad directa aumenta 32 veces.

I!. La reacción: J + 3L — ►productos; necesaria­ mente es de cuarto orden. III.

E) 5

70. Según la ley de acción de masas de Guldberg y Waage, marque la velocidad de reacción que es incorrecta. Con­ sidere el orden de reacción como suma de coeficientes:

B) 2

Si la velocidad de consumo de J es 6 m o/Lmin entonces Q se forma a razón de 1,5 mol/Lmin. 2Jg + L — ►1/2 Q

A) Solo I D) I y II

B) Solo II E) 1,11 y III

C) Solo III

73. Sobre la cinética de las reacciones: A)

N 2(g) +

3H2(gl —

►

2NH3(g)

I.

La Ley de acción de masas indica que la velocidad de una reacción es proporcional a la temperatura. II. La velocidad está influenciada por las orientaciones relativas de las moléculas a medida que se aproximan. III. Orden y molecularidad pueden ser num érica­ mente ¡guales. IV. Las reacciones de orden cero son hipotéticas, pues ninguna se aproxim a a dicha condición. V. La constante de velocidad es función de la tem ­ peratura. Señale lo no correcto:

Vreacción = K [N 2J[H2] 3 B) C(s) + - ^ 0 2lgi — ►CO íg)

Vreacción=

K t O j 1'2

'

C) NH4HS(s)— ►NH3lg) + H2S(g) Vreacclón = K ÍN H .H S i D) H2(g, + l2(g) — ►2HI(g) Vreacclón = K [H 2][ I 2] E) 2 N 0 2(g) —*■ 2N O (g) + 0 2(g,

A) II y V D) I y IV

Vreacclón = K [N 0 2] 2 71. En la acción de brom o sobre la acetona en medio ácido. Por etapas: CH 3 - CO - C H3

CH3 - COH = CH2

CH j-COH = CH 2+ B r2

CH3-CO -CH2Br + HBr

CH3-C O -C H 3+ B r2 = CH 3-CO -CH2B r+ H B r Se cumple: I. La constante de equilibrio: v,/v2 II. La etapa lenta determ ina la velocidad de la reacción.

1. C

11. E

21. B

2. D 3. E 4. C 5. C 6. C 7. B

12. D 13. B 14. E 15. D 16. C 17. B

22. D 23. C 24. C 25. A 26. C 27 E

18. B 19. C 20. C

28. B 29. B 30. C

8. D 9. E 10. C

I. II. III. IV. V. VI.

Temperatura Concentración de sustancias. Tipo y material del reactor Orden de la reacción y catalizador Tamaño de partículas de reactantes. Naturaleza de sustancias.

A) I

36. D 37. B 38. C 39. A

48. C 49. B

40. D

50. C

33. A 34. C 35. A

C) I y II

74. Respecto a la ley de acción de masas y la cinética de una reacción, no es de im portancia:

41. A 42. D 43. E 44. A 45. E 46. B 47. E

31. D 32. E

B) I, IV y V E) II y V

B) II y III

51. A 52. D 53. D 54. B 55. B 56. E 57. C 58. E 59. B 60. A

C) III

61. D 62. A 63. C 64. D 65. D 66. B 67. E 68. D 69. B 70. C

D) IV y V E) V

71. c 72. O 73 D 74. C

i :

Ácidos y bases

Cl O O

Jo h a n n e s N ico la u s B ro n ste d , q u í­ m ic o y físic o d a n é s (22 d e feb rero d e 1879-17 d e d ic ie m b re de 1947). R e c ib ió el g rad o e n In g e n ie ría q u í­ m ic a en 1899 y el d o c to ra d o en F ís ic a el a ñ o 1908 p o r la U n iv e rs i­ d a d d e C o p e n h a g u e , d o n d e in m e ­ d ia ta m e n te lo d e sig n a ro n pro feso r. E n 1906 p u b lic ó su p rim e r trab ajo so b re la a fin id a d d el e le c tró n y en 1925 in tro d u jo la te o ría p ro tó n i­ c a d e las re a c c io n e s á cid o -b a se , s im u ltá n e a m e n te c o n el q u ím ic o in g lé s T h o m a s L o w ry . L u e g o tra ­ b a jó e n c o la b o ra c ió n c o n el su e c o G e o rg e H e v e sy en la se p a ra c ió n de lo s isó to p o s d el m e rc u rio . A s im is m o , e ra c o n o c id o , ju n to c o n L o w ry , p o r la te o ría d e l d o ­ n a n te d e l p ro tó n y re c o n o c id o ' c o m o u n a a u to rid a d e n la c a tá lis is ■*> p o r á c id o s y b ases. S u p rin c ip a l o b je tiv o fu e c o m p la c e r las te o ría s ya c re a d a s de la c la s ific a c ió n de á c id o s y bases, e n c a m in a d a s a fa c ilita r la c o m p re n s ió n y d is c u s ió n de las re a c c io n e s b á sic a s o a c id a s . S u g irió el u so d e la fo rm a h id ra ta d a p o rq u e q u e ría in d ic a r q u e el ag u a a c e p ta lo s p ro to n e s, es d e cir, q u e se c o m b in a c o n e llo s. B ro n ste d d e se a b a a p lic a r los té rm in o s «ácido*- y «base» en u n se n tid o m á s a m p lio y e n u n c ió n u e v a s d e fin ic io n e s d e eso s c o n c e p to s. U n « ácid o B ro n sted » se rá to d a s u s ta n c ia q u e . e s p e c ia l­ m e n te e n s o lu c ió n a c u o s a , se a c a p a z de c e d e r u n p ro to n ; m ie n tra s q u e u n a «base Bro n sted » se rá c u a lq u ie r su s ta n c ia q u e p u e d a a c e p ta r u n p ro tó n . Fu ente* W ik ip e d ia

436

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Teoría de Bronsted-Lowry

<4 ÁCIDO Tienen sabor agrio como el vinagre. Corroen los metales (hierro, cinc, etc.) con despren­ dimiento de hidrógeno y producen sustancias crista­ lizadles, de sabor salado, que se llaman sales. Cambian de color algunas tinturas, llam adas indi­ cadores, así decoloran la disolución enrojecida de fenolftaleína y colorean de rojo la disolución azul de! tornasol.

<4 BASE O ÁLCALIS •

Definen ácido y base según el criterio de protones. A.

Ácido. Es la sustancia que puede donar una pro­ tón (H+)

B

Base. Es la sustancia que puede aceptar un protón. HCN + H20 = a cido

Poseen sabor caustico como el jabón. Al reaccionar con los ácidos producen sales y agua. Devuelven el color rojo a la disolución de fenolftaleina decolorada por los ácidos y azulean el papel de tornasol enrojecidos por estos.

—

0

J NH, + H30 !

=

á c id o

base

base c

t

p a r c o n ju g a d o

t

base

+ CI (H*)

H,SO,, ■^4 (ac)

20

+ SO 4 (diprótico)

h 3po.4 (ac)

30

+ PO ¡ (triprótico)

base , conjugado

p a r c o n ju g a d o

f NH¡^ M H . 0

á c id o

á c id o c

H2SOa + OH á c id o c o n ju g a d o

base c o n ju g a d o

Un ácido fuerte genera una base conjugada débil y una base débil genera un ácido conjugado fuerte. f --------------- “1 HCI + H20 = Cl

[i-F] + NO ¡ (monoprótico)

H N 0 3(ac)

a.c id ° conju g ad o

HSO ¡ + J H 2Q =

Ácido. Es aquella sustancia que en solución acuo­ sa se disocia liberando iones hidrógenos (H+). HC.U, "(a c)

H30 * + CN

Si la sustancia es ácida su conjugada es una base y viceversa. Formando el par ácido base conjugado.

<4 TEORÍAS DE ÁCIDOS Y BASES Teoría de Arrhenius (1886) A,

base

á c id o fu e rte

base d é b il

base d é b il

L_

h 3o * base fu e rte

_ t

Anfóteros. Una especie se dice que es anfótera o anfolita, cuando en algunos casos se comporta como ácido y en otros casos se comporta como base. Ej.: (H 20 ) alcohol etílico, (C 2H5O H ), hidróxido de aluminio [A l (OH)3j; iones com plejos de m etales pesados Zn, Sn, Sb, Cr en forma de sim ilar a los hidróxidos de aluminio.

H + protón

E je m p lo :

B.

Base. Es aquella sustancia que en solución acuo­ sa se disocian liberando iones OH*. E je m p lo : NaOH(ao)

AI(OH),,ac!-

A l*3+ 3 (O H )'

HAIO:,-,. -

3H + + A IO ; 3

hidróxido de aluminio

H20 < ;

(O H)'

Na*

OH"

(m onobásico)

H ,0 + H ,0 —► H30 * + OH" KO H(aci

K+

*

+

Ca(OH)2(ac) :

Ca2* +

AI(O H)3(ac, :

A l+3

(OH)-

(básico)

2(OH)~ (dibásico)

base ácido

H3P 0 4(acl + 3 (OH)-

(tribásico)

Las sales provienen de la sustitución del H de los ácidos por metales. Las sales en solución acuosa se disocian pero no se producen iones H+

H ,P O ; H P O 4

h 2p o ; + H+ hpo

—

P O 4"

2" +

h*

+ H*

Sustancias anfipróticas: H2P O ¡; H PO 2 Aplicaciones: 1. ¿Cuál especie son ácidos?

E je m p lo : H20 = CINa,acl —

CP + Na*

S 0 4Na2(acj — ( N 0 3)2C a(ac)

S O i + 2Na*

■ h 30 *

/b a s e

OHá c id o

Rpta. fenol y el hidronio

á c id o c.

cr b a s e c.

Q

2.

¿Cuál es el carácter del ¡ón Cl ?

■

u ím ic a

437

Cl

NH, + HCI = N H ¡ + Cl C l- -A l

Resolución: NH, + HCI = N H ¡ + Cl ácido fuerte

JO - H

I Cl Enlace covalente coordinado

base débil

Existen sustancias de im portancia química y bioló­ gica, cuando se encuentran disueltas en agua:

C.

Ácidos de Lewis. Son aquellos compuestos cuyo átomo central no han com pletado el octeto. Cl — Be — Cl (BeCI2)

Jugo gástrico

—► HCI

Limón

—► ácido cítrico

Lejía

—► NaOH

Drogas

—► aminas

H— B— H ! H

(BH 3)

Todos los iones positivos, en virtud a que pueden aceptar electrones.

Agua de batería —► H2S 0 4 Ácidos y bases fuertes. Son aquellas que en agua se ionizan en un 100% de sus m oléculas entre ellos tenemos:

A g \ C a +2, A L 3, H '

(cationes)

E je m p lo : A g ' + 2(íCN ) -a [NC ¡ A g 'tC N ] Complejo de coordinación

Electrolitos

Aquellas sustancias cuyo átomo central presenta Ácidos h 2s o

4

HNO j HCI HBr Hl h c io 4

Bases

uno o más enlaces múltiples. C 0 2; S 0 2 ...

NaOH KOH Ca(OH)2

E je m p lo : ÍO H_ NI :QJl/ * c H' II o

Ácidos y bases débiles. Son aquellas que en agua solo se disocian una cantidad pequeña. E je m p lo : Ácidos h ,p o 4 h 2c o

3 HF, H2S HCN CHjCO O H

Bases nh3 A I(O H )2 n h 4o h

D.

/ - — O"

/

O -H

I

I :0 - — C

=

I

II

H

H

Son bases de Lewis: Son aquellas cuyo átomo central tiene uno o dos pares de electrones no compartidos. Ó / \ / ° \ H5 H C ,H , H (agua) (etanol) [:c SE Ñ ]

í:o — H r

(cianuro)

(oxhidrilo)

Todos los iones negativos (aniones): C L , S 3 O 2 ...

<4 FUERZA DE ACIDEZ Teoría de G. N. Lewis (1916) Es una teoría más generalizada que las teorías anterio­ res, su definición está basada en los pares de electro­ nes, que se comparten así: A.

Ácido. Es toda la molécula o ¡ón que acepta un par de electrones.

B.

Base. Es toda molécula o ión que puede donar un par de electrones. F H— N— H + B— F I H base

I F ácido

N H■

Es la capacidad o aptitud que tienen los ácidos para producir Iones hidrógeno, ellos se miden según la con­ centración de iones hidrógeno generado en el equilibrio. En hidruros. Aum enta con la polaridad en la tabla pe­ riódica. CH4 NH, H20 HF aumenta Cuando disminuye la energía de enlace.

F

HCI HBr Hl

En oxácidos. Aum enta con el m enor tam año del átomo central.

j HICL < HBrO,

menor tamaño

HCI 0 4 (grupo)

438

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

(no es una reacción á cid o -b a se ya que no se transfiere protones H \ sino iones oxidrilo OH").

Aum enta con el mayor estado de oxidación (con el mis­ mo elemento no m etálico) +1 HCIO

+3

HCIO,

+5

+7

HCIO,

HCIO,

4.

¿En cuál o cuáles de las siguientes reacciones el agua actúa como una base?

= CHjCOOH

I.

1.

Se llama anfótero a la sustancia que:

II. H20

4

CN" = HCN

a) Puede tom ar diferentes números de moléculas

III. H20

4

NH3 = NH;

IV. H20

4

H3P 0 4 = H ,0 "

de agua. b) Puede em itir radiaciones alta o radiaciones

H 20 4

CHjCOO

E je m p lo s :

V. H20 4 H S 0 4 =

beta. c) Puede absorber o dar calor. d) Puede actuar como un ácido o como una base

4

OH4

OH

4

OH

4

4

H2P 04 "

H30 4 s o ¡

Resolución: El H20 actúa como una base (acepta un protón)

según las circunstancias. H20 base

e) Puede variar de color desde el violeta al verde.

4

H3P 0 4 = H ,0 " ácido

4

H2PO¡

Resolución: Una sustancia es anfótera o anfiprótica cuando ac­ túa como un ácido y una base. 2.

H ,0

4

S04

Rpta. IV y V

En el sistema conjugado: H -0 + NH3 =■ NH.i + OH ¿Cuál de las alternativas agrupa a las sustancias que se comportan como ácidos de Bronsted-lowry?

5.

Indicar. ¿En cuál de los siguientes conjuntos un com puesto no es considerado como ácido de Arthenius:

I. NH3 y N H 4

II. H20 y N H ¡

I.

IV. NH3 y H20

V. NH3 y OH"

III. H2O y O H "

HCI; H N 0 3; CH 3COOH

II. H2S 0 4; NH3; HCI III. NH4; CH2COOH; H N 0 3

Resolución:

IV. H C I0 4; HF: HCI H20 + NH, =---- N H , 4 OH" ácido base ácido c. base c.

t

t

Resolución:

Ácidos: Bronsted y Lowry : H ,0 y N H 4 De acuerdo a la teoría de Bronsted y Lowry. ¿Cuál de los siguientes equilibrios no involucra una reac­ ción á cido-base? I.

HCN + KOH = H20 + KCN

Arrhenius (ácido): sustancia que en solución acuo­ sa da lugar a la formación de iones H" o iones H30 +. H2S 0 4 4 H20 = H S O ¡ 4 H30 + (ácido) NH3 4 H20 = NHy 4 O H" (base) HCI 4 H20 = H30 4 Cl" (ácido)

II. N H ¡ = NH3 + H '

<4 EQUILIBRIO IÓNICO

III. NaHCO, + H ,0 = H2C 0 3 + NaOH IV. A I(O H )2 4 H20 -

V. N H 4 +; HCI: H2S 0 4

AI(O H)3 4

La disociación iónica de las m oléculas de un electrolito es una reacción reversible.

H+

V. HCI 4 A g N 0 3 = AgCI 4 HNO, Resolución: Ácido: sustancia capaz de ceder protones H 4 Base: sustancia capaz de aceptar protón H+ Por ejemplo:

La ionización de un soluto en un solvente polar como el agua, establece un equilibrio entre los iones form ados y la cantidad de m oléculas no ionizadas. Para los casos de ionización de electrolitos débiles de­ berá plantearse la constante de equilibrio (Ka; Kb; Kw; etc) dicha constante tiene las mismas características que el Kc, y el Kp.

H ,0 ácido

4

KCN base

Ionización el ácido débil CH3COOH

La alternativa IV Ka

OH A I(O H )2

4

H ,0

4

H20 =

[C H 3C 0 0 " | H 30 [C H 3COOH]

CH3COO

H ,0 "

[H 2OJ = cte. = 1

[C H 3COO ] = [H 30"1; Ka: constante de acidez

Q

Ionización de base débil NH,

H-,0 =

NH, - OH

= Kb =

En general:

[NHTj[OH

~ W 7 \~ [N H 4] = [OH ]; Kb: constante de basicidad

■

u ím ic a

439

|H 30 ' ] = [0 H ( = 10

<♦ POTENCIAL DE HIDRÓGENO (pH) Es una form a sencilla de m edir el carácter ácido o bási­ co de una sustancia química. Se evalúa con la concen­ tración i ] de los Iones hidronio (H30 “ )

Los ácidos politrópicos se Ionizan por etapas:

pH = - lo g jH ] = - lo g |H 2O r]

Acidez

E je m p lo : Grado de basicidad:

H,CO,

pOH = -lo g (O H )'

■~(P)

Propiedad:

■■■ (y)

[H C O , j[H ¡O l

1. H2C 0 3 + H20 =■- HCOjj + H30 ; K, = -

co

_ | C 0 3][H 30 f

Rango del pH:

[H C O , ]

Rxn global: H CO

• 2H O •

CO

• 2 -i O

K

[ C 0 3 ][H 30 ‘ ]2

Ácido pH

+ OH“

2

3

B ase

4

5

6

7

H— \— I— I— \— h 8

9

10

14

[o]o________ in c o lo ro

F e n o lfta le in a (I)

K,„: Producto iónico del H-,0 mol [H 30 “ ! = fH +] .

N e u tro

1---- 1---- 1-----1— I--- h1

P apel to rn a s o l

Kw = [H 30 “ |[0 H |

ro s a d o

8. 3

10.0

« INDICADORES Son sustancias químicas orgánicas, que cambian de color al añadirlas a un ácido o una base. El cambio de color de! indicador se llama viraje, utilizándolos se puede determ inar aproxim adam ente el pH de una diso­ lución, pues cada indicador vira en un intervalo de pH determinado.

Experimental a 25 °C: lT J)

En el equilibrio: [H 30 | = (OH ] (neutro) En 0 ):

i 0

Ionización del agua pura

K„ = 10

0 < pH < 7 Carácter ácido pH = 7 C arácter neutro 7 pH < 14 C arácter básico

Escala:

|H 2c o 3]

K3 = K,K,

H ,0 + H ,0 = H ,0

pH f pOH = 14

;

[H 30 “ ] = (OH ] = 10

- mol

En la tabla aparecen algunos Indicadores de uso fre­ cuente:

CAM BIO DE COLOR Ácido Básico

Indicador

Intervalo de pH

Azul de timol

rojo

amarillo

1,2

2,8

Azul de bromofenol

amarillo

azul

3,0

4,6

Anaranjado de metilo

rojo

amarillo

3,1

4,4

Verde de bromocresol

amarillo

azul

3,8

5,4

Rojo de metilo

rojo

amarillo

4,2

6,2

Tornasol

rojo

azul

4,5

8,3

Azul de bromotimol

amarillo

azul

6,0

7,6

Rojo de fenol

amarillo

rojo

6,8

8,4

Fenoltaleína

incoloro

rojo

8,3

10,0

Am arillo de alizarina

amarillo

violeta

10,1

12,0

1,3,5 - trlnltro benceno

incoloro

anaranjado

12,0

14,0

440

■

C

o l e c c ió n

U

n íc ie n c ia

S

a p ie n s

Equipo de titulación

E je m p lo s : Hallar el pH de los siguientes casos: 1. Solución de HCI 1M 1 HCI,ac) = 1HT + i c r 1M 1M La razón m olar es de 1 a 1 1 mol de HCI se disocia form ándose 1 mol de iones (H ) = (H3CT)

<4 GRADO DE DISOCIACIÓN

[H ] = 1 M

nó moles disociados n.° moles Iniciales

pH = - lo g [ H +j = - lo g 1 => pH = O De: pH + pOH = 14 =» pOH = 14 2.

Solución HCI 10M [ H *]

10 1021 = ¡HCI]

Al disolverse la molécula de una sustancia en agua puede disociarse o no, pero si se disuelven m uchas moléculas, una parte de ellos se disociará en iones y otra porción quedará en form a no disociada. Según el grado de disociación se clasifican los electro­ litos en fuertes y débiles.

pH = - lo g [ H +] = —log(10) pH = - 1 (es posible pero no Importante)

disociado com pletam ente Ka alto electrolito fuerte

Si a = 100% (1)

Solución NaOH 1M NaOH,; N a ' + OH 1 mol 1M

(a )

1 mol 1M

Si a valores bajos

[O H ] = 1 pOH = - lo g [O H “ ] = —log(1) => POH = 0

E je m p lo s : 1.

En (y): pH = 14

<4 TITULACIÓN O NEUTRALIZACIÓN ÁCIDOBASE

Calcular la concentración de Ión hidrógeno y el porcentaje de disociación en una disolución 2,0 x 10 ' VI de HCN . KaHCN = 4,5 x 10 10 Resolución: disociación HCNiac)

Disociación

X

X

x

X

X

X 2 .0

10

•

o

H + CN

2,0 x 1Q !2

Inicial

Equilibrio

Reacción de neutralización:

«

o

Cuando se mezcla una solución de un ácido fuerte con una base fuerte se produce una reacción de neutrali­ zación: HCI + H20 — HaO* + e r NaOH + H20 —► Na+ + O H“

tendencia a disociarse \ Ka bajo [ electrolito débil

Na++ O H + H , 0 ‘ + C r —* N a C'Pao) U , + O H“ + H,CT O H- + H ,0 +

H20 con K(ao)= ¿

= 101'

Com o la constante de equilibrio del agua es grande, se puede considerar que todo el ácido reacciona con una base y por lo tanto se vuelve neutra. La titulación concluye cuando la cantidad de ácido y base que se han mezclado es tal que el pH = 7, a este punto se le denom ina punto de equivalencia y en él se encuentran cantidades estequiom étricas equivalentes del ácido y la base. n- eqacid0 = n. eqbase Para titular una solución desconocida con una estándar, se emplean ciertas sustancias denom inadas indicado­ res á c id o -b a se que son por lo general compuestos orgánicos capaces de cam biar de coloración cuando cambia de pH del medio donde se encuentra.

Ka = 4,5 x 10“ Reemplazando

Ka =

[H ][C N -] [HCN]

(x)(x) 2 ,0 x 1 0

-x

4 ,5 x 1 0

= 4 ,5 x 1 0 '10 ~ x2= 9 x 1 0 2 ,0 x 1 0 “

Como es un ácido débil el grado de disociación es muy pequeño. 2,0 x 10“ 2 - x * 2 , 0 x 10“ 2 mol x = 3,0 x 10 [H +] = 3,0 x 10 L Grado de disociación a: a =

3 ,0 x 1 0 “ 2 , 0 x 10“

Porcentaje de disociación: _ 3 ,0 x 1 0 “ ' j(1 0 0 )% = 1,5%

2 ,0 x 1 0 '

Q

2.

¿Cuál es el pH de una solución de ácido acético 0,1 normal. Si Ka = 10 5?

8x10 0,1 pOH = -lo g [O H [O H ] =

CH.CO O

CH3CO O H(ac) = 0 ,1

0

X

X

Disociación

Ka 10

I X

O

Equilibrio

CH3CO O " + H ’ 0 X

X

Iniciales

+ H ,0 +

X

H ,0 =

[C H 3COOH] (x)(x) 0,1 - x

10 3

2=

pH = - lo g lH - ] pH = —log< 10 3)

10 '

10

IH I

= 8 x 10 = - lo g (8 x 1 0 '3)

pOH = 2,1 (de pH + pOH = 14)

pH = 11,9

<4 HIDRÓLISIS DE IONES Para un ¡ón en disolución: Una reacción de hidrólisis es una reacción del ión con el agua, en la que se produce una transferencia protónica.

mol L

pH =

Existen 2 tipos de iones: Un anión (ión negativo) =» que sea una base conju­ gada de un ácido débil.

pOH = 11

Un catión (ión positivo) => que sea un ácido conju­ gado de una base débil.

_ moles disociados moles iniciales

Base conjugada de un ácido débil

« = 1 2 - í = 0,01 v a = 1% Calcular la constante de ionización de una solución de 0,01 M de HCN que está Ionizado en 0.02%

Es el ión producido por transferencia de un protón del ácido al agua. HA + H20 — A

+

H ,0 *

base c o n ju g a d a

Resolución: HCNlac)

=

H

+

0

CN-

E je m p lo :

0

cr CH,COO

Iniciales

0,01

Disociación

2 x 10 6

2 x 10 6

2 x 10 6

Equilibrio

0,01

2 x 10 6

2 x 10 6

Reacción hidrólisis; el anión (la base conjugada) reaccio­ na con el agua. La disolución se transforma en básica. A

Disocia: 0,02% = 2 x 1 0 4[H C N ]

+ H ,0

-

HA + OH

Disocia: 2 - 1 0 '4 x 10 2 = 2 x 10 6

Se transfiere en protón desde el H20 a la base

[H C N ](ac) = 0,01 - (2 x 1 0 '6) = 0,01 despreciable

De (I): Ka :

[H ][CN

2 x 1 0 6(2 x 10 0,01

[HCN]

(I)

base conjugada de HCI base conjugada de CH 3COOH

[H C N ] = 10 2

HCN

441

Cualquier sal que se disuelva en agua lo hace para for­ m ar iones de cargas opuestas que están hidratados. A la posterior reacción de los iones con el agua se deno­ mina hidrólisis y para este proceso se consideran por separado la reacción del catión y la del anión.

_ [C H 3COO ]|H ]

i=

■

n,0H , = 8 x 10

Resolución: CH,CO O H

u ím ic a

) De (II): Kb :

(II)

[A ][H 30 ' ] [HA] [HA]|O H

[A l

Ka = 4 x 10 ’°m o l/L

R e a c c ió n d e u n a b a s e (e l ¡ón A ' ) co n e l H ,0 .

Multiplicando: (Ka)(Kb) = [H ,0 ][O H ] 4.

Se encontró que 0,0005 mol de Ca(O H )2 disuelto en 100 mL de solución, está disociado en 80%. Calcular el pH de esta disolución.

Kw (Ka)(Kb) = Kw Kb =

Resolución: Vsol = 100 mL = 0,1 L nCa(O H)2 = 0,0005 = 5 x 10 4 moles

Ácido conjugado de una base débil

: 80%(5 > 10 4) = 4 x 10 4 mol Ca(OH)2(ac) -

Ka: cte. [ HA] Kb: cte. [A - ]

La hidrólisis de la base A es inversam ente proporcio­ nal a la fuerza de su ácido conjugado HA.

Disocia: 80% (nca-oH!2)

Moles

Kw Ka

C a’2

Iniciales

5 x 10 ' 4

0

Disocian

4 x 10 4

4x10“

+

1. 20H 0 2(4 x 10 4)

n h 3 + h 2o =

nh; + oh

á c id o c o n ju g a d o

[ n h 4-][ o h [N H 3¡

442

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Ejem plo:

Resolución: NH4Clar - N H 4 + Cl 0,2M 0,2M

Sal de amonio NH4CI este proporciona iones, am o­ nio por disociación completa (se ignora el Ión de carga contraria Cl).

No se toma en cuenta los iones (Cl )

Hidrólisis del ácido conjugado produce una disolu­ ción acida:

II.

Se hldrollza NH! = 0,2M nh

N H ; + H20 = NH3 + HjO Utilizando abreviatura de H para el protón del h 2o .

Disociado

N H j ■- NH, + H ...

Equilibrio

Iniciales

Presentando Ka: cte. equilibrio para este ácido.

Ka =

[N H j ]

(Ka)(Kb) = Kw = [H '][O H I

X

X

X

X

0.2

-

x

KbN„ 3

=

(0.2

x)

10 „ = 5,6 x 10 1 ,8 x 1 0 5

mol L

pH = - lo g | H ] pH = -lo g ( 1 ,0 5 x 10 5)

(Ac es el ión acetato: CH3C O Cr). 14 a

0

WM

x = |H ] = 1,05 x 10

C alcular el pH de la disolución NaAc con 0.100M Kw: 10

0

= 5,6 < 10 !0 0,2 - x o x = 1.05 - 10 ;

Kb: cte. [N H , Ka: cte. I NH¡

Ejem plos:

K a:1,8 < 10~5 (CH3COOH)

.-. pH = 4,98

Constantes de disociación de ácidos (~ 25 °C)

Resolución: Ácido

En la disolución de NaAc (Na + Ac) se puede des­ preciar la hidrólisis del Na porque es muy fuerte su base conjugada (NaOH)

Acético CH3COOH

La reacción determ inante del pH es:

Cloroacético CH2CICOOH

H -0

=

HAc -

0 ,1

0

D is o c ia n

X

X X

E q u ilib rio

1 X

In ic ia le s

Fórmico HCOOH

OH

Hidrazónico HN3

0 X

Cianhídrico HCN Fluorhídrico HF

.

+

Benzoico C„H„COOH

X

Ac

0

1.

NH3(acl + H-

X

IN N IJ H I

n h 4][ o h

Kw Ka = Kb

=

0.2

|N H , |

Kb =

h 2o

Como: |N H 4| catión: Ka

[N H 3][H~] Ka = r [N H 4] De ec. (I):

4+

De NaCNI: IN aAc] = [A c ] = 0,1M Ac (base): V _ Kb = Kw = [HA c ][OH ] Ka [A c ] Kb=

10 1,8x10

Yódico H I0 3

0,17

Nitroso HNO z

4.5 X 10

Propiónlco C2H3COOH

1,3 X 10

Base Am oníaco NH3 Anilina C6H5NH2 x - 7.5 ■ 10

mol [O H] = 7,5 x 10~e L pOH = -lo g IO H l - —log(7,5 x 10 6) pOH = 5,13 pH = 14 - pOH a. pH = 8,87 Calcular el pH de la disolución NH4CI con 0,20M (Ac es el ión acetato: CH 3COO ). Kb(NH,): 1,8 x 10 a KwiH O;. 1.0 ■ 10 4

4 5

Constantes de ionización de bases (= 2 5 °C)

x(x) ( 0,1

= 5.6 x 10 0,1 - x desprecia

Ka 5 1,8 X 10 5 6.4 < 10 3 1.4 X 10 1,8 X 10 4 5 1,9 X 10 10 4,9 X 10 4 6,7 X 10

Kb 1,8 x 10 5

Etilamina C 2H5NH2

4.0 < 10 10 4.3 v 10 4

Hldraclna N2H.;

1.3 x 10 6

Piridina C5H«N

1,7 x 10 4

Trietilam ina (C2H5)3N

5.3 x 10 4

Ejem plos: 1.

Calcular el pH y el % de hidrólisis en la disolución del form iato de sodio 0,6M. Ka(HCOOH) = 1,8 - 10 4 Kw = 1,0 x 10 14 = Kh„0

(% hidrólisis) x 10J

Q

pH - 5,4

<4 SOLUCIÓN REGULADORA

HCOO" + H .O -

Equilibrio

O

X

HCOO + OH O

Hidroliza

X

X

X

X

0 ,6 - x

Se halla Kb (base): forma (OH CH 3COO Kb = [HCOOH][OH ] _ |HCOO ] Kb =

Kw Ka

Amoriguadora, buffer o tampón Una solución o disolución reguladora es una mezcla de una disolución de un ácido débil con una de sus sales, o una mezcla de una disolución de una base débil con una de sus sales y se denominarán disoluciones reguladoras acidas o disoluciones reguladoras básicas, respectivamente. E je m p lo :

H A c / NaAc NH, / NH.CI

x: 0,6 - x 0

1 ,0 - 10 1, 8 - 10"

Se caracteriza porque m antiene el pH dentro de límites bien estrechos, aunque se le adicione ácidos, bases u otros electrolitros.

Kb = 5,5 ■. 10"

En (1): 5,5 - 10 " = ^

E je m p lo : mol L

x = [OH ] = 5,8 x 10"

pOH = -lo g lO H ] pOH = -log(5.8 ■ 10 6) = pOH = 5.24 pH = 14 - pOH pH - 14 - 5.24 pH = 8.76

0,1 mol HAc (ácido acético)

■ O

0,1 mol NaAc (acetato de sodio)

■ O

En 11 de H ,0 : De ( 2 ) : NaAc —» Ac 4 Na"

Se disocia completamente Na —►no participa Se halla la [A c ]

S a l ió n ic a

% Hidrólisis: _ moles hidrolizados moles iniciales 5,8 a 10 6 a = 0,6

D e© :

QV , n j 0/ - a = 9.7 ■ 10 %

HAc

Ac + H"

disociación parcial

La presencia de Ac en NaAc impide que se ionice por com pleto el ácido acético.

(% hidrólisis) ' 10 4 =5 9.7

Solo se determ ina la concentración del ácido acético.

Calcular el pH de la hidrólisis de la siguiente solución de cloruro de etil amonio (C2H,,NH, Cl ) 0.55M.

De ecuación ( © : Ka

_ [H '][A c (HAc]

Kb = 4.3 x 10"4 (C2H3NH2) (etilam ina) Ka Resolución: Cloruro de etil amonio: C 2H5NH3CI 0,55M Se ioniza [C 2H5NH3"[ = 0.55M ( C l) no se toma en cuenta, Hidrólisis: x

(HAc] - O

[A c ]

IH A cj y [A c [ vienen determ inadas por las concentra­ ciones que se han preparado en disolución. Tomando logaritm os ambos miembros. Ecuación © ) :

mol L

lo g (H ‘ ) = logKa + log

|HAc] [A c"

Inicial Hidroliza Equilibrio

+

c 2h 5n h 2 + h 3o

X

X

X

X

X

0,55 - x

[ c 2H5NH3] Kw Kb

=

0,55

_ [C 2H ,N H 2][H ,0 ]

Ka =

h ,o

O

c 2h 5n h :

O

2.

443

pH = —logLH" l = --log(3.6 x 10 h)

Hidrólisis: x m ol/L

0 ,6

■

x = [ H30 | = 3,6 x 10"6M

Resolución: Formiato de sodio: HCOONa 0.6M Se ioniza IHCO O ] = 0.6 inicial l Na ] — ► no se toma en cuenta

Iniciales

u ím ic a

1,0 x 10" 4 ,3 x 1 0 "

(x)(x) _ X2 ( 0 ,5 5 - x ) 0,55 0

Cam biando de signo ( - ) Ácido: pH = pKa + log

[A c ] [HAc]

En forma más general: pH = pKa + lo g - i (ácido)

(o)

Base: sim ilar OH , Kb 2,32 x 10"

2,32 x 10 11 = O í— =» x = 3,6 ■ 10 0.55

pOH = pKb + log

[base]

()

444

■ C o l e c c i ó n U n i c i e n c i a S a p ie n s

E je m p lo s : 1.

a. Cuando se añaden 0,05 n i2 l HCI reaccionan

¿Cuál es el pH de una solución 0,2M de ácido n i­ troso H N 0 2 y 0,05M de nitrito de sodio? Ka: 4,5 x 10 4 (H N 0 2)

com pletam ente con el ion acetato (Ac ) form an­ do ácido acético:

/ log3 = 0,48\ ' log5 -- 0,7 I

Resolución: ácido : [H N 0 2] = 0,2M

HCI

+ Ac

Inicialm ente 0,55

0,20

0,20

Rxn

0,55

0,05

0,05

0

0.15

0,25

Equilibrio

-■= HAc + Cl

sal: [ N 0 2 1 = 0,05 (nitrito de sodio) pKa = -lo g K a = -lo g (4 .5 x 10 4)

[H A c] = 0,25; [ A cj = 0.15

pKa = 3,35

Reem plazando en la ecuación (T ):

Aplicando ecuación (o ):

pH = 4.74 + log

f salí

^ pH = 4.52

,, , [N 0 21 pH = pKa + log = pKa + log HNO, jácido]

El pH ha dism inuido en 0,22 unidades.

Reemplazando:

b. Cuando se añaden 0,05

pH = 3,35 + log

' 0,05 \

pH = 2,75

■0 , 2 0 I

de NaOH se de­

sarrolla el proceso contrario. Se reduce I HAc] y aum enta |A c ].

2.

Calcular el PH una disolución que es 0,03M en NH3(ac] y 0.07M en NH4N 0 3.

HAc + NaOH = Ac Inicio

Kb - 1,8 x 10 5 para NH3iacl (log2 = 0,3; log7 = 0,84: log3 = 0.47)

Rxn

IN H jl = base

[N H 3| = 0,03 pKb = - lo g (1,8 y 10 5) = 4.74

0.05

0,05

0

0,25

pOH = pKb - log y [base]

pKb + log

|n h : ¡n h 3

Una disolución es 0.200M en ácido acético y 0,2000M en acetato de sodio. ¿Cuál es su pH? ¿Qué cambio de pH se produce al añadir a 1 litro de esta disolución 0.050 moles de: (b) NaOH

l 0,25 pH = pKa + lo9 | h a c ] = 4,74 + log 0,15 .-. pH = 4.96

IA c ] = [C H ,C O O ] [H A c] = | CHjC O O H ] pH = 5 Aplicando a: ¡Ac" pH = pKa + log [HAc] log

Ignórese los cambios de volumen. Ka = 1.8 x 10 5(CH3COOH)

[A c [HAc]

|A c ] [HAc]

Resolución:

[N aAc] = [ Ac] = 0,2M

(inicial)

Cálculo de pH ecuación (o ):

pH = 4,74 + log

0,200 0,200

..©

pH = 4,74

5 = 4,74 + log

0,26 => 10o26 —

1,82

(inicial)

... calculando problem as anteriores.

pH = PKa + log |A c rl [HAc]

[Ac ] = 0,25 IA r

Resolución:

pOH = 5,11; pH = 14 - pOH =» pH = 14 - 5.11 .-. pH = 8,89

[H Ac] = 0,2M

t H20

Utilizando ácido acético y acetato de sodio. Se pre­ para una solución reguladora con un pH = 5,00. pKa = 4,74. Hallar la [Ac] y [HAc]

0,07 pOH = 4,74 + log? * 0,03

(a) HCI

x Na

0.2

El pH cambia en 0,22 unidades, pero en sentido contrario.

De ecuación ó:

pKa = 4,74

0,55

[H Ac] = 0 ,1 5 ;

[N H 4 1 = 0,07 originado por disociación NH4N 0 3

[H O O C 2H3] =

0,05

Equilibrio 0,15

Resolución:

3.

0.2

[A c [ [HAc]

[A c ] [HAc]

.-. [H Ac] = 1,0M [Ac ] = 1.82M (acetato de sodio)

El pH de la solución que resulta de m ezclar 10 mL de NaOH 1M, con 10 mL de CH3COOH 1M está com prendido entre los siguientes valores: Datos: K , n = 1,0 x 10 14 K ch3cooh : 1 ,8 x 1 0 " Resolución: n.° m oles = MV

Q

CH ;,COOH

NaOH 0,01 L 1M

0,01 L 1M

CH.CO ONa ■+ H ,0

|A c ] inicial = ~ ~

u ím ic a

■

445

~ 0,5 molar

a c e t a to d e s o d io

Kb

1 n. m o le s 0 . 0 1 0.01 0.01 moles Se tiene una disolución de Acetato de sodio: ya que Ac es una base débil: debe producirse la hi­ drólisis Por lo que la disolución no será neutra.

_ |H Ac][O H l _ ¡Ac"

Pero: Kb - ^

Ka

En (1): 5,5 x 10

(x)(x) 0,5 - x

- M *™ 1 ,8 x 1 0 10

_

x2 0 ,5 - x

... (

■-

1)

Kb = 5 ,5 x 1 0 10

=> x = 1,67 - 1 0 '6

x = [O H ] = 1,67 ■ 10 5 ^ p(OH) - - lo g lO H ] = —log(1,67 x 10 5)

20 mL

p(OH) - 4,78 de pH + pOH = 14 HAc (C H 3C O O H )

A c Na

Kh o Kb = - ^ Ka

Ac

Inicio

0 ,5

0

0

X

X

X

Hidroliza Equilibrio

+

H ,0

=

0 ,5 - x

AcH

y

X

OH~

El ácido nitroso es un ácido débil que en disolución acuosa presenta el equilibrio: HNO,,

+ H20 , d -

H o

Un ácido débil solo se ioniza ligeramente en agua, pero reacciona cuantitativamente con la base fuerte (OH ) que se añade. Una base débil solo se ioniza ligeramente en agua pero j reacciona cuantitativamente con el ácido fuerte (H ') que se añade.

X

PROBLEMAS 1.

- NO

RESUELTOS

Resolución:

en 2,12%. Determ inar el valor de la constante de acidez, Ka, de este ácido.

I.

Respecto a las proposiciones:

Resolución: El ácido nitroso (H N 0 2) es un ácido débil monoprotico: para una solución acuosa de 1 molar se tiene el equilibrio: H 20

— HjCT + N 0 2

Donde el % de disociación (% a) es 2,12%. sabemos: para molaridad 1

Incorrecto Las sales se producen por reacción entre un ácido y uno base (hidróxido), el cual no es con­ jugado del ácido.

II. Incorrecto El H20 es un ácido débil y una base débil, por lo que su conjugado: H30 o OH~ es fuerte. III. Correcto De acuerdo a la teoría de Bronsted-Lowry: HA = (ácido débil)

% u = -/Ká (100) Ka =

Ka = 4,5 x 10

se cumple:

Un ácido y su base conjugada reaccionan para form ar sal y agua. II. El H20 es ácido fuerte comparada con el H3CT III. La base conjugada de un ácido débil es una base fuerte.

B + H' (base fuerte)

IV Incorrecto

¿Cuál de las siguientes proposiciones es verdadera? I.

H " " '

IV. La base conjugada de un ácido fuerte es una base fuerte. V. Una base y su ácido conjugado reaccionan para form ar una disolución neutra.

Pruebas experim entales, a 25 °C. m ostraron que en una solución 1.0 molar el HNO¿ se disociaba

HNO, +

pH = 9, 22

0.01 0,02

N a [A c

V.

HA —► B + H* (ácido fuerte) (base débil)

Incorrecto La mezcla de una base o ácido y su conjugado produce una solución buffer o tampón que es una solución reguladora del pH. Por lo tanto, es correcto solo la alternativa III.

446

3.

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

El ácido fórm ico se Ioniza mediante: HCOOH + H20 = H30 ‘ + HCOO donde Ka = 1,8 ■ 1(T4 Hallar el valor de Kb del Ion form ato (HCOO ) si su Ionización es: HC O O - + H20 = HCOOH + OH Dato: Kw = 1 > i c r 14 a 25 °C

Ácidos

Ka

CH,COOH

1,8 ■ 10 5

CsHpCOOH

6,5 ■ 10-5

HCN

4,9 x 10 ,0

HCIO

3 - 10 3

HF

6,8 x 10-4

Resolución: Se observa que el HF posee mayor Ka, por lo que su fuerza acción es mayor.

Se cumple en todo ácido o base débil y su respec­ tivo conjugado:

6.

KaKb = Kw = 10 Para el ácido fórm ico (HCOOH) HCOOH + H20 = H , 0 ‘ + HCOO Ka = 1,8 x 10 4 Su conjugado: HCO O - + H20 KaKb = 10 44 (1,8 x 10 4)Kb Kb = 5, 5 x 4.

Sustancia

HF CHjCOOH HCOOH HCN

Base conjugada

I. HCN II. HF III. HS

HCOO , reacciona con el agua: = HCOOH + OH

iv.

hso

CNF" H;S H ,S 0 4

;

Resolución:

= 10 14 10-"

Para encontrar la base conjugada de una sustan­ cia esta debe actuar como ácido ( donador de H ’ )

Señalar la fuerza relativa, en orden creciente, de las bases conjugadas de los siguientes ácidos. I. II. III. IV.

Señalar cuales sustancias figuran con sus bases conjugadas correctas:

Ka 7.2 >. 10 4 1,8 x 10-5 1,77 x 10-4 7.2 x 10-'°

I.

Base conjugada F" C H jC O O HCOO

HCN

H*

CN

I!. HF

H

F

III. HS

H*

S 4

IV. HSO „

h

+; so.,2;

bases conjugadas

CN" Por lo tanto, las bases conjugadas correctas son I y II.

Resolución: Sabem os que de acuerdo a la teoría ácido-base de Bronsted-Lowry se cumple.

7.

HA = HT + A (ácido débil) (base fuerte)

Calcular los gram os de hidróxido de sodio nece­ sarios para obtener 250 mL de una disolución con pH igual a 10. NaOH

Ácido

Ka

Base conju.

HF

7,2 x 10-4

F

CH jCO O H

1,8 x 10-5

CH,COO

HCOOH

1,77 ■' 10-4

HCOO

HCN

7,2 x 1Q-10

CN

N a (ac! ' OH iac)

Dato: PA (Na = 23; O = 16: H = 1 ) Resolución: Se desea preparar una solución acuosa de NOOH (M = 40), donde: V = 250 m L = 0,25 L

pH = 10

Por lo tanto, podem os concluir: Fuerza áclda: IV < II - III < I Fuerza básica: I < III < II < IV

pOH = 4

[O H -] = 1 0 4M

Señalar cuál de los siguientes ácidos es más fuerte:

Se observa que: ¡ NaOHl = [OH J = 10''4M

I.

Ka = 1,8 x lO -5

n.° m olesNaOH = MV = 10 “ (0.25)

II. C6H5COOH

Ka = 6 ,5 x 1 0 5

n.° moles = 2,5 - lO -5

III. HCN

Ka = 4 , 9 x 1 0 10

m = (2,5 x 10 4)(40)

IV. HCIO

Ka = 3 x 1 0 - 8

V. HF

Ka = 6,8 x 1 0 "

CH 3COOH

Resolución: La fuerza de los ácidos depende de su grado de di­ sociación lo cual determ ina su constante de acidez (Ka), por lo que se cumple: Fuerza acida (dp) Ka

Disociación del NaOH en H20 : NaCH(a, . N a + OH;ac)

8.

x

m = 0.001 g

Señalar verdadero (V) o falso (F) según ponda: I.

corres­

Según la fuerza ácida: HCIO„ H B r0 4 > H I0 4

II. Según la fuerza ácida: HF > HCI

HBr > Hl

III. Un ácido débil es aquel que está ionizado par­ cialm ente en solución acuosa.

Q

Resolución:

I.

Respecto a las afirmaciones. I.

H B r0 4

447

(ácido fuerte)

pH - -Io g 0 .1

HBr

Hl

pH = 1

II. HCN; M = 0,1

(ácido débil)

Kc = 4,9 x 10 10 [H I = M¿C~0 [ H f j = ^4~97T

H I0 4

II. Falso En los halogenuros, la fuerza acida es inversa a la electronegatividad del halógeno: En: F Cl > Br I Acidez: HF • HCI

■

.-. [HNO-.j = [ H ' | = 0,1 M

Verdadero La fuerza acida para los oxácidos de no m eta­ les de un grupo (igual EO) es el inverso al radio atóm ico del no metal: (VIIA) radio: Cl . Br - I Acidez; H C I0 4

H N 0 3; M = 0,1

u ím ic a

o

1°(0.1) = 7 x 10 6

pH = - log(7 v 10 6)

.-. H = 5,15

12. Indicar como verdadero (V) o falso (F) según co­ rresponda: I.

Kw = 10 ’4 a 25 °C

II. (Ka)(Kb) = 10 III Verdadero Se denominan ácidos débiles a aquellos que no se disocian al 100% en agua.

III. A 25 °C si |O H | = 10 7M Entonces Kw = 10 14 Resolución:

9.

El NH3lgl se disuelve en agua form ando el am onía­ co acuoso NH3(a;l. ¿Cuál será su Kb si inicialm ente la concentración del NH3 es 0,1M y su porcentaje de ionización es del 1%? Resolución: El porcentaje de ionización (%«), de una base débil como el NH,. se determ ina según:

De acuerdo a las afirmaciones: I Verdadero La autoionización del HaO produce el siguiente equilibrio: H -0 , = H . + C H ., Donde a 25 C: [H 1 = [OH I = 10~7M Kw = [ H ][O H | = 10 14

%u = « ( 1 0 0 ) II Donde: C0: Concentración inicial. Para el amoniaco acuoso 0,1 M y 1% ionizado: VKb(0.1) 1= ■ - ( 100) 0,1

Kb = 10

Verdadero Para un ácido o base y su respectivo conjugado se cumple a 25 °C (Kb)(Ka) = Kw = 10

III. Verdadero Si a 25 °C, se tiene:

10. Determ inar el pOH de una solución de un ácido débil m onoprótico cuya constante de acidez es Ka = 10 5 y su concentración inicial es 0,1M. Resolución: Para un ácido débil m onoprótico, su pH se determ i­ na según: pH = - lo g lH - ] ;

[ H ] = yK a Q

Datos: Ca: 0,1M; Ka = 10 5 => [H ] = V10 5(0 ,1) = 10 ’ M pH = -Io g 1 0 3 = 3

.-. pOH = 11

11. Disponemos de dos m atrices A y B que contienen sendas disoluciones acuosas. El primero, 50 mL de HNO, 0.1M y el segundo, 50 mL de HCN 0,1M. C alcular el pH en cada una de las disolu­ ciones. Ka[H C N ] = 4,9 ■ 10% log(7) = 0,845 Resolución: Se dispone de dos soluciones ácidas, donde se de­ sea m edir el pH. pH = - lo g lH ]

[O H ] = 10 7 M

[H 'J = 10 7 M

a

Kw = 10 14

13. Determ inar la constante de ionización [ Ka] para un ácido débil m onoprótico, si para una solución 0,5M se verifica un grado de ionización del 0,32%. Resolución: Para una solución acuosa 0.5M de un ácido dé­ bil m onoprotico. su porcentaje de ionización es de 0,32% por lo que su constante de acidez (Ka) es: %o -

Q - lü ü ;

0 .3 2 ,

«

5 ) 0,5

( |0 0 )

.-. Ka = 5.12 x 10 hM 14. En la etiqueta de una botella de vinagre comercial se indica que la acidez es de 5%, es decir, que contiene un porcentaje en masa de ácido acético (CH3COOH). Para comprobar si es cierto, se va a realizar una valoración ácido base utilizando NaOH 0,1 M. Si para valorar 5 mL de vinagre se consumen 33 mL de hidróxido de sodio, ¿es cierto lo que dice la etiqueta y cuál será la molaridad en la solución ácida?

448

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

PA (C = 12; H = 1; O = 16)

NaOH(M = 40) puro, donde:

Densidad del vinagre = 1 ^ L

PE

Resolución:

M _ 40 n.°O H" 1

: 40

Se cumple: n.° Eq - g NaOH = (NV)HCIC,4

Se tiene una muestra de vinagre de 5 mL (D = 1 g/mL) cuya etiqueta dice que posee 5% en masa de ácido

= 2(0,4)

.-. M = 32 g NaOH

acético CH 3COOH (M = 60), por lo que su molarldad lo hallamos de: _ 10D g.% m

18.

10(1 )(5)

M

60

M = 0,83 = N(0 = 1) Para com probar dicha m uestra se neutraliza con NaCH 33 mL M = N = 0,1

[H 7]

[O H ]

PH

pOH

Ácida 0 básica

2,5 x 10 4

f N V) MaCH — lN V >CH3COOH 0.1(33) = N(5)

Com plete la tabla siguiente calculando las cantida­ des que faltan e indicando si la solución es ácida o básica.

6,9 x 10 8

N = 0,66 = M

3,2 15. Determ inar el pH resultante de adicionar 10 m L d e H N O 3 0,1M sobre 20 m L d e KOH 0,1M. (log3 = 0,48)

5,7 Resolución: De acuerdo a las relaciones:

Resolución: Se mezclan las m uestras siguientes: 1.

M = N = 0,1 V = 10“ 2 L n.° m olesH2 = NV = 0,1 x 10“ 2 = 10" 3

H N O 3

II. KOH M = N = 0,1 V = 2 x 10" 2 L n.° m olesOH- = NV = 0,1(2 x 10 2) n.° moleSoH = 2 x 10 3

u 7 l básica pOH < 7 J

Se observa que hay un exceso de iones O H " de 10 3 m oles en un volum en total de 3 x 10" 2 L

Datos del problema:

pOH = -lo g O ,033 = 1,48

[O H ]

[H *]

[O H "] = , 10~3 „ = 0.033M ( 3 x 10" )

PH

POH

Ácido 0 base

2,5 x 10” 4

pH = 12,52

16. Determ inar la concentración m olar de ción de Ba(O H)2 cuyo pH es 12,3.

6.9 x 10 8

una solu­

3,2 5,7

Resolución: Com pletando valores

Se tiene una solución acuosa de Ba(CH)2 el cual es una base fuerte, ya que:

PH

POH

4 x 10" 11

3,6

10,4

ácido

7,2

ácido

Ba(O H)2(ac) —> 2C H (ac) + B a (ac) pH = 12,3 pOH = 1,7 [O H "] = 10" 1’7 M = 2 x 10" 2

1,4 x 10" 7

De la reacción se observa:

6,3 x 10" 4

1,6 x 1 0 "11

5 x 10" 9

2 x 10 6

[O H ]" = 2[B a(O H )2]

Ácido 0 base

[O H "!

[H *[

6,8

10,8 8,3

ácido ácido

.-. Ba(O H )2 = 10"2M = 0,01 M 19. 17. Determ inar la masa (en g) de hidróxido de sodio puro necesaria para neutralizar 400 mL de ácido perclórico 2N.

Calcule el pH de una solución 0,2M de HCN HCN(ac) -

Hracl + CN;ac, ;

PA (Cl = 35,5; Na = 23)

Ka = 4,9 x 10"'° Dato: log(9,9) = 0,99

Resolución:

Resolución:

Se desea neutralizar al ácido perclórico (HCIO J cuyo volumen es 400 mL (0,4 L)

y N = 2, con:

Una solución acuosa de HCI de concentración (Co) 0,2 se disocia parcialm ente según:

Q

CN;aci

[ H ‘ ] = 9,89 x 10-6

HCIO

HCN

CeH ,O H

4,5 x 1 o 4

3 ,5 x 1 0 8

4 ,0 x 1 0 “’ °

1 ,3 x 1 0 “ ’°

“El ácido de m ayor fuerza ácida produce la base conjugada más débil”:

¿Cuál es la base conjugada de cada uno de los

pectivamente? Resolución: Para identificar a las bases conjugadas, de ciertas especies como: H C I0 4, H2S, PH¡ y HCO , Estos deben actuar como ácidos según Bronsted y Lowry: A 4 H

Los ácidos Ka = 2,4 x 10 12 Ka = 4 , 5 x 1 0 4 Ka = 3,5 x 10~8

h 2o 2

2 HCIO HCN c 6h 5o h hno

O

pH = 5

ácidos siguientes: H C I0 4; H2S; PH4 ; H C 0 3 res­

Ka = 1,3 x 10 10

Se observa que el H N 0 2 es el ácido más fuerte, el cual produce la base conjugada más débil. 23. Una m uestra de jugo de m anzana recién extraído tiene un pH = 3,76. Calcule | H3O h] Resolución:

(B a se co nju g ad a )

Una m uestra de jugo de naranja posee: pH = 3,76 ____

Luego: h c io 4

—

H”

4

C I0 4

H2S

=

H+

4

HS~

ph;

=

H"

4

X CL

= .

H”

4

hco

3

Sabemos:

pH = —log[ H ]

[H ” ] = 10 pH = 10 “ 3,76 .-. [H +] = 1,7 x 10~4

c o ;2

Bases conjugadas 2 1.

HON2

X

=> pH = - lo g (9,89 x 10“ 6)

HA -

Ka

449

Se sabe que de acuerdo a la teoría de Bronsted y Lowry:

[H +] = v 4 , 9 x 10_ 1 0 (0,2)

(Á cid o)

H20 2 2,4 x1 CT2

■

Resolución:

[He j = v'KaCo

20.

Á cid o

I1

4

A O

H” c)

Ka = 4,9 x 10 10 Sabemos:

7< Q)

H C IV ,

u ím ic a

24. Calcule el pH de una solución: I. II.

H C I0 4 Ca(OH )2

0,04M 0,01 M

¿En cuál o cuáles de las siguientes reacciones, el agua actúa como una base?

Datos: Log (4) = 0,60, considere que son electrolitos fuertes.

I.

Resolución:

H20

4

NH3 -

II. H ,0

4

H3P 0 4 =

NH4 4 O H H30 ”

III. H20 4 H S 0 4 =

4

H30 4 4

IV. H20

4

CN~ «

HCN

V. H20

4

CH3COO~ =

4

Para las soluciones dadas:

H2P 0 4

so;

I.

CH3COOH

H C I0 4

0.04M

h c i o 4 -------► h ” 4 c í o ;

OH~ 4

OH~

(0,04M)

(0.04M)

[H 4] = 0,04M

Resolución: De acuerdo a la Teoría de Bronsted-Lowry Ácido —»- Dona protón (H” ) Base —► Acepta protón (H” )

pH = —log(0,04) = 1,4 II. Ca(OH )2

0,01M

Ca(OH )2 -------- ► 20H ~ 4 C a” 2 (0.01M)

Adem ás, el agua actúa como base si acepta un ión hidrógeno (H+), luego se transform a en ión hidronlo (H30 +).

2(0,01M)

[O H “ ] = 0,02M pOH = —log(0,02) = 1,7 .-. pH = 12,3

H^

4

H20 =

H30 +

Esto ocurre en las reacciones II y III 2 2 .

Indique cuál de los ácidos siguientes presenta su base conjugada con la m enor fuerza relativa que los demás:

25. El hidróxido de calcio (cal apagada) es la base fuer­ te más barata y es la que se utiliza generalmente en las operaciones industriales en las que nece­ sitan concentraciones altas de 0 H 4 Además, el Ca(OH)2lsl es poco soluble en agua, solo 0,16 g de

450

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

C a (0 H )2 /1 0 0 m Ld e disolución a 25 °C. ¿Cuál es el pH de la disolución saturada de Ca(OH)2,,,,a 25 °C? log (4,4) = 0,64

R e so lu ció n : Para las especies: HNO

PO: , I :CC

Resolución: La solubilidad del Ca(OH)2 a 25 °C es: 0.16 g C a(OH )2

I.

100 mL H ,0 0,1 L

n.° moles = =■ = M >.

74

M = 2,16 x 10"2 Ca(OH )2

* 20H

2,16 x 10 2

pH = 12,64 26. Indique si cada proposición es verdadera (V) o fal­ sa (F) según corresponda: 1.

Los ácidos y bases cambian la coloración de los pétalos de flores coloreadas. II. La ecuación: NH3 + H20 — O H " + N H ] , fue utilizada por A rrehenius para explicar el carácter básico del amoniaco acuoso. III. Bronsted y Lowry explicaron la existencia del ion hidronio, H30 4, en las soluciones acuosas de ácidos. Resolución: Verdadero Estos com puestos actúan como decolorantes de los tintes naturales.

II. Falso De acuerdo al proceso:

I

=

nh

] + OH

T

H" El NH3 es aceptor del protón (H4), por lo que es una base, según Brónsted-Lowry. III. Verdadero El agua al actuar como base form a el ion hidro­ nio (H30 4) de acuerdo a la teoría de BronstedLowry: H20 4 + H4 =

H30 "

.-. VFV

I. Todas las especies son ácidos. II. Solo hay una base. III. Existe una sustancia anfiprótica.

H" + CO

HC O ] + H 4 = P 0 43-)- H" =

H2CO, HPO42

III. V e rd a de ro Se observa que la especie H C O ] actúa como ácido y como base es anfipróstico .-. FFV 28. Determine la proposición falsa (F) sobre las propie­ dades generales de los ácidos: I. Los ácidos son de sabor agrio, II. Los ácidos desplazan oxígeno de los metales activos. III. Los ácidos desplazan dióxido de carbono de los carbonatos. IV. Los ácidos presentan reacciones de neutraliza­ ción con las bases. V. Les aumentan el pOH del agua. R e s o lu c ió n : I.

C o rre cto Los ácidos débiles (que se pueden probar) po­ seen a sabor agrio; por ejemplo el ácido cítrico.

II. In c o rre c to Los ácidos desplazan a sus hidrógenos frente a los metales activos: CH!(gC) + Z n(s) ► ZnCI2(ac) + H2jgí III. C o rre cto Al reaccionar frente a los carbonatos o bicarbo­ natos Producen gas C 0 2(g!: HCI + C a C 0 3 —* CaCI2 + C 0 2 + H20 IV. C o rre cto Al contacto con las bases se neutralizan: HCI + NaOH —► NaCI + H20 V

27. De las siguientes especies: H N 0 3, P O Í f , H C O ], indique con verdadero (V) o falso (F) las siguientes proposiciones:

•

II. F also Son bases el H C O ] y el PO43 ya que pueden ser aceptores de protones (H 4):

+ C a42

POH = - log(4,32 x 10“ 2) = 1,36

n h 3 + h 2o

HCO

2(2,16 x 1 0 " 2)

[O H "] = 4,32 x 10"2

I.

HNO, —► H + N 0 3

= 2.16 x 10 3

n.“moles 2 , 1 6 x 1 0 " 3 Vsol 0,1

F also Solo son ácidos el H N 0 3 y el H C O ], ya que pueden donar protones (H 4):

C o rre cto Al agregarse al H20 increm enta su acidez, es­ tos dism inuye su “pH” y aumenta su “pO H”

Por lo tanto, es incorrecto la alternativa II. 29. Indique como verdadero (V) o falso (F) según co­ rresponda:

Q

I. Kw = 10 '4 a 25 °C II. KaKb = 10 ,J III. A 25 C si |O H i = 10 7M Entonces Kw - 10 14 R e s o lu c ió n : I

V erdadero La autolonlzaclón del H20 produce el siguiente equilibrio. H O • H ac - O H , [H ! = ¡OH | = 10 7M Kw ■= IH | i OH i = 10 ’4

II

V e rd a de ro Para un ácido o base y su respectivo conjugado se cumple a 25 °C Kb'Ka = Kw = 10~ 4

III V e rd a de ro Si a 25 °C, se tiene: I OH i - 10 7M

■

451

II. Arrhenius define a un ácido como todo com ­ puesto que la disolverse en agua produce iones hldromo H ,0 III. Bronsted y Lowry define a uri ácido como toda una sustancia. Ion o molécula capaz de donar un protón a otra especie que generalm ente es el agua. Resolución: De acuerdo a las teorías de ácidos y bases. I.

Donde a 25 °C

u ím ic a

Falso Una base de acuerdo a la teoría de Bronsted y Lowry actúa como aceptor de protones (H ).

II. Falso La teoría de Arrhenius establece que todo {a c i­ do en solución acuosa produce iones (H +). III. V erdadero Un ácido de acuerdo a la teoría de Bronsted y Lowry actúa como donador de protones (H '): con el H O reacciona: HA + H O •• HjCT + A (Á cid o)

(H l = 10 7M

.-. FFV

y Kw = 10 14 32. El ácido nitroso es un ácido débil que en disolución acuosa presenta el equilibrio:

VW 30. Calcule los gramos de hidróxido de sodio necesa­ rios para obtener 250 mL de una disolución con pH igual a 10. NaOHlaa —

Na,ac, +- O H¡aCl

Dato: Á r: Na = 23: O

16 H = 1

H N 0 2(ac, + H2Oin =

H30 ,a{, ^ N 0 2,ac

Pruebas experim entales, a 25 °C, mostraron que en la solución 1,0 m olar ei H N 0 2 se disociaba en 2,12%. Determine el valor de la constante de aci­ dez, K a. de este acido. Resolución:

R e s o lu c ió n : Se desea preparar una solución acuosa de NaOH (M = 40). dónde: V = 250 mL = 0.25 L pH = 10 pOH = 4 ¡OH i = 10 4M

El ácido nitroso (H N 0 2; es un ácido débil monoprotico, para una solución acuosa 1 molar se tiene el equilibrio: HNO; - H ,0 = H , 0 ' - NO, Donde ei % de disociación (% «) es 2,12%. Sabemos: Para m olaridad 1 % a ~ v Ka (1 0 0 1

Disociación del NaOH en H20 NaOH ,,, ■ - Na .

+ OH.,

Se observa que: lN aO H ] = [OH ] = 10 4 n.° moles., . = MV = 10 “ (0,25) n.° moles = 2,5 • 10~~5 m = 2,5 ' 10 5(40) .-. m = 0.001 g 31. Señale verdadero (V) o falso (F). según correspon­ da acerca de las definiciones de ácidos y bases dadas por Bronsted y Arrhenius. I.

Bronsted y lowry. define una base como todo com puesto que al disolverse en agua, produce o forma Iones O H ó

Ka = Ka = ( i i í o - H

w

f

Ka = 4 6 ■ 10 4 33. Cierta amina se comporta en solución acuosa como una base débil m onohldroxllada. Una solu­ ción 0.04M de la amina tiene una concentración de iones OH igual a 10 4M. ¿Cual es el pH de la solución y cuál es el valor de la constante de diso­ ciación K b. respectivam ente? Resolución: Del dato: [OH ] = 10 4, se obtiene el pOH = 4 y pH = 10 para obtener K„ (Constante de disociación), reali­ zam os ia disociación de la base débil.

452

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

R - N H 2(ac) -

a p ie n s

Falso El ácido fosfórico es un ácido triprótico, ya que puede liberar 3 protones (H+):

R - NH 3 + O H “

Inicio

0,04M

Disocia

XM

XM

XM

Equilibrio

(0,04-X )M

XM

XM

-

-

0 1 •O

Del dato [ 0 H “ ] Eq = 10“ 4M = X La constante de disociación está relacionada por: K b

10

/ H r liberables

(10“4)(10“ 4) 0,04 - 10“ 4

II. Verdadero Los ácidos siguientes se disocian parcialm ente por lo que se consideran débiles:

despreciable ”

0,04 34.

[R -N H 3][O H ] [R -N H 2] 2,5

x 10“

Para cada una de las siguientes reacciones, identi­ fique a las sustancias denotadas como: X, Y, W, Z. I.

H C I0 2 + H20 - - C I0 2 + H30 + Z Y II. OCI“ + H20 - HOCI + O H“

X

O -P O -H

CH3COOH

Ka = 1,8 x 10“ 5

HCN

Ka = 6,2 x 1CT10

C6H6NH2

Ka = 7,4 x 10“ 1°

III. Falso La medida del "pH", no determina la fuerza ácida o básica, solo el grado de acidez de la solución.

w

.-. FVF Resolución: 36.

De acuerdo a las reacciones: I.

HCIO, + H20 =

(Z)

C I0 2

H30 +

(Y).

J

Resolución:

Á cido (D o n a d o r de H +)

B ase conju g ad o

(X)

- HOCI + O H“ (W)

Si pH = 2,88 =. LH+ LH+] = 10“ ' " ' Si log1,3 = 0,12 => 10o1

Para el equilibrio iónico HCO OH(ac) =

A cido C o njug a do

X : Base

Y : Base

W : Ácido

Z : Ácido

x = [H +1] = 1,3 x 10“

El ácido fosfórico, H3P 0 4, es uno de los ácidos más im portantes en la industria y se le puede considerar como un ácido diprótico.

II. Los siguientes electrolitos CH3COOH, HCN, C6H5NH2.

son

débiles:

III. Si el pH de una solución es 1,2, luego se le pue­ de considerar como un ácido débil. Datos: Ka(CH3COOH) = 1,8 x 10“ 5

[ h c o o “ ][ h ~1] [HCO O H]

K.

Indique con verdadero (V) o falso (F) las siguientes proposiciones: i.

HCOOLacl + HCOO+;cl

Equilibrio 1,08 x 10 4 - x

Por lo tanto, las especies pedidas son:

35.

10ü'14 x 10

1,3

=> [H +1] = 1,3 x 10“ 3M

L

Base (A ce p to r de hT

Calcule la constante de equilibrio K, del ácido fórm ico HCOOH, si una solución de dicho ácido 1,08 x 10“ 2M, tiene pH de 2,88. Dato: log1,3 = 0,12

K.

________< 1 , 3 X 1 Q " 3)2

1 ,8 X 1 0 “

( 1 , 0 8 X 10 “ 2 - 1 , 3 X 1 0 “ 3)

37.

Una disolución acuosa 0,01 N de ácido m onoprotónlco tiene pH = 4; si se diluye la disolución a la mi­ tad, ¿cuál serla la concentración de iones hldronio, H30 +, en mol/L? Resolución: Ácido m onoprótlco: HA pH = 4 => [H +] = 10“ 4 Determ inamos Ka

Ka(HCN) = 6,2 x 1CT10

HA

-

H+

+A“

Ka(C6H5NH2) = 7,4 x 1CT10 Resolución: Respecto a las proposiciones:

Inicial

: 0,01

Equilibrio : 0 , 0 1 - x

x

x

Q

Kg = f I I A I _ X2 HA 0 ,0 1 - X

Al dividirse a la mitad : l( A

form an un par con­

= 0,005 mol/L

Analizando la reacción acido-base según Brons­ ted-Lowry tenem os

Resolución:

=

H ,E '

: 0,005

] Equilibrio : 0 ,0 0 5 -x

I _

+A

-

-

X

X

d on a 1 H '

C H 3N H 2 +

I C H 3C O O H

base

í ^

á cido

C H 3C O O

) + C H 3N H 3

base co n ju g a d a

p ar co n ju g ad o

X2 0 ,0 0 5 - X

X)

d on a 1 H

I

ácido conju g ad o

|

par conju g ad o

I. Ka = o ^ o s * 0 . 005 >

C H 3N H 3

453

IV. El CH 3NH2 dona el protón (H ‘ ) al CH 3COOH.

n m

[H 30 " ] [ a [H A]

y el

O O H

■

(0,01 » X )

H A + H ,0 I Inicial

III. El C H 3 C jugado.

_ <10“ 4>; 0,01

u ím íc a

Verdadero El CH3NH2 está actuando como una base por­ que acepta el protón ( H ) .

X = [H 3O r ] = 7,1 x 10 5 mol/L 38.

Según la teoría acido base Bronsted y Lowry, seña­ le verdadero (V) o falso (F) respecto a la siguiente reacción de protolisis.

I.

El CH3NH2 es un acceptor del proton (H*)

II. El ion acetato, CH,COO , es la base conjugada del CH-.COOH.

II. Verdadero El CH3COOH al donar un protón (H ) se trans­ form a en el ión acetato, CH,CO O III. Falso Los pares conjugados que se forman son C H3NH2/C H 3N H j y el CH3C O O H/CH3COO . IV. Falso El CH3NH2 acepta un protón del CH 3COOH.

PROBLEM AS DE EXAMEN DE ADMISION UNI

ío]

PR O BLEM A 1 (U N I 2 0 1 2 - 1) C alcule el pH después de la adición de 49 mL de solu­ ción de NaOH 0,10M a 50 mL de una solución de HCI 0 ,10M durante una titulación ácido-base.

“ -> _•

.

Exceso: 10

m ol HCL

NaOHlac¡ + HCI,ac) —► NaCI(ac) + H20 ((| A) 4 D) 1

B) 3 E )0

C) 2

10

[HCI]

=

10

, mol

9 9 x 10'

Resolución: Además: HCI,ac,

En el proceso:

1 m ol

C M = 0,1 m oí/L"\

M = 0,1 mol/L

X y

V = 50 mL

= 49 mL

/

NaHO(acl

\

O 1 mol \

\ +

10 “

HAc, + c iA m ol

[H 1+] = 10

-3 mol

pH = 3 Clave: B

HCI(ac) —► NaCI(ac)+ H20 (l)

PRO BLEM A 2 (U N I 2 0 1 2 - 1)

O 1 mol

Indique las bases conjugadas de las especies químicas H2S y H CO 3 en solución acuosa, respectivamente.

0,1(49 x 10 3) = 0,1(49 x 10 3)

A) S2' y CO 3 D) S2“ y H2C 0 3

B) HS y C O ¡“

C)

OH y H30 "

E) H3S ‘ y H2C 0 3

se consum e Al final

Resolución:

Exceso = 0.1(50 x 10 A - 0,1(49 x 10 3) = 10“ 4 mol

Nos piden las bases conjugadas de H2S y HCO 3 Por teoría de Bronsted y Lowry

454

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III. H2S + H: 0 = ácido

base

H30 ' + HS

ácido base conju g ad o conjugada

Verdadero Para la solución final pH = 3 [ H ] = 1CrpH = 10 3 moi/L

Por lo tanto, son correctas I y III. Clave: E

H+

PROBLEMA 4 (UNI 2 0 1 3 - I)

h c o 3 + h 2o = ácido

base

H30 ácido base conju g ad o conju g ad a

Clave: B

PROBLEMA 3 (UNI 2 0 1 2 - II) Se tiene una muestra de agua destilada (pH = 7). Se alegra una pequeña cantidad de ácido acético puro (CHjCO O H). Luego de agitar la mezcla, se comprueba que el pH dism inuyó a 3. Al respecto, ¿Cuáles de las siguientes proposiciones son correctas?

Se dice que una persona tiene "Acidez estomacal" cuando tiene exceso de iones H en el estómago. Una forma de reducir tem poralm ente la concentración de estos iones es tom ando un “antiácido”. SI ninguna de las siguientes sustancias son dañinas para la salud, ¿Cuál podrían usarse como antiácido7 I.

C aC O j

A) D)

Solo I I y II

II. N aHCO j

III. Mg(OH)

B)Solo II E)I, II y III

C) Solo III

Resolución: I.

El cambio de pH se debe a la ocurrencia de un fenóm eno químico.

II.

Al dism inuir el pH, dism inuye la concentración de iones H '. Al final, en la mezcia la concentración de iones H T es 0,001 mol/L.

III.

A) Solo I D) II y III

B) Solo II E) I y III

El uso de antiácidos tiene como finalidad reducir el ex­ ceso de iones H ' y las sustancias propuestas realizan dicho objetivo de las siguientes maneras: •

C a C 0 3(s) + 2H Cliac

•

Na: ICC .

C) Solo III

• H Cl

CaCI2(ac) l C 0 2|gl + H20, — NaC .

M g(O H )2s¡ + H C I ,ac —►MgCI2; Por tanto, la respuesta es I, II y

Resolución:

Disolución Proceso físico

pH=3

Solución de Ácido acético pH=3 [ H ¡ = 10 ' M

I.

II.

H 2 °

i

III.

PROBLEMA 5 (UNI 2 0 1 3 - I)

CH COOH

r

Agua destilada pH =7 [ H ]=10 7 M

C 0 2 ig ) +

, + 2H-.0

Clave: E

Ácido y bases

pH=7

+

Verdadero Al añadirle el ácido puro y luego de agitarlo, la concentración de estos iones aumenta a 1(T 3M, es decir se vuelve ácida. Se trata de un fenóm eno quím ico reversible. Falso La dism inución del pH Implica al increm ento del grado de acidez de la solución. Incrementa [ H ' |

Si todas las ecuaciones están bien planteadas, ¿Cuál de los siguientes casos es una reacción ácido-base de acuerdo a la definición de Brónsted-Lowry? A)

Ca2” + 2 0 H

B)

C 0 2 + H20 —

—► C a(O H )2

C)

(CH3)3C + - H20 —

D)

C HjCO O H + CH,OH —* CH3C O O C H 3 + H20

E)

C HjCO O H + H2S 0 4 —* CH3C O O H , + H SO 4

H ‘ + HCO ¡ (CH3)3CO H2

Resolución: Reacción ácido base según Brónsted-Lowry (reaccio­ nes de protollsls) ácido dona

Base acepta

H

o

H

Base conjugada

ácido conjugado Clave: E

Q

PROBLEMAS 1.

¿Cuántos m ililitros de ácido perclorico (H C I0 4) 0,1 M se requieren para neutralizar 50 m Ld e NaOH 0.08M? A) 20 D) 50

2.

¿Qué volumen de un ácido fuerte diprótico 0,7M neutralizan a 350 mL de hidróxido de calcio: Ca(OH )2 0,5M? A) 125 mL D) 500 mL

B) 250 mL E) 625 mL

C) 375 mL

Se disuelve 1,96 g de ácido sulfúrico puro (H2S 0 4) en agua hasta com pletar volumen de 2000 mL. Determ inar el pH de la solución ácida. PA (S = 32): (log2 = 0.3) A) 1.0 D) 3,0 4.

B) 2.0 E) 2.7

C) 1.7

Se disuelve 0,8 g de hidróxido de sodio ( N aO H ) en agua hasta com pletar volumen de 5000 cm '. Deter­ m inar el pH de la solución resultante. PA (Na = 23): (log2 = 0.3) A) 2,4 D) 10.6

B) 11,6 E) 0.8

C )3 .4

6.

7.

C) 3 ■ 1 0 '3 M

B) FVV D )V F V

C) FFF

Determ inar el pH de una disolución formada al di­ solver 0,1 g de NaOH en suficiente agua para for­ mar un litro de solución, log" -- 0.3 . PA (Na = 23) A) 2.6 D) 12,4

8.

B ) 2 ■ 10 3 M E )5 - 10 'M

Señalar verdadero (V) o falso (F) según corresponda: I. A cualquier temperatura, la suma del pH y el pOH de una disolución acuosa es 14. II. En una disolución ácida el pH es mayor que 7. III. En una disolución básica el pH es menor que el pOH. A) FVF D )F F V

B) 11.4 E) 10.6

Determ inar la normalidad de una solución de H2S 0 4, si se requieren 27,80 mL de un álcali 0.482N para neutralizar 25 mL de este ácido.

9.

A) 1.442N D) 0.536N

10

.

B) 10.433N E) 0.419N

C) 0.475N

A 900 mL de agua destilada se agregan 50 mL de HCI 3.5M y 50 mL de NaOH 3,3M. Determ inar el pH de la solución resultante. A) 1.7 D) 2.48

B) 2 E) 2.52

C )2 ,3

11 . ¿Qué volumen de ácido sulfúrico (H2S 0 4) 0,1M

neutraliza completamente 800 mL de hidróxido de sodio (NaOH) al 5% en peso y densidad 1,02 g/mL? PA (Na = 23. S = 32) A) 1.275 L D) 3.825 L

C) 10.2 L

B) 2.55 L E) 5,1 L

1 2 . Una mezcla equim olar de hidróxido de sodio e hi­

dróxido de potasio puro pesa 19,2 g. Se disuelve en cierta cantidad de agua y la solución form ada es neutralizada con 50 mL de una disolución ácida. Determ inar la normalidad de la solución ácida.

A) 2N D )8 N

B )4 N E) 10N

C )6 N

13. Si 200 mL de una disolución ácida. neutraliza exac­ tamente a un litro de una disolución de hidróxido de potasio 0.05M. Determ inar la normalidad de la solución ácida. A) 0.125N D) 0.3N

B) 0,2N E) 0,5N

C) 0.25N

14. Se mezclan 50 mL de H2S 0 40.6M con 200 mL de KOH 0.2M. Señalar verdadero (V) ofalso (F) según corresponda. I. La solución resultante es ácida. II. El pH de la solución resultante es mayor que 7. III. En la solución resultante [O H [ [H '[ A) VFV D) FVF

B) VFF E) FFV

C) W F

C )1 .6 15. Se mezclan 400 mL de HCI 0,7M con 600 mL de NaOH 0,3M. Hallar el pH de la solución resultante.

Determ inar [ H ] en una solución ácido benzoico (C6H5COOH) 2,64M cuya constante de disociación ácida es de 6,6 ■ 10 5 A) 3.92 x 10 3 M C) 3,92 - 1 0 '2 M E) 1.32 • 10 M

455

PA (Na = 23, K = 39)

Determ inar la concentración molar del ácido sulfú­ rico (H2S 0 4) en una solución de dicho ácido cuyo pH es 2,7.(log2 = 0,3) A )1 w 1 0 3M D ) 4 x 10 3 M

■

PROPUESTOS

C )4 0

B) 30 E) 60

u ím ic a

B) 6.6 1 0 '3 M D) 2,64 ■ 10'* M

A) 1 D )4

B) 2 E )5

C )3

16. Determ inar el pH de la solución preparada adicio­ nando 1.2 g de hidruro de sodio (NaH) en agua suficiente hasta com pletar 5 L de solución.

456

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

NaH + H20 -x NaOH + H2

23. La constante de ionización, Kb; del amoniaco [N H 3| en el agua es de 1,8 x 10 5. Calcular |OH~] de una solución de NH, 0.5M.

PA (Na = 23) (log2 = 0,3) A) 2 D) 13,38

B ) 0,62 E) 3,52

C )1 2 A) 1 x 10"3 D) 4 x 10-3

17. En un recipiente, se agregan 300 m L d e KOH 0,1 M y 200 mL de H2S 0 4 0.2M. Determ inar el pH de la solución resultante. A) 1 D) 11

B) 2 E) 13

18. Determ inar el volumen de HCI 2M necesario para neutralizar 600 mL de hidróxido de magnesio: M g(O H)2 3M. A) 1,5 L D) 1,9 L

B) 1,6 L E) 1,8 L

19. ¿Qué volumen de HCI 2.4M es neutralizado con 48 mL de una solución de hidróxido de calcio al 18,5% cuya densidad es de 1,05 g/mL? PA (Ca = 40) A) 210 mL D) 420 mL

B) 105 mL E) 52,5 mL

C )3 1 5 m L

20. Con respecto a la teoría de ácidos y bases de Bronsted-Lowry. I.

Un ácido es aquella sustancia que puede trans­ ferir un protón a otra sustancia. II. El concepto de ácidos y bases según esta teo­ ría solo es aplicable a reacciones que ocurren en solución acuosa. II.

Una sustancia puede actuar como un ácido so­ lam ente si una sustancia, sim ultáneam ente; se comporta como una base.

Es correcto afirmar: A) I y II D) Solo III 21.

B) I y III E) I, II y III

Señalar verdadero ponda:

C) II y III

(V) o falso

Según Arrhenius un ácido es aquella sustancia que libera iones hidrógeno (H 4) cuando se di­ suelve en agua. II. El Ca (O H )2(ao) es una base según la teoría de Arrhenius. III. Una base, según la teoría de Arrhenius, es aque­ lla sustancia capaz de aceptar un protón de obra. B) W F E) VFF

C) FVF

22. Una solución de ácido fornico (HCOOH) está ioni­ zada en 0,5%. Determ inar [H *] en la solución. (Ka = 2,1 x 10 4) A) 4,2 x 10 8 D) 1,05 x 10 4

B) 1,05 x 10 6 E) 2,1 x 10~8

C) 1,1 < 10 5

B) 2,22 E) 4,5

C) 3,5

26. El radio de ionización del ácido acético ( CH,COO H) en una solución 0.1N es igual a 1,32 > 10~2. Deter­ m inar a qué concentración de H N 0 2 su grado de disociación será el mismo. Ki(CH,CO O H) = 1,8 x 10 5; K i(H N 0 2> = 4 x 10"4 A) 1,8N D) 3.6N

B) 0.90N E) 2,7N

C) 2,3N

27. ¿Cuántas veces la concentración de los iones hi­ drógeno en una solución cuyo pH es 7,36, es ma­ yor que en una disolución cuyo pH es 8,14? A) 2

B) 3

C )4

D) 5

E) 6

28. Se disuelve 1 g de NaOH en agua hasta form ar 4 L de solución. De esta, se toman 30 mL y se le aña­ den 2 mL de HCI 0.02N. Determ inar el pH de la disolución resultante. A) 2,33 D) 9,34

B) 4.66 E) 11,66

C) 7

29. Determ inar el volumen de HCI 2,5M necesario para neutralizar medio litro de hidróxido de calcio: Ca(OH)2 el 2,0M. (F)según corres­

I.

A) VFV D) FFV

B) 3 / 10 E) 1.1 x 10~4

25. La constante de ionización para el ácido acético es igual a 1,8 x 10 5. Determ inar el pH de una solu­ ción 0,02M de dicho ácido. A) 3,22 D) 2,5

C) 1,7 L

C) 3 x 10 3

24. Una solución de una base débil 0,1M; metilamína (CH3NH2) tiene un pH de 9,48. Calcular el valor de Kb. A) 3 x 10 ' D) 9 x 10~9

C )7

B) 2 x 10 3 E) 5 x 1 0 3

C ) 4 .2 x 1 0 " 2

A) 200 mL D) 800 mL

B) 400 mL E) 1000 mL

C) 600 mL

30. Determ inar el pH de una solución obtenida al m ez­ clar 50 mL de HCI 0,5M, 20 mL de NaOH 0,5M y 30 mL de agua. A) 13,18 D) 0,82

B) 1 E) 11,3

C )1 3

31. Calcule el pOH de una disolución de ZnCI2 0,001 M, sabiendo que la constante de hidrólisis del Z n 42 a Zn(O H )41 es 2,5 ■ 1 0 "1°. Dato: log5 = 0.7 A) 6,3 D) 12,1

B) 7.7 E) 1

C )3 ,3

32. Se mezcla 2 L de CH 3COOH 0,4M y 8 L de NaOH 0,1M según

Q

C H 3COOH + NaOH = CH 3COONa + H20 . Determ ine el pH de la solución resultante. Datos, KalCH3C00H) — 1,8 x 10 log2 = 0,3; log3 = 0,47 A) 2,3

B) 5,2

D) 8,8

E) 10,5

C )1 3 ,5

33. Calcule el pH de una solución buffer que contiene por litro de solución 0,025 m oles de CH3COOH y 0.075 moles de CH3COONa. Ka = 1,8 x 10~5. A) 4,5 D) 10,5

B) 7,6 E) 5,2

C )9 ,4

34. Marque verdadero (V) o falso (F). 1.

El indicar Hlnd tom a un color diferente respecto a su conjugado II. Un Indicador mide exactam ente el pH de la solución. III. Se escoge un indicador en neutralización se­ gún el rango de viraje de color. IV. La fenolftaleína es incolora si pOH = 10. A )V F V V D )V V F V

B )F F V V E )V V F F

C )V F V F

A) KHlnd = [H *j B) El indicador cam biara de color cuando pH = pKHlnd C) En solución alcalina será visible el color rojo. D) Solo para titular un ácido débil con una base fuerte. E) Cuando [ I n d i > 10í Hlnd] predom ina el color amarillo. 36. Una solución de HCI, tiene un pH = 2. ¿Qué vo­ lumen de H2 gaseoso seco, m edido a 27 °C y 936 mmHg, se obtendrá al tratar 800 mL de este ácido con un exceso de Mg, si el porcentaje de ren­ dim iento es del 75%? 50 mL 150 mL

B) 80 mL E) 250 mL

B) V V W E) VFFF

■

457

C) VFFV

38. Se va a titular 20 mL de una solución NH3 (Kb = 1,8 x 10~5)0,2 M . Indique la solución y el indi­ cador adecuado para esta titulación. (Se da el Intervalo de pH para el cam bio de color del Indicador) A) B) C) D) E)

NaOH 0,2M y fenolftaleína (8-10). NH4CI 1M y amarillo de alizarina (10,1-12) HCI 0,2 rojo de metilo (4,2-6,1) NaOH 0,2M naranjado de metilo (2,1-4,4) HCI 0,2M fenolftaleína (8-10).

39. ¿De que concentración debe ser una solución de acetato sódico para que el 0,015% del ion acetato este hidrolizado, si Kdls = 1,8 x 10~5? A) 5,6 x 10~’°m ol C) 4,3 x 10~3mol E) 2,5 x 10"2mol

B) 5,6 x 10~2mol D) 3,8 x 10~2mol

40. ¿Cuál es el pH de una disolución que contiene 0.2g/L de Na2C 0 3 y 0,2 g/L de N a H C 0 3? PKa = 10,25

35. En un proceso de titulación se dispone de un Indi­ cador Hlnd cuya KHlnd = 1 x 1 0 O Suponga que las moléculas Hlnd tienen color rojo y su conjugado tiene color amarillo Marque lo correcto.

A) D)

A) VFVF D) V F W

u ím ic a

C) 120 mL

37. Señale verdadero (V) o falso ( F )

A) 9,31 D) 10,15

B) 11,42 E) 8,52

C )5 ,6 0

41. ¿Cuántas veces dism inuye la concentración de (O H) 1 en la solución 0,1N de NH4OH al añadirse NH4CI sólido, si esta se obtiene a 1 mol/L? Kb = 2 x 10~5; 7 2 = 1,4 A) 700 D ) 7000

B) 7 E ) 70 000

C) 70

42. Determ ine la concentración de iones [H +] de una solución que se preparó al m ezclar volúmenes iguales de NH4CI 0,9M y de am oniaco NH3 0,5M, Kb,NH3> = 1,8 x 1 0 '5 A ) 1 0 '2M D ) 1 0 '9M

B ) 1 0 '5M E ) 1 0 '4M

C )1 0~ 6M

43. Halle el pH y [C H 3COO ], en una solución form ada por CH3COOH 0,1M y HCI 0,05M. A) 1,3 y 1,2 x 10~3 C) 1,3 y 3,6 x 10~9 E) 1,8 y 1,8 x 10~'°

B) 2,3 y 1,4 x 10 5 D) 2,5 y 1,8 x 1 0 '1°

44. El soluto que aum enta el pOH del H20 será: A) KCN D) N a N 0 3

B )N H 4CI E) HCOOK

C) Z n (O H ) 2

45. ¿Qué sal o sales aumenta el pH del agua? II. SI el pKa, pKa2, entonces el ácido (1) es más fuerte que el ácido (2). III. En toda solución, existe iones H ' y OHX IV. Si en una solución la [O H '] > [H +], entonces el pH > pOH.

1. N a H 0 O 3

II. N a H S 0 4

IV.AIC I3

V.K3P 0 4

A) Todas D) I, II, IV y V

B) I y V E) I, IV y V

III. NaCI

C) I, II y V

458

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

46. Calcule el índice de acidez pH del acetato de pota­ sio (CHjC O O K) en una disolución 2M de concen­ tración (log3 = 0,5). Dato KCH3C00H= 1 ,8 x 10 5; Kw = 10 4 A) 4,02 D) 5,63

B) 8,42 E) 9.53

cio41

¿Qué alternativa es falsa? A)

ElCIO,,1 es una base,

B)

ElHN O j es una base.

D)

ElHCIO, es un ácido.

E)

ElC IO ,1 es una base débil,

48. De acuerdo a la teoría de Bronsted y Lowry ¿Cuál de los siguientes equilibrios no involucra una reac­ ción ácido-base? H20 - NaNO;

rnh

D) HBr + A g N 0 3 = AgBr + HNO:i *■ B a S O „s,

49. En el siguiente esquem a, es correcto afirmar .

A) 12,0 D) 9,8

B) 9,9 E) 8,77

C) 5,23

A) 4 D) 0,25

B) 2 E) 5

C) 0,2

55. Una solución acuosa de ácido carbónico ( H2C 0 3) es 1,8N si se sabe K. = 4 x 10 7; K , = 6 > 10 11 Calcule las concentraciones de los iones H30

y

C 0 34 presentes en la solución

; - Cl 1

C) K H C 0 3 + H20 = H,CO + KOH E) Ba/,4, + SO i(ac,

C )0

54. Determine la relación del porcentaje de disociación del HCN para una solución 0.25M que se diluye hasta una concentración 0.01 M.

C) No es una reacción de protólisis.

B) RNH2 + HCI =

B) 10 E) 13,7

53. Si se mezclan 50 mL de NaOH 1M y 50 mL de CH-.COOH 1M. halle el pH de la solución resultante Ka = 1.8 x 10 \

H2N 0 3' +

A) H N 0 2 + NaOH —

A) 4 D) 1

C) 4,77

47. En la siguiente reacción H C I04 + H N 0 3 =

52. Se mezcla 1 L de HCI 2M y 1 L de Ca(OH)2 1,5M. ¿Cuál es el pH de la solución resultante?

r í" ^

A) 1,8 -. 10 4: 6 x 10 C) 5 x 10 4; 2 ■ 10 2 E) 6 x 10 4: 6 ■- 10 11

B) 4 x 10 4; 4 x 10 D) 4 v 10 2; 2 x 10

56. El ácido fórm ico HCOOH es monoprótico una so­ lución 0,8M de este ácido tiene un pH igual a 2,4. Calcule. El valor de Ka a 25 °C • El % de disociación. Dato: Tome log2 = 0,3

A) B) C) D) E)

I y III son especies próticas, I y II constituyen un par conjugado ácido-base. IV y I son especies básicas. II y IV no constituyen para conjugado. H jO 1 es un ácido más fuerte que I.

50. En la form ación del complejo Zn

El Z n 4 es ácido de Lewis. El NH3 es base de Lewis. El complejo posee 4 enlaces dativos. En el complejo, el Zn posee híbrido sp4. El producto se denom ina aducto.

51. Se prepara una solución tampón mezclando 0,2 mol de la sal CH 3COONa y 0.1 mol de CH.CO O H en 5 L de solución a 25 CC. Se añade 0,1 mol de HCI (ácido fuerte). ¿Cuál es el pH re­ sultante? Dato: Ka = 2 x 10“ 5; log2 = 0,30. A) 5,7 D) 4,6

B) 5,6 E) 4,4

B) 4 - 10 D ) 2 ' 10

5% 50%

57. Determine las concentraciones de los iones H S 0 4 en una solución 0,5 M de H.SO,. Dato: K2 = 10

• 4N H , —* Z n(N H :i!. :

Indique lo incorrecto A) B) C) D) E)

A) 2 x 10 “2; 5% 0,5% C) 8 < 10 E) 2 x 10 0,5%

C) 6,2

A) 0.60: 0,05 D) 0,04: 0,60

B) 0.57: 0,07 E) 0.06; 0,07

0 0.6: 0.07

58. Determine la concentración de los iones hidroge­ no, para 0,50 moles HC2H30 2, añadidos al agua, suficientes para form ar un litro de solución, si Ka = 1.8 > 10 5 A) 4 x 10“ D ) 2 > 10

B) 3 ■ 10“ E) 3 ' 10

C) 4 x 10 “3M

59. Señale verdadero (V) o falso (F). I. El NH, y BH3 son bases de Lewis. II. El C 0 2 es ácido de Lewis y el agua es base de Lewis. III. Según Arrhenius la neutralización se represen­ ta por H a OH —► H20

Q

IV.

L a siguiente reacción es ácid o-base d e Le w is Ag' - 2NH, —

A) D)

B) F F F F E)F V F V

Cl V V V V

S e tiene las siguientes b ases conjug adas.

60.

I.

F . . . K b = 1 , 4 - 10 11

II. Q H 5C O O ... K b = 1 , 5 < 10 III. C N

...K b = 2 - 1 0 5

IV. C h O

. Kb = 7 ,7

F '

B) C . . H . 0

C .H .C O O

- CN

C 6H 5C O O

D) F

C 6H 5C 0 0 "

E) C N

C 6H sO

C .H O

C .H .C O O

C) F

CN

AICL; SO,; PH, y Cu 2 son ácidos de Lewis.

III. Si Ka,,,,-,, —4 - 1 0 y Ka,CH.C00H, es 1.8 ■ 10 , entonces CH-COOH es menos básico que HCN. IV. Si a una solución cristalina se le adiciona gotas de fenolftaleína, la solución es incolora y si se pone el papel del tornasol, este sale azul enton­ ces el pOH aproxim ado es 8,1. Rango papel tornasol: 5 - 8 pH . Rango fenolftaleína: 8.3 - 10 pH.

CN‘

x C ,,H .,C O O

A) VFVFV D )F V V F F

B) F F W F E )F V V V F

C) VVFFF

66. Calcule el pH de la mezcla producida al añadir 100 mL de Ba(OH), 0,2M a 25 mL de Ca(O H )2 0.4M; log2 = 0,3

F

x C H O

C. H . O

459

V. En toda solución acuosa | H “ ] > | OH | entonces el pH 7.

10 5

O r d e n e en forma decreciente a su fu erza básica A) C N

■

II. El pH de una solución puede ser negativo.

A g ( N H 3!,

VFFV FVW

I.

u ím ic a

A) 5.60 D) 13,68

F

B) 6.52 E) 7,42

C) 1,36

6 1 . ¿ C u á n t a s proposiciones son ve rdaderas? I. II. III. IV.

El El El El

C ,; H 6 es aprótico. H F es un anfótero. N a O H 10 ; M es básico. H C I 0 4 es m á s ácido que el H 2S 0 4

A) F F F V D )V V FF

B) V V V V E)V V FV

C) F F V V

62. ¿C uá l de las siguientes disoluciones 0 . 1 M prese n­ ta mejor conductividad eléctrica? A) B) C) D) E)

H C N , K a = 4 . 1 0 13 H C I O , io nizado en un 0 . 2 % Á cido arsenioso, cu yo p H = 5. A y B ¡guales B y C iguales

A) 5,2

B) 2.2

D) 7,3

E) 8.3

C )2 .5

68. Determ ine el pH de una solución de K2S 0 4; 0.25M disociado en un 100% si se sabe que K2 = 1 \ 10 2 para el ácido sulfúrico. A) 5,8 D) 7,70

B) 1,29 E) 9,75

0 3,45

69. Se combina 2 L d e HCI 0.15M y 3 L d e NaOH 0.15M a 25 °C. ¿Cuál es el pH resultante, si los volúm e­ nes son aditivos? !og3 = 0,48

63. Re s p e c to a las propiedades co m une s de los áci­ dos, indique cuál no corre spond e A ) Modifican el color de los indicadores, así el tor­ nasol azul se vuelve rojo. B) Re a ccio na n con todos los metales liberando H .. C ) Re a ccio na n con una bas e para fo rm ar sal y H , 0 D) L a presencia de iones hidronios en la solución a cuo sa explica su acidez . E ) E n la electrólisis de la solución a cuo sa , se libera g as H , en el cátodo. 64. S e g ú n Arrhenius, Bronsted y Low ry , indique un áci­ d o trlprótico y la base m á s débil.

6 5.

67. Determine el pH de una solución diluida NaOH cuya concentración es de 10 'M.

I. H C O IV. Br 1

II H N O , V I ’

III H , P 0 4 VI. C P ’

A ) II y V D ) II y IV

B) III y VI E ) III y V

C ) III y IV

R e s p o n s a verd adero (V) o falso ( F ) de acuerd o a la teoría de los ácidos y bases

A) 1,30 D) 4.70

B) 12,48 E) 5,70

0 3,70

70. ¿En cuánto dism inuye el pH de una solución de KOH 0,01 M cuando se alegra un volumen igual de HBr 0.05M? A) 10,3 D) 4,2

B) 8,3 E) 2,4

0 6,3

71. Dado el valor de la constante Keq = 5 - 10 " p a r a el equilibrio H C 0 3 =

H

+ C O ,2; determ ine el

pH para una solución 0.20M de Na2CO, log2 = 0,3. A) 13,81 D) 2.22

B) 9,6 E) 11,8

0 7,59

72. ¿Qué sales disueltas en agua, hacen que su pH sea menor que 7? 1. N a H C 0 3

II. NH„NO :i

III. NaBr

A) I y II D) Solo I

B) I y III E) II

C) II y III

460

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

73. De las siguientes proposiciones, indique si es ver­ dadero (V) o falso (F). I. Son ácidos m onopróticos HCI, H3P 0 2, HBr. II. A menor pH m ayor [ H 1]. III. A m ayor tem peratura, el pH del agua destilada disminuye. IV. El agua pura es buen conductor eléctrico. A )F V V F D) W F F

B )F F V V E) VFVF

III. CH4 > NH > H O IV. H C I0 4

hno

V. H C I0 3

HCIO, > HCIO

A) I y III D) IV y V

I. Br > I

74. Para la m edición exacta del pH se utiliza

I.

III. C !0 ¡

B) titulación D) fenolftaleína

cio4 CH3CN > CH 3C 0 N H 2 C I0 2

A) I D) I y

Para HCI 0.01M; pH = 2

C) II

79. En cuanto a la fuerza básica, ¿Cuál es correcto?

C )V V V F

75. Indique verdadero (V )o falso (F)según corresponda:

h 3p o 4

B) III E) I y IV

II. CH3NH2 A) papel tornasol C) potencióm etro E) anaranjado de metilo.

3

CIO

B) II II

C) III

E) I y III

80. Sobre la teoría de los electrólitos, ¿Cuántos son verdaderos?

II. pH + pOH = 14; s iT = 50 °C

I.

III. Para NaOH 0.01M; pH = 12

II. Según Arrehnlus, el grado de disociación de­ pende de la concentración del electrolito.

IV. A m ayor tem peratura m ayor Kw A) F V W D) VFFV

B) W W E) VFVV

III. El HCI(acl es m ejor conductor que el C H 3CO O H(ac)

C) VFFF

IV. Al m ezclar C S 2 con conductora.

76. Se preparó una solución diluyendo 100 mL de la base NaOH 0,9M y 500 mL con H20 . Calcule el pH de la solución resultante. A) 6,41 D) 12,82

B) 7,24 E) 11,26

A) 0 D) 4

B) 1,7 E) 5,7

A) 2 0 % D) 5 %

H2S 0 3 > H2S e 0 3 x H2T e 0 3

1. c

12. D 13. C 14. B

5. 6. 7. 8.

B C B E

9. D 10. B 11. E

15. A 16. C 17. A 18. E 19. B 20. B 21. B 22. C

23. C 24. D

34. C 35. E

25. 26. 27. 28. 29. 30. 31.

36. C 37. B

A C E E D D B

32. D 33. E

es

C) 2

B) 10 % E) 1 %

A) 50 mL D) 70 mL

II. Hl > HBr > HCI > HF

2. A 3. B 4. B

m ezcla

C )4 0 %

82. ¿Qué cantidad de agua se debe añadir a 30 mL de una disolución 0,2M de ácido acético í CH 3COOH) para que el grado de disociación del ácido se dupli­ que? Ka = 1,8 v 10 5

C )3 ,7

78. Según su fuerza ácida,¿Cuál es incorrecta? I.

B) 1 E) 3

C6HB, la

81. El ácido m onobásico HA 0,01 M se disocia en un 2% a 25 °C. ¿Cuál es el porcentaje de disociación de dicha solución ácida 0,04M?

C) 13,18

77. Se mezcla 8,1 g de HBr y 6,3 g de H N 0 3 en un litro de solución total. ¿Cuál es el pH resultante? P.A. (urna): Br = 80; H = 1; N = 14; O = 16; log2 = 0,3 A) 2,7 D) 0,7

La solución de NaCI conduce electricidad.

38. 39. 40. 41. 42. 43.

E E D C B C

44. E

45. 46. 47. 48. 49.

B E C B E

B) 60 mL E) 90 mL

56. E

67. D

57. 58. 59. 60.

68. D 69. B

B E D B

50. D 51. E

61. B 62, B

52. E 53. E 54. C

63. B 64, E 65. E

55. E

66. D

70. A 71. E 72. 73. 74. 75.

C C C E

76. C 77. D

C) 120 mL

78. B 79. D 80. E 81. E 82. B

Electroquímica

Svante August Arrhenius (Vil?, 19 de febrero de 1859-EstocoImo, 2 de octubre de 1927) fue un cien­ tífico (originalmente físico y más tarde químico) y profesor sueco galardonado con el Premio Nobel de Química de 1903 por su contri­ bución con sus experimentos en el campo de la disociación electrolí­ tica. En 1884, Arrhenius desarrolló la teoría de la existencia del ion, ya predicho por Michael Faraday en 1830, a través de la electrólisis.

S ie n d o e s tu d ia n te , m ie n tra s p re ­ p a ra b a e l d o c to ra d o e n la U n i­ v e rs id a d d e U p p sa la , in v e stig ó las p ro p ie d a d e s c o n d u c to ra s d e las d is o lu c io n e s e le c tro lític a s , q u e fo rm u ló e n su te sis d o c to ra l. S u te o ría a firm a q u e e n las d is o lu c io ­ n es e le c tro lític a s lo s c o m p u e sto s q u ím ic o s d isu e lto s se d is o c ia n en io n e s , m a n te n ie n d o la h ip ó te s is d e q u e el g ra d o d e d is o c ia c ió n a u m e n ta c o n e l g ra d o d e d ilu c ió n d e la d is o lu c ió n , q u e re su ltó se r c ie rta so lo p a ra lo s e le c tro lito s d é b ile s. E sta te o ría fu e o b je to de m u c h o s a ta q u e s, e s p e c ia lm e n te p o r lo rd K e lv in . A p a rte d e la c ita d a te o ría tra b a jó e n d iv e rs o s a sp e c to s de la fis ic o q u ím ic a , c o m o las v e lo c id a d e s d e re a c c ió n so b re la p rá c tic a d e la in m u n iz a ­ c ió n . A sí, en 1889 d e s c u b rió q u e la v e lo c id a d d e las re a c c io n e s q u ím ic a s a u m e n ta c o n la te m p e ­ r a tu ra , e n u n a re la c ió n p ro p o rc io n a l a la c o n c e n tr a c ió n d e m o lé c u la s e xiste n te s. F u e n te : W ife ip ed ia

462

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

DEFINICIÓN

Reacción neta: 2Na: , + 2Ci, ¡ —. 2Na + Cl2 1

Es la ciencia que se encarga de estudiar las transfor­ maciones de la energía eléctrica en energia química o viceversa en dispositivos conocidos como celdas elec­ troquím icas, las que a su vez pueden ser de 2 clases: celdas electrolíticas y celdas galvánicas.

.-. 2NaClll, —

2Na„, + Cl2(g,

Electrólisis en solución acuosa Cuando el electrolito no está puro, sino eri solución acuosa concentrada, entonces hay que tom ar en cuen­ ta algunas observaciones: !.

Si el catión es un metal muy activo (los del grupo IA). estos no se pegan en el cátodo más bien pro­ vocan la disociación del agua tal que en dicho elec­ trodo se libera gas hidrógeno (H2) en m edio básico, luego el catión formara ei hidróxido respectivo. Na + H;,0 —* ... 2H 20 + 2 e - * H J + 2 (OH)' Na' - OH

2.

Algunos metales, generalm ente de la fam ilia B como el cobre, plata, oro, etc. poseen mayor po­ tencial de reducción que el agua, por ello se pegan de frente al cátodo. => Cu2' + 2 e C ur;

3.

Los aniones oxigenados (oxianiones) como el sul­ fato, nitrato, carbonato, etc. tienen fuerte atracción sobre los electrones ganados y menor potencial de oxidación que el agua; entonces, cuando se van al ánodo descomponen al agua en medio ácido libe­ rando gas oxigeno, para poder neutralizarse con los protones.

« CELD A ELECTROLÍTICA Llamada también cuba electrolítica o voltámetro, es el recipiente o dispositivo donde la energia eléctrica se transform a en energía química. Posee 5 componentes. La cubeta que está hecha de un material aislante o iner­ te a la electricidad; los electrodos que son m ateriales a donde llega la corriente eléctrica desde fuera y que internam ente atraen a los iones que están sumergidos en la solución; el electrolito es la sustancia que está en solución y que por efecto de la corriente eléctrica sus iones se dirigen a los electrodos, estos son las barras m etálicas que se conectan m ediante un conductor me­ tálico a los bornes de una fuente externa llam ada fuente electrom otriz o celda galvánica. Que a su vez es la que hace transportar los electrones hacia la celda electrolí­ tica, para generar un fenóm eno químico. El conductor metálico que es el medio por donde circula los electro­ nes, este es un conductor de prim er orden, en cambio el electrolito es un conductor de segundo orden. Si en el proceso la masa de los electrodos no varia, estos son inertes, pero si la masa de los electrodos varía, estos son activos. Por ejemplo:

Electrólisis del NaCI fundido

NaOH

SO.;

4.

+ H O —

...

2 H .0 - 4 e

—

0 ,t + 4H '

SO/

—

H2S 0 4

+ 2H

Los aniones provenientes de hidruros como el clo­ ruro, yoduro, sulfuro, etc. no tienen fuerte atracción sobre sus electrones ganados y poseen m ayor po­ tencial de oxidación que el agua, por lo que ellos pueden pegarse fácilm ente al ánodo, cediendo los electrones requeridos, y liberándose como gas. E je m p lo : 2CI

- 2 e

_ * Cl2t

Electrólisis de la solución concentrada de NaCI (Salmuera)

e le c t o m o t r iz

Veamos: Cátodo: Narh + 1 e

—► Na(ll

Ánodo: 2CI,j, - 2 e

—» Cl2(g)

En el cátodo: ( -) 2H; 0 + 2 e — H2t + 2(OH) N a ’ + OH —► NaOH En el ánodo: ( + ) 2CI - 2 e —

CL

Q

Electrólisis de la solución de H2S0,

■

u ím ic a

463

<4 RELACIONES FÍSICO-QUÍMICAS Coulomb (C) Es ia cantidad de carga eléctrica que se necesita para que se deposite o libere en uno de sus electrodos de la celda electrolítica, un equivalente electroquím ico o electroequivalente de alguna sustancia: 1C —

1 Eq-equim (susll

En el cátodo: ( - ) 2H' + 2 e

Faraday (F)

—► H,

En el ánodo: (+ ) H ,0 - 2 e => SO ]

-

-r 2H

± 0 2 + 2H—

Es una cantidad de carga eléctrica necesaria para que se deposite o libere en uno de sus electrodos de una celda, un equivalente o equivalente quím ico de alguna sustancia.

H SO. 1 F —► 1 Eq(s

Electrólisis de la solución de AgNO, Pero por física:

1 F = 96 500 C / \ 1 Eqs ,s. , = 96 500 1 Eq-equim,sust,

1 Eq-equim, lsustl Unidades:

En el cátodo: ( - ) Ag + 1 e

—

1Eq„ 96 500

o^

A g (s

<4 LEYES DE MICHAEL FARADAY

En el ánodo: ( + ) H ,0 - 2 e

4 -0 2t + 2H

N 0 3 + H" —

HNO,

Electrólisis de la solución de K2S04

Primera ley La masa de toda sustancia depositada o liberada es directam ente proporcional a la cantidad de carga eléc­ trica que circula por la celda electrónica. W !sus, ,
, = 1 Eq-equim,sust,(q)

•■(I)

K 11 eq suí! ' 96 500 n.° Eq,s

..(II)

q 96 500

...(¡II)

En el cátodo: ( - ) 2H .O + 2 e K ! + (OH)

. H2t + 2 (0 H ) -

KOH

En el ánodo: ( + ) 2H20 - 4 e SO ]

+ 2H

h 2s o

4

C o n c lu s io n e s :

Segunda ley Si se tienen 2 o más celdas conectadas en serie y por ellas circula la misma cantidad de corriente y carga eléctrica, entonces se descompone, deposita o libera, igual número de equivalente de cualquiera de las sus­ tancias de cada celda. Análisis

Relaciones físicas

La cantidad de H20 va disminuyendo.

1 e

La (KOH) y (H S 0 4) aumenta.

n .° e

En el ánodo, el pH disminuye.

n .° e = 6 ,0 2 2 - 1 0 ‘ J e

En el cátodo, el pH aumenta.

—

1 ,6 /1 0

:9 C

— ► 96 500 C = N .e

464

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

*

p,la

* Au (CN)'

Na*

cr ( -)

CED

_ [Z n 2*] _ ¡ánodo] __ [ag en te re du cto r]

q

^ Au(CN). ^

NaCI

[C u2 ]

[cátodo]

[agente oxidante]

Notación de la pila F lu jo d e e le c tr o n e s

(+)

Zn / Zn2‘ (1 M )/ / Cu2 (1M)/Cu Se cumplirá que:

ánodo

n.° Eq(NaCI) = n.° Eq(Au(CN)3) = n.° E q (N a ')

c á to d o p u e n te s a lin o

n.° Eq(CI ) = n.° Eq(Au3*) = n.° Eq(CI2)

Ecuación de Nernst fem (pHa) o E(plia)

1. 2.

d- Fq,stc) 1F O O

cpl|P—

2 3RT ^p log Q

q (c) p - Eqsl

1 Eq O O

N .e

stov sto ‘

■'«sol v Sol(L)

g 0 gQ Q

96 500 C < > 96 500 Eq. - equim

Donde: R: Constante de Regnault (R = 0,082 T:

1 mol de e

atmL ' molK /

Temperatura absoluta (298 K)

n: n.° e* ganados o perdidos F: Carga en faraday 1 F = 96 500 C £°: Potencial estándar de la pila (a 25 °C y 1 atm)

Son dispositivos que transforman la energía química en energía eléctrica debido a que interiorm ente en su sistema ocurre una reacción de redox separadam ente y en form a espontánea, se llaman pilas.

Luego: kpila

Reemplazando:

En cada semicelda existe un electrodo metálico de cinc y cobre, cada uno sumergido en una solución electrolítica con iones semejantes a la naturaleza de cada electrodo. Cada celda físicam ente posee un potencial y por dife­ rencia de potenciales se puede calcular el potencial re­ sultante conocido como fuerza electrom otriz de la pila: (Fem pi,a). El puente salino contiene una solución cuya sustancia amortigua o neutraliza los excedentes de cargas ióni­ cas producidas en cada media celda.

0,059 ^ (p ila ) ”

[

&

( Ánodo

Cátodo) do)

"O

L ¡( a c )

he

V o (V)

—► Lils)

- 3 ,0 5

Z n S 04

C uS 04

1M

1M

-

zn(a; ,

..(a )

+ 2e

Mgfa; , + 2 e + 2 e

Mnfac , + 2 e 2H20

En el cátodo: (+ ) Cu,.

(P)

Reacción neta en la pila d e a y p Z n|s) + C u2

Cu(s) + Zn

Ba(s)

ac.) +

—*• C a(s) —

Alfac , + 3 6

En el ánodo: ( - )

C u2

Na,;c + e

Befa*

- 2 ,9 3

K,s) —

l + 2 e * —* Sr(s)

C af;c + 2 6 Cuf cLb Cu2* Cu -

logQ

Sem irreaccíón

Baf*. + 2 e S r (ac

' Zn -Z n -Zn2

Zn(s) - 2 e

)J te

)

Tabla de potenciales estándar de reducción a 25 °C, para todas las concentraciones 1 M y la presión es 1 atm

+ e* — Puente salino (KCI)

& ánodo

j con potenciales c° cátodo > t:° ánodo | de reducción M** + xe* -> M°

Pila de Daniell Está form ada por 2 sem iceldas unidas exteriormente por un puente salino.

& cátodo

2

Na,si

—

Mg(s,

— —

Be(s|

- 2 ,9 0 - 2 ,8 9 - 2 ,8 7 -2 ,7 1 -2 ,3 7 -1 ,8 5

A l(1)

-1 ,6 6

—► Mn(s,

-1 ,1 8

e* —

H2(gl + 2 0 H *

- 0 ,8 3

Znfac + 2 e

—*• Zn(sl

- 0 ,7 6

C r,ac + 3 6

—

Cr,.,

- 0 ,7 4

+ 2e

—

Felsl

- 0 ,4 4

Fefa;

Poder reductor creciente y poder oxidante decreciente

<4 CELDAS GALVÁNICAS

Q

Ssm irreacción C d 2a; , + 2 e “ — P b S O ai!) + 2e Cof¿

+ 2e

V o (V)

C d (s,

N fc , +2e- —

C o ,„ Ni„,

-0 ,2 5

E jem plo:

-0 ,3 1

—► Sn,_

-0 ,1 4

P b fa'c , + 2e

—

P b (51

-0 ,13

2 H 2 C( + 2e- _ * H 2!g,

- 0,00

S n f ;c , + 2e

+ 0 ,1 3

C u f ¿ , + e ' — . C u ; ac S O 2, , , , + 4 H " ,ac, + 2e A g C i (0) + e ' —

—

S O ,r ) + 2 H ,0

0 2;g)2 H 20 + 4e

+ 0 ,40

^2(si + 2e

4 0 H (M, ,

0,059

fern,,.

logQ

logQ

Si fem(pi|a) es cero, se ha llegado al equilibrio quí­ mico. ns;¡pila. Q = Kc; logK0 =

+ 0,53

—► 2 !,ac,

n

Cuando el potencial de una pila es 0, significa que sus reacciones de semiceldas han llegado al equi­ librio químico, entonces: Q = Kc = incógnita. Veamos:

+ 0,20

+ 0 ,3 4

M.„

0,059

ferru

+ 0,22

C u 2, 1, , + 2e~ —^ C u ,s, —

Sea el electrodo: M f4 , + xe ~

+ 0 ,1 5

Aglsi + C!,“ c,

465

-0 ,2 8

S n f ¿ ¡ + 2e

—. S n f3C,

■

Al multiplicar por algún factor las ecuaciones de las semiceldas, la fuerza electromotriz no varia. La ecuación de Nernst también se puede aplicar a una semipila o electrodo, pero siempre trabajando con potenciales de reducción.

-0 ,4 0

_ » P b iS) + S O f (ao., —

u ím ic a

0,059

M n 0 4(ac) + 2 H 20 + 3e~ —» M n 0 2(s) + 4 0 H (ac, + 0 ,40 Ht-ipilai

0 2(g) + 2 H ;ac , + 2e F e fa+c) + e

--- ► ^2^2(30 )

+ 0 ,7 7

—► F e f i

Ag(ac, + e “ —

2 H g 2a’c , + 2e

—► H g 24

N Q 3(ac) + H 40) + 3e~ — r 2e

+0,85

2Hgm

+ 0 ,92 N O lac) + 2 H - 0

—► 2 Br(ac,

O 2io) + 4 H (ac, + 4e

+0,96 + 1 ,0 7

—* M n (2aHc) + 2 H 20

C r 2Of~ac) + 1 4 H 4C, + 6e —

2 C r (a4c, + 7 H 20

+ 1,23 + 1,33

—► 2 C I,dc)

+ 1,36

Au?ac.i + 3e~ —►A u isJ

+ 1,50

M n 04 (ac) + 8 H 4 .., + 5e~ —► Mnfa4 , + 4 H 20

+ 1,51

Ceíac.i + e" —*- C e f a4 ,

+ 1,61

Cl 2(gj + 2 e

Pb02;s! + 4 H 4aci + S 0 2(arj + 2e- —►PbSo^ + 2H20

+ 1 ,7 0

H 20 2(ac) + 2 H ,

+ 1 ,7 7

C o f a+0, +

• 2e

—

2 H 20

—► C o f a+c)

^ 3, 9, + 2 H , ac, + 2e

Cuando en la reacción neta de la celda participan gases, en el cálculo de Q, se escriben las presio­ nes parciales de estos gases en vez de sus con­ centraciones.

+ 1,23

—*- 2 H 20

M n 0 2(s) + 4 H 403 + 2e

Si la fuerza electromotriz de una pila es positiva, significa que la pila está funcionando porque la reacción química interna es espontánea, pero si la fuerza electromotriz es negativa significa que le están recargando desde afuera invirtiendo su reacción química interna, ya que esta no es es­ pontánea.

+0,80

A g (s)

Hg^aci + 2e" —

K = 10wST

+ 0,68

—► 0 2(g) + H 20,„

F 2l9) + 2e" —► 2 F “ C,

+ 1,82

Electrodo estándar del hidrógeno (EEH) El potencial de un electrodo es im posible de m edir por sí solo, entonces se tom a el electrodo de hidrógeno como patrón o referencia; asum iendo un potencial es­ tándar igual a cero. Este electrodo tiene una solución de HCI (acuoso) don­ de se hace burbujear H2 en presencia de un electrodo de platino (Pt) a una presión de 1 atm.

+ 2 ,0 7 + 2 ,8 7

En la ecuación de Nernst si las [ ! de las semiceldas son igual a 1, entonces la fuerza electromotriz de la pila será igual al potencial estándar de la pila. f e m (pi!a) — £ ,ptla!

2H+

1M)

+' 2 ^e

1H' 2„(g; 1 atm)

e° = 0,00 V (en tabla)

466

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s


Reacción neto global:

Es aquel dispositivo que presenta 2 electrodos iguales sumergidos en soluciones de diferente concentración; en consecuencia, el s° de la pila es cero. Entre otras cosas se usa como purificador de metales; el electrodo de la solución de m enor concentración es el ánodo; y el

Zn + 2N H ¡ + M n0 2 —, Batería de mercurio Aislante

C átodo de acero

/

Anodo (recipiente de Zn)

flujo de electrones es del ánodo hacia el cátodo. V > o

Ce

r

Cu(-

cu 3; — J Cu2 ■ —*■( Cu —.(

Cu3* Cu3* Cu3*

k

Y

Barra C u (+ )^

CuCI, 0.004M

D isolución electrolítica que contiene KOH, pasta de Zn(O H ); y HgO S ección interior de una batería de m ercurio

I

)

Electrodos: Ánodo: cinc amalgam ado con mercurio. Cátodo: acero.

C uCI, 0.1M


Electrólito: HgO.

Es una celda electroquím ica o varias celdas electroquí­ micas conectadas en serie, se usa como una fuente de corriente eléctrica a voltaje cqnstante; su operación es sim ilar a la de las celdas galvánicas, con la ventaja que no requiere com ponentes auxiliares como puentes sali­ nos. Existen varias clases de baterías.

alcalino

con

ZnO,

Proporciona: voltaje de 1,35 voltios. Usos: relojes electrónicos, calculadoras, marcapasos, etc. Costo y tiem po de vida: es alto (1 o 2 años). Reacciones de celda:

Pilas primarias

ánodo: ZnHg + 2(OH)

Son aquellas pilas de una sola vida, ya que al culminar su voltaje, no se pueden recargar (se desechan). 1.

fuertem ente

—►ZnO H- H2Oj|j + 2 e

cátodo: HgO + H20 (l) + 2 e- —

Hg(l) + 20H-

Reac. net. global: ZnHg + HgO(s) —>- ZnO + H9(i)

Pila seca o de Leclanché

Pilas secundarias

Tapa metálica

Aquellas que se pueden recargar varias veces (cada -C átodo de carbono (grafito) -P asta húmeda de NH4CI

vez que se descargan). 1.

Acum ulador de plomo o batería para autos La tapa puede quitarse para agregar agua y ácido sulfúrico

ZnCI2, M n 0 2 y almidón

Cátodo

—

Ánodo

Zn ánodo Ánodo; Zn

Pb02 (placas positivas) (cátodo)

Electrodos Cátodo: grafito Pasta Húmeda: NH4CI, ZnCI2, Alm idón y H20 . Despolarizante. Es el M n 0 2 que evita la polariza­ ción del sistema cuando reacciona con el H2. Se genera un voltaje de 1,5 voltios. Usos: lámparas, radios transm isores. Reacciones de celda. Ánodo: Zn —► Zn2+ + 2 e~ Cátodo:

2 N H ; + 2 e~ —► 2N H 3 + H2 2M nO , + H, —► M n ,0 , + H-O

2 N H Í + 2M nO , + 2 e~

2NH,

Disolución de h 2s o 4

Pb (placas negativas) (ánodo)

Reacciones de celda En el ánodo: P b S 0 4,

Pbls En el cátodo: PbO,,

' 4H,ac, + S 0 4iac, - 2e

PbS04, -2H 20 (I)

Q

Reacción neta o global:

u ím ic a

■

467

Pb,,, + Pb02(sl + 4 H iar, + S 0 2/ac, — 2PbS04(s) + 2H20 (1!

A través de una solución de cloruro férrico circula una corriente de 10 faraday. ¿Cuántos litros de cloro se liberan en el electrodo a condiciones normales?

Por celda unitaria se genera 2 V: y como la batería de auto posee 6 celdas, hace un total de 12 V. El electrolito es el H2S 0 4 al 15% en masa.

Ár: Cl = 35,5; Fe = 56

En la etapa de descarga ocurre la reacción directa. Este acum ulador puede proporcionar grandes can­ tidades de corriente por un corto tiempo, necesario para encender el motor.

Electrolito:

Resolución: 10 F —

V Cl, (CN) Fe CT

FeCL

a n ió n

En la etapa de recarga ocurre la reacción inversa (electrólisis) usando un voltaje de 13 a 14 voltios. En una batería sana o cargada, la densidad del H2S 0 4es aproxim adam ente 1,27 g /cm ’ y en la des­ carga o muerta, es mucho menor.

2CI 1 mol _

Cl2(g) + 2 e . 2 mol e

22,4 I_

.2 F

V

.1 0 F

-> V :

10

x 22,4 = 112 L

A través de una solución de carbonato de calcio circula 965 coulombs. ¿Cuántos gram os de calcio se deposita en el electrodo'?

En lugares fríos hay problem as para encender el auto por falta de corriente ya que a m enor tem pe­ ratura el electrolito es más viscoso, y los iones se mueven más lentamente si una batería muerta se calienta a temperatura ambiente recobra su capa­ cidad normal.

Ár: Ca = 40 Resolución: Electrolito: CaCO-„ar —* Ca'

x SO ;

c a tió n

2.

Baterías de litio (estado sólido) El litio m etálico es el ánodo y el TiS2 es el cáto­ do. Durante la operación, los iones Li migran del ánodo al cátodo a través del electrólito (polím ero sólido), en tanto que los electrones fluyen exter­ nam ente del ánodo al cátodo para com pletar el circuito. Ánodo Cátodo /T iS ,

Li Li

Cátodo Ca2'

„

4.

Electrólito sólido

2 > 96 500 C_

40 g

965 C

nv»

_

_

965 x 4 0 g = 0 ,2 g 2 x 96 500

A través de una solución de sulfato de aluminio cir­ cula una corriente de 9,65 amperios durante una hora. ¿Cuántos gram os de aluminio depositan en el electrodo?

Resolución:

Hay muchas ventajas en la selección del litio, por­ que tiene el valor más negativo para ;;°, además, solo se necesitan de 6.94 g de litio para producir 1 mol e Su voltaje alcanza hasta 3 V y se recarga, se usan en los celulares, etc.

Dato: i = 9,65 A; t = 1 h = 3600 s =» Q = it = 9,65 x 3600 = 34 740 C Electrolito: A I,(S 0 4), — A l3'

E je m p lo s : 1.

Ca(sl 1 mol Ca

Ár: Al = 27

• TiS,

TiS-

Li —►Li ■+■ e

+ 2e2 mol e '

+ 3 e' 3 mol e '

Cuando se electroliza una disolución de cloruro de sodio, ¿cuántos faradays hacen falta en el ánodo para producir 0.025 mol de cloro gaseoso?

—

3 x 96 500 C 34 740 C „

Ár: Cl - 35.5: Na --= 23

_

.

A l3'S O 2' A l|s) 1 mol 27 g . mAI

34 740 x 27 = 3,24 g 3 < 96 500

Resolución: Electrolito: NaCI, ,

Na

+ CT a n ió n

Ánodo 2Cr —

Cl,(g) + 2 e 1 mol Cl2 1 0,025 mol Cl, 0.025

5.

Una corriente de 25 m iliamperios circula 60 segun­ dos en una solución de de Ca se depositarán? Ár: Ca = 40; Cl = 35.5

2 mol e 2 F x

Resolución: i = 25 mA = 25 x 10 3A; t = 60 s Q = it = 25 x 1 0 '3 x 60 = 1,5 C

0.05 F

Electrolito: C aC L

Ca2 CI

468

a

C

U

o l e c c ió n

Cátodo: Ca + 2 e

n ic ie n c ía

S

a p ie n s

x: NO(E) •

Ca(s, 1 mol

2 moi e

Ee Fe

=

56 - = 1,93 x 10 4 g 3 > 96 500

Ee Ca2

40__ 2 > 96 500

1,5 > n.;'á to m o s = 2 A W 5 0 0 X 6 .0 2 3 - 102

Ee Cu2' =

63,5 - 3,3 x 10 4 g 2 / 96 500

, n.° átomos = 4.68 x 1 0 " átomos.

Ee Ag

2 < 96 500 C 1.5 C

_ 6.023 •' 102< átomos Ca _ n.” átomos

¿Cuántos electrones ganarán 5 g de ión cálcico al depositarse en el cátodo en un proceso electrolítico? Resolución: 5 g Ca2' —* n.° e. Ca2' 1 mol Ca2

2e —► 2 mol e

Ca,sl

- 2.1 -. 10 2 g

108 r = 1.12 x 10 3 g 1 > 96 500

, 10. Se electroliza durante un cierto tiempo una diso­ lución de sulfato del meíai M designado M S 0 4. En el cátodo se depositan 2.088 gramos de metal y en el ánodo se desprenden 0.422 litros de oxígeno m edidos sobre H-O a 14 C y 765 mmHg. Calcular la masa atómica de M. (P h .o 22 12 rnmHg)

40 g _ 5g X

7.

2 x 6,023 x 10 3 o x

-

= -4- - 2 > 6.023 40

10 "

= 1,5 • 1023 e s

¿Cuántas ho^as debe circular una corriente de 96,5 amperios para depositar en el cátodo todo el ion calcio que se encuentra disuelto en 10 litros de una solución 0,2 M de sulfato de calcio (C a S 0 4)? Resolución:

Resolución: Electrolito: M S O .,,,

M"

SO.:

Cátodo V' • 2 e — M . mM,,„ = 2,088 g Ánodo 2H20 —

0 2+ 4 H ' + 4e

Po2 = 766 - -1 2 = 754 mmHg V = 0,422 L

i - 96.5 A: M = 0.2: V = 10 L CuSO. 4. , —* Cu2' + SO A nC uSO j = nCu2' = 0,2 x 10 = 2 mol

T = 14 °C = 287 K Aplicando ecuación universa! (O.,) PV = n RT

El ión cátodo' C u "

_ PV n°- “ RT

+ 2e 2mol e~

—► Cu . »1 mol Cu„ÍS) >1 mol Cu,ls| 2 > 96 500 C - 2 mol Cu 96,5(t) -

t = | ( Í L > | § |Q Q ) = 4000 s 1 1 96,5 /

754 ■ 0.422 62.4 ■ 2.87'

‘ n-

"

0.018 mol

Por la 2 .' ley de Faraday: n.° Eq(M) = n.° E q (C ;) J L L = nc () ^ m„,,.

2,088

0.018 ■ 4

a

58

t = 4000 s = 1.1 h 11 . Se utiliza una corriente de 10 amperios durante

¿Cuantos electrones deben circular a través de una celda electrolítica de H20 acidulada para libe­ rar en el cátodo 2,8 L de H2 a CN? Resolución: n.° es 2.8 IH2 (CN) Electrólisis H¿0 2 H -0 + 2e — 2 mol e 2 x 6,023 x, 1023 e x

H2!gj + 2 0 H 1 mol

---------______

2, x 2 x 6,023 x 10 22,4

22,4 L 2.8 L 1.5 x 10“

Hallar los equivalentes electroquim icos de las es­ pecies' Fe ; Ca2 ; Cu2 ; A g' Ár: Fe = 56: Ca = 40; Cu = 63,5: Ag = 108

4865 s para realizar un niquelado, utilizando una so­ lución de sulfato de níquel (N iS 0 4), debido a que en el cátodo además de depositarse níquel se forma hidrógeno. El rendimiento de la corriente con rela­ ción a la formación del Ni es del 60%. Determinar cuántos gramos de Ni se depositan en el cátodo. Ár: Ni = 58.7 Resolución: i = 10 A =» i,., = t = 4865 s Q = ¡t = 6 • 4865 = 29 190 C N ¡S 04)M — N i''

Ár ' „ x(96 5 0 0 1

+

Ni-

2 e 2 moi e

2 > 96 500 C -

Resolución: Ee

60 - 10 = 6 A 100

29 190 C m

= SO: Ni.., i> 1 mol Ni -58.7 g -

m.

29190 ■ 58. i = 8.88 g 2 x 96 500

Q

12

Se tienen 2 ceidas conectadas en serie, una de ellas contiene nitrato de plata acuoso y la otra H20 acidu­ lada SI en esta se obtiene 10 litros de 0 2 a 2 atm y 27 C, ¿cuál es el peso de Ag en la otra celda?

Ag

+ 1e

108 g

I x 96,5 C

1,2 x 10 3 g

1 , 2 x 1 0 - ; y 9 6 500 „ 96,5 108

R e s o lu c ió n :

¡ = Üi 01 i a

Aplicando ecuación universal: PV - nRT PV 2 ■ 10 : 0,81 mol c- ~ RT 0,082 ■ 300 1 .’ Celda

Ar: Ag = 108; Cu = 63,5; Fe = 55.8

2.a Celda 2H20 — ► 0 2+ 4 H ' + 4 e 0=1 0=4 27 ley: n? Eq(Ag) = n.° E q (0 2) A g ' l 1 e" — ► Ag(sl

= n,

Resolución: mAg = 0,054 g 1.a Cuba

tí

108 1

mA2 = 351 g

2.a Cuba

0 81 • 4 Ag'

13. ¿Cuál es la intensidad de la corriente que en 96.5 segundos deposita 1,20 mg de Ag? A r : Ag = 108; 1 faraday = 96 500 coulomb

- i-

1e

Cu-

Ag,

2.a ley: n .= Eq(Ag) = n m'AAgn __ _ m,-,, m, m ., ~ m eqCu

0,054 108 " 1

Resolución: t = 96.5 s: m . ,

Cu,„

2e

Eq(Cu) m Cll 63,5 2

mCü = 0,0159 g

1,20 mg = 1.2 x 10 3 g

PROBLEMAS 1.

Se electroliza una mezcla de ion cobre (II) e ión

RESUELTOS

H " " '

Resolución:

cinc (II). ¿Cuál será la razón de la concentración

Oxidación: H2(t

del Ion cobre (II) y cinc (II) cuando los metales se

!■:, = 0,127 V

...1

están depositando con potenciales de semiceldas

e2 = 0,328 V

...2 a solución

iguales7 3Zn2 = -0 .7 6 V; ' Zn

C u3' Cu

í : Zn

s =

= 1'Cu

Para el Cu: e°Cu = 0.34 -

|Z n 2'

o 0 ,0 59 . [H f - —------ lo g 1- ^ - 1o n PH,

0,059

log;

0,059

log-

-37

0,34

...(a) Para 1: 0,127 = 0,059 pH, =* pH, = 2,15 Para 2: 0,328 = 0.059pH2 => pH2 = 5,55

1

Suma: 2,15 + 5.55 = 7.7

Cu*

Zn'

|C u 2 |Z n 2

0.059

log

lo g [H +[)

0 = 0,059 pH

Por dato en (a):

|C u 2~

solución

e

Para el (H): t: - ( ° ’ ° 5 9 |(2)(

1 0,059 log 2 [Z n 2

o°7 n = = - n0.76 7fi Para el Zn: e°Zn

log

=> c Ll = 0,00 V

...(a)

Aplicando la ecuación de Nernst:

-0 .7 6

2H 2 e

PH = 755 mm = 1 atm 2 Aplicando: ecuación Nernst:

0,34 V

Resolución:

[Cu2

Hallar el potencial estándar >:3 De la reacción: A + ne —► C Para un proceso de 2 etapas: A + x e —► B

10

■■e3 V ,.e° V ..e2 V

B + ye

—* C

A + xe

—» B

e°

B + ye

—► C

..s i

Resolución: 2.

469

Se disponen tres cubas electrolíticas en serie, cu­ yos respectivos electrolitos son: AgNCri. C u S 0 4 y FeCI,. Cuando en la primera cuba se depositan 0.054 g de plata, ¿cuántos gramos de cobre se de­ positan en la segunda?

O .: V = 10 L; P = 2 atm: T = 27 °C = 300 K

14.

■

Ag,s,

96 500 C

Ar: Ag = 108: 0 - 1 6

u ím ic a

Se tiene 2 soluciones en las que los potenciales de oxidación del hidrógeno es 0.127 V y 0.328 V res­ pectivamente. La presión del gas H, que burbujea es 755 mmHg. Hallar la suma de los pH de dichas soluciones

Rxn global: A + (x + y)e —► C x + y

470

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Hallando los valores de AG° para cada etapa:

Resolución:

AG? = -XAS?

Respecto a las afirmaciones: I. Verdadero

AG? = —yAs?

El NaCI fundido produce por electrólisis. Ánodo: Cl2 gaseoso. Cátodo: Na líquido. II. Falso Todo proceso electrolítico es no espontáneo, ya que es forzado por el paso de electrones. III. Verdadero La electrólisis del NaCI acuoso y diluido produce. Ánodo: 0 2 gaseoso. Cátodo: H2gaseoso.

AG? = - ( x + y) As? Sabemos: AG? + AG? = AG? Reemplazando: -x A s ? + ( -y A s ? ) = - ( x + y) As? „ 0 _ x e? + y s?

4.

. Fe3 Calcular el potencial del par: Fe,, A partir de: „U„

Fe3 Fe

=

+Q 77 v

go. Fe2 Fe(s

-0,4 4 V

7.

+1e" =

Fe2

s? = 4 0,77 V

2e

F e„

e? = - 0 ,4 4 V

¿Qué carga eléctrica (C) circuló a través de una celda electrolítica en la que se depositó 0,635 g de cobre? A r : Cu = 63,5 Reacción en el cátodo: Cufac, 4 2e~ —* Cu(s)

s? =

Resolución:

Resolución: Fe Fe2 Rxn global:

Fe3L4 3 e

— Fe(s|

En el cátodo de una celda electrolítica se produce la reacción:

Aplicando la ecuación: x = 1; y = 2 E? = 1 (0 '7 7 ) + 2 (~ 0,44) _ _ Q Q37 v 5.

Indicar si las siguientes proposiciones son verda­ deras (V) o falsas (F) según corresponda: I. El agua pura H20 , se electroliza produciendo H2 y 0 2 con facilidad. II. La electrólisis de agua ligeram ente acidificada produce 0 2(g) en el cátodo. III. La electrólisis del agua ligeram ente acidificada produce H2!g) en el cátodo.

C u2i 4 2e~ PA eq(Cu) n. e

2

= 31,75

Esto hace que se deposite 0,635 g de cobre, por lo cual la carga eléctrica usada es: m _ ( Pe,)Q 96 500

0,635 g

(31.75)Q 96 500

Q = 1930 C 8.

Respecto a las proposiciones:

Indicar si las siguientes proposiciones son verda­ deras (V) o falsas (F) con respecto a la electrólisis de una solución concentrada de NaCI.

I.

I.

Resolución: Falso

En el ánodo se obtiene Cl2(g,

La electrólisis del H20 se desarrolla de forma di­ ficultosa en estado puro, ya que se requiere un sobrevoltaje para rom per los enlaces covalen­ tes internos, el proceso se cataliza al agregar gotas de ácido. II. Falso La electrólisis del agua acidulada produce en el ánodo al gas 0 2 del proceso.

II. En el cátodo se lleva a cabo la siguiente reac­ ción: Na(h ac) 4 e Na,(s)

2H 20 —► 0 2 4 4 H + 4 4e III. Verdadero En la electrólisis del agua acidulada se produce en el cátodo gas H2 del proceso:

2C L — Cl2 4 2 e II. Falso El Na+ perm anece en solución, se obtiene en su lugar H2 en el cátodo:

2H20 4 2e~ — 6.

Cu 63,5

III. Alrededor del cátodo la solución es básica. Resolución: Electrólisis del NaCI acuoso y concentrado. I. Verdadero Se obtiene Cl2 gaseoso en el ánodo, según:

2H20 4 2 e —► H2 4 2 0 H III. Verdadero En el cátodo se tiene iones OH por lo que la solución es básica. .-. VFV

H2 4 20H~

Indicar como verdadero (V) o falso (F) a las propo­ siciones siguientes: I. La electrólisis del NaCI(l) produce sodio en el cátodo y Cl2 en el ánodo. II. La electrólisis del NaCI(l) es un proceso espon­ táneo. III. La electrólisis del NaCI(ac) diluido genera 0 2(g) en el ánodo y H2(g) en el cátodo.

9.

Indicar cuál(es) de las siguientes proposiciones es (son) incorrectas con respecto a la electrólisis del agua. I. En el ánodo se lleva a cabo la siguiente reac­ ción: H20,„ 2 e~ ® 2(y! T 2H (ac)

Q

II. La reacción del cátodo es: 2H20 + 2 e - —

H21gl + 2 0 H iac)

III. El proceso se realiza por el paso de la corriente eléctrica a una masa de agua pura. Resolución: Sobre la electrólisis del agua: I. Correcto En el ánodo ocurre la oxidación del agua y se libera gas 0 2: 2H20 — 0 2 + 2H* + 4 e II Correcto En el cátodo se produce la reducción del agua y se libera gas H2: 2H20 + 2 e — H2 + 2 0 H III Incorrecto Se lleva a cabo agregando gotas de ácido al agua pura. Por lo tanto, incorrecto: solo III. 10. C alcular la masa de aluminio, en gramos, que se produce en una hora por electrólisis de A IC I, fundi­ do, si \a corriente eléctrica es de 10,0 A. Dato: Ar: Al = 27

u ím ic a

■

471

III Correcto En la electrólisis de toda sal haloidea fundida, el metal se recoge en el cátodo. IV. Incorrecto Polaridad de los electrodos en una celda elec­ trolítica. Ánodo ( + ); cátodo ( - ) V. Correcto Productos de la electrólisis de sales haloideas fundidas. Ánodo: halógeno Cátodo: metal Por lo tanto, es incorrecto IV. 12. Respecto a la electrólisis de las soluciones acuo­ sas de sales haloideas concentradas, indicar como verdadera (V) o falsa (F) a las proposiciones si­ guientes: I.

En el cátodo se produce H,.g cuando se electro­ liza N a C lac).

II. La electrólisis de Kl genera Hl J: III. La reacción neta en la electrólisis del NaCllac)es: 2NaCliac, + 2H20 (I) — 2NaOHia¿, + Cl2|gl + H2(gl

Resolución:

Resolución:

Se lleva a cabo la electrólisis del: AlC Iji Val(AI) = 3 Fundido, donde: I = 10 A: t = 1 hora = 3600 s

Electrólisis de soluciones acuosas de sales haloi­ deas concentradas:

p

I

= P A _ 2 7 =9 eq(A" Val 3

Luego su masa la hallamos de: (Peq)1* 96 500 ^

= 9 v 10 > 3600 ' 96 500

m = 3 ,36 g Al 11. Indicar cuál de las siguientes proposiciones es in­ correcta: I. M ediante la electrólisis de sales haloideas fun­ didas se obtiene el halógeno respectivo. II. Uno de los m étodos de obtención de los m eta­ les alcalinos es mediante la electrólisis de su respectiva sal haloidea fundida. III. En la electrólisis de sales haloideas fundidas el m etal se obtiene en el cátodo. IV. El ánodo de una celda electrolítica es el electro­ do negativo. V. En el ánodo de una celda electrolítica se obtie­ ne el halógeno respectivo de la sal haloidea. Resolución: De las alternativas: I. Correcto En toda electrólisis de las sales haloideas fundi­ das el halógeno se recoge en el ánodo. II

Correcto Debido a su alta reactividad los metales alcali­ nos solo se pueden obtener de sus sales haloi­ deas fundidas.

Verdadero En la electrólisis de la salm uera NaCI(ac|, se produce: Cátodo: 2 H ,0 + 2 e ' —* H2 + 2 0 H Ánodo: 2CI —► Cl2 + 2 e

II.

Falso En la electrólisis del Kl acuoso se producen: H2 • en el cátodo y l2 en el ánodo.

III Verdadero El proceso redox neto en la electrólisis del NaCI(ac ) es: 2NaCI + H20 —

2NaOH + Cl2 + H2

.-. VFV 13. Respecto a las siguientes alternativas. Indicar cuáles corresponden a aplicaciones de la electroquímica. I.

Fabricación de celdas voltaicas: pilas secas y baterías.

II. Refinación electrolítica del cobre metálico. III. Electrodeposición de un metal. IV. Producción industrial del NaOH. Resolución: Aplicaciones de los procesos electroquímicos: I.

Producción electricidad: Pilas secas. Pilas de Ag-Zn Acum uladores de plomo Acum uladores Edison

472

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Refinación de metales: Cobre Blisster Sb; Cd; Au; Pb; Zn, etc.

Resolución: En relación a las afirmaciones: I Correcto Todo proceso redox implica por lo menos una oxidación y una reducción, si esto ocurre en una celda galvánica se cumple: r ~ y' , y' ° — °oxi ~ °red II Correcto No se puede m edir de forma aislada el poten­ cia! estándar de un solo electrodo, su valor se determ ina en relación con el electrodo normal de hidrógeno (ENH).

III. Recubrim ientos metálicos: Cromado Dorado Niquelado, etc. IV. Producción de lejía: Solución acuosa de NaOH a partir de la electró­ lisis de la salmuera. Por lo tanto, todos son correctos. 14 .

¿Cuántos litros de Cl2(g) (medidos a TPN) se ge­ neran en la electrólisis del NaCI acuoso por una corriente de 5,5 A, durante un periodo de 100 minu­ tos? ¿Cuántas moles de NaOH(ac) se han formado en la solución durante ese periodo?

2 H .0

Resolución: En la electrólisis de la salmuera se produce gas Cl2, con: I = 5,5 A; t = 100 m inutos = 6000 s

H

(Peq)l{ . D - 35 5 9 6 5 0 0 ’ ' et,(CI1 _ '

1'Cl, -

n.° moles = S = M

12,14

g

= OV

Por lo tanto, es incorrecto solo III 16 .

3 5 ,5 x 5 ,5 x 6 0 0 0 96 500

H2lgl + 2H20

M = 1

4, = 4

Su masa la hallamos de la primera Ley de Faraday: m _

• 2 e

(1 M) (l atm) III. Incorrecto Condiciones estándar del electrodo normal de hidrógeno: P = 1 atm H’2lg) „

Prediga el resultado de pasar una corriente eléc­ trica continua por una solución acuosa, diluida, de NaOH. Los potenciales de cada posible reacción, se dan a continuación:

1- = 0,17 71

N a,j ,;

VCN= 0,17 x 22,4 = 3,83 Además, se produce sim ultáneam ente NaOH (M = 40) cuya masa la hallamos de la segunda ley de Faraday:

2. 211 O

• 2e

3. 4C H . p 1eq 40 = 40 1

n.^OH

— 0 2(,,, 4 2H O

4. 6H 20 {I) —* 0 2lgl • 4H O .

f 4e :

Resolución:

— 13,68 g

m .-. n.° moles = = M

13,68 40

0,342

Indicar qué proposición(es) es(son) incorrecta(s): I. Toda reacción redox puede verse como la suma de dos semirreacciones, cada una con un volta­ je propio, siendo el potencial neto de la celda. p°

° n e to

-

p°

ox

'

+

E°

& red

II. Para poder m edir los potenciales de las semi­ rreacciones, se escoge como semirreacción estándar al electrodo normal o estándar de hi­ drógeno (ENH): 2H30 (ac, + 2 e —► H2(gl + 2H20 ,ij III. El ENH consta de hidrógeno gaseoso a una presión menor a 1 atm, y se burbujea sobre un electrodo de platino sumergido en ácido acuoso 1,1 M a 25 °C.

+4e

4 , = -1 ,2 2 9 V

12,14 g _ mN 35,5 40

15 .

:

4 , = -0 .4 0 V

__

m NaOH

H ; • 20H

4 d = -0 .8 3 V

En la electrólisis de una solución acuosa de NaOH se desea conocer los productos, para lo cual se indican los procesos: Na,ac, + e

—

2H20 + 2 e ' — 40H

Naig)

4 d = -'2,71 V

H2(q) + 2 0 H

4 d = -0 ,8 3 V

—► 0 2(g! + 2H20 + 4 e

4 , = -0 ,4 0 V

6H20 —

0 2(gl + 4 H ,0

+ 4e

4

= -1 ,2 2 9 V

Ánodo: OH y H20 ; oxidación Se oxida el OH ya que posee mayor 4 , que el H20 , se obtiene: 0 2(q, Cátodo: N a ' y H20 ; reducción Se reduce el H20 , ya que este posee mayor t:)j.a que el N a ', se obtiene: H2(g) Se produce H2y 0 2 a partir de HqO.

Q

17. Indicar si las siguientes proposiciones son verda­ deras (V) o falsas (F) según correspondan: I.

La fuerza electrom otriz (fem) de una celda m úl­ tiple es la suma de la fem de cada una de las celdas simples que la conforman.

II

La batería de les autos es un ejemplo de celdas múltiples.

III. Se usa una celda múltiple para obtener un dis­

Resolución: Respecto a las proposiciones:

II

473

19. Una celda galvánica, emplea la siguiente reacción: 2 Al,;,,, t 3Zn(s) -------- + 2 A l(s) 3 Z n (ac| y tiene un potencial estándar de celda de 0,90 V. i.

Escriba las reacciones de media celda.

II. Si el potencial estándar de reducción del Zn2' a Zn es - 0 ,7 6 voltios. ¿Cuál es el potencial es­ tándar de reducción del A l3 al Al?

Verdadero Las celdas múltiples están form adas por 2 o más celdas simples, su fem depende del núm e­ ro de celdas conectadas y el potencial de cada una de ellas. Verdadero Las baterías de autos o acumuladores de plo­ mo están constituidos por 6 celdas en serie de 2 V cada uno: por tanto, fem total es 12 V.

Resolución: Según la reacción global las reacciones de media celda son: ánodo: Al —►Alfa'c) + 3 e cátodo: Zn,2,;, + 2 e*

—►Zn

y la reacción global balanceada de celda es: 2AI,a> + 3 Z n ; l —

2AI,VC) + 3 Zn,.,

A E cel°da= 0,90 V

Com o A E cel°da = Ea° + Ec°

III. Verdadero Las celdas múltiples se emplean para producir un mayor voltaje que las celdas simples.

0.90 = E„ - 0,76, entonces EA = 1,66 V

.-. V W

estándar es - 1 .6 6 voltios.

18. Indicar si las siguientes proposiciones son verda­ deras (V) o falsas (F) según correspondan: I.

■

III. Dibuje un esquem a de la celda voltaica, rotule el ánodo y el cátodo e indique el sentido del flujo de los electrones.

positivo de mayor fem

I.

u ím ic a

Com o E a = 1,66 es para reacción de ánodo (de oxi­ dación): para la reacción de reducción el potencial El sentido de los electrones es del ánodo de alum i­ nio al cátodo de Cinc.

En las celdas en serie, los ánodos se unen con los cátodos mediante alambre conductor.

II. La intensidad de corriente eléctrica es la misma en las celdas en serie. III. En las celdas en serie, los números de equiva­ lentes depositados o liberados son iguales. Resolución: Celda galvánica Al / A L 3 // Zn2' / Zn

De acuerdo a las proposiciones: I

Verdadero En las celdas en serie se observan las co­ nexiones:

I (-)

■t___ JE A

MI u

J (-I

i )

i ■I

i-)

C átod o á no d o

II. Falso En las conexiones en serie, la cantidad de car­ ga eléctrica (faraday) que circula en cada celda es la misma. III Verdadero En las conexiones en serie se cumple la segun­ da ley de Faraday, es decir en todas las celdas se obtienen el mismo n.c Eq-g de productos. VFV

20. Se electrolizan 120 g de una disolución de K2S 0 4 al 13% en peso durante 2 horas, con una intensi­ dad de corriente de 8 A, descom poniéndose parte del agua presente en H2 y 0 2. ¿Qué porcentaje en peso de K2S 0 4 tendrá la solución al final de la elec­ trólisis? PA (urna): H = 1; O = 16 1 faraday = 96 500 coulomb Resolución: Para la celda electrolítica FUENTE

474

■

C

o l e c c ió n

U

Datos m sol = 120 g % msl0 = 1 3 % t = 2 h = 7200 s I = 8A

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Incógnita % m sto (después 2 h)

(ÁflCr) = 52,0)

Com o el K* y S 0 4 no se electroliza, el H ,0 se diso­

Resolución:

cia. (Reacción neta) 2H20 — 2H2 + 0 2

La reacción de reducción en el cátodo es:

Por la Primera Ley de Faraday

Se ha transferido 3 e , entonces 9 = 3 eq/mol

m (H 2 0 )

C r3;, + 3 e

PE 96 500'(l)(t)

u lH 2 0 )

■

9 x 8 x 7200 96 500

Cr"

Á.C r

1E d e C r = ^ = 1 7 ,3 3 -2 3 eq

0

Aplicando la ecuación:

5,37 g

mCr = Kit; siendo K = l = 13,5 A

.13

x 12 0 \ 100__ 1 1 0 0 = 1 3 ,6 % 114,63

% m s,

—

1 E ,d e Cr =

La masa de solución que queda m' m' = 120 - 55,37 = 114,63 g

m cr =

Cr

A

t

Eq 96 500 ’

5 días = 432 000 s.

96 500 C/eq

x 13.5 ^

s

X 432 000 s

mCr = 1047.544 g de Cr.

(a l f in a l)

21.

23. Se electroliza una solución de C r3;,. empleando una corriente de 13.5 A. ¿Qué masa de C r s) se ha­ brá depositado después de 5 dias en electrólisis?

¿Cuántas horas se requieren para depositar 50 gram os de Mg a partir de MgCI2 fundido, em­ pleando una corriente de 2 amperios. (ArUg = 24,0) Resolución: En el cátodo ocurre la reacción: Mg,2,' + 2 e " —► Mg(ll = Q = 2 eq/mol " V , = 50 g =* 1 Eq de Mg

mC[ = K(lt); siendo K, M9

Resolución: G raflcando la celda electrolítica.

A r Mg 9

96 500

24. Determine los gram os de plata que se depositan, durante la electrólisis de una solución de nitrato de plata, A g N 0 3, con una corriente de 0,25 amperios, durante 24 horas. P A um a (Ag = 107,8)

: I = 2 A = 2 C/s,

“ * E

n _ (24 g /m o l)/(2 mol/eq) 5U 9 96 500 C/eq (¿ U S )W

NO.

Ag;

=> t = 201 041,66 s t = 201 041,67 s (

Ag-

H£u H ,0

) = 55,84 h

22. Calcule los kilogram os de cinc puro que se pueden obtener, si se cuenta con 30 celdas electrolíticas dispuestas en paralelo, por las que pasan 1000 amperios durante 24 horas de electrólisis. PA(Zn) = 65,4 urna

i

En la electrólisis del A gN O ;,iac, En el cátodo se reducen los iones plata (Ag ) y en el ánodo se oxida el agua produciéndose oxígeno gaseoso ( 0 2) con iones H . Com o se tiene: i = 0,25 Am perios t = 24 h = 24 x 3600 = 8600 s

Resolución:

1 e q -g (A g )= Peq(Ag) = 107,8 g

Datos:

Según la primera Ley de Faraday 1 F = 96 500 C —► 107,8 g(Ag) t = 24(3600) s

Q = it

Reacción en el cátodo: Z n(ac + 2e~ <0 = 2 )

m,Agl

z<, 25. Las reacciones que se producen por la aplicación de la corriente eléctrica se realizan en:

Para celdas en paralelo /

_

Resolviendo: m(Al]) = 24,1 g

I.

^tota 4

)9 6 5 0 0 ) PE(Zn) ( 1000 x 29 x 3600 \ 6 5 ,4 > \ 96 500 ) 2 ) “ ,al = 29,27 kg

Pilas o celdas galvánicas

II. Acum uladores 29 277,5 g

III. Celdas electrolíticas. IV. Extlnguidores V. Calorím etros

Q

Resolución: Cuando se aplica la corriente continua a través de una sustancia conductora se produce la electróli­ sis. A fin de m antener la corriente es necesario un circuito completo, para ello se utilizan las celdas electrolíticas. En el cátodo se produce la reducción. En el ánodo se produce la oxidación. 2H 20

- ^ leclrólisi!i

• 2H,

+

(c á to d o )

(á n o d o )

Recordem os que: Eq-g, además: Eq-g,„ Eq-q w 96 500

ÍEÓ1

E q -g (cu 96 500

13,5 67

It 96 500

t = 50 x 60 = 3000 s

20 amperios durante 10 horas?

E q -q (Cll 2,

9 6 3 0 0 = 0 000329 ^9

Resolución: Como PEq(H) = 1; t = 10 h = 36 000 s; PMH2 = 2

= 0,33 mg

Aplicando la 1.a Ley de Faraday:

207 2 96 500

E q -g (Pb ó “ 96 500

0,001072 g

= 1,07 mg

W = J ^ ( l) ( t) 96 500

W :

1 < 20 x 36 000 96 500

=> W = 7,46 g

27. El equivalente electroquímico del oro es 0.68 mg. ¿Qué peso de oro se recubrirá sobre una joya al pa­ sar una corriente de 10 amperios durante una hora? Resolución:

Aplicando leyes de gases: PV = nRT W RT PM

V =

Aplicando la 1 .1Ley de Faraday: W = (Eq. Elect.) (I)(t) W = 0,68 x 10 2 x 10 x 3600 =, W = 20.9 g 28. ¿Qué peso de aluminio se separa por electrólisis de una sal de aluminio adecuada al pasar un fara­ day por la celda electrolítica? PA: Al = 27 Resolución:

7,46 g( 0 , 0 8 2 - 1 ^ 7 |(300 ° K ) \ mol K I (2g /m o l)(1 a tm )

Al"

.-.

Resolución:

A l'3 + 3 e

Peso equivalente:

PEqAI = ~

z |valencia|

PEqA, = 9 —

1 Eq-gAI _ 9g

27

PEq1Znl =

[M I =

V

=> 4M =

=

OL

n = 20 moles soluto

De la fórm ula Z n (N 0 3)2: 1 mol Z n (N 0 3)2 ______65 g Zn 20 m oles (N 0 3)2

x Zn

>x = 1300 g Zn

Calcule el tiempo en horas necesario para deposi­ tar 7 gram os de cinc en la electrólisis de ZnC L con 0.7 amperios de corriente eléctrica. PA (Zn = 65)

Aplicando la 1 ,a Ley de Faraday: W (96 500) , _ / PEq ( 0(0 I 96 500 I (PEq) (I)

Resolución: Aplicando la 1.a Ley de Faraday: PEq

t =

It 96 500

7 32,5

65

0 ,7 (0 96 500

t = 29 692 s = t = 29 692 s

= 32,5

Peso de sal en solución:

W = (9 g )(1 ) = W = 9 g

W PEq

65

= 3

Para el aluminio:

0

V = 1,76 I

32. A través de 5 litros de solución de nitrato de cinc. Z n (N 0 3)2 4 M, se pasa una corriente de 50 am pe­ rios. Calcule el tiem po necesario para depositar en el cátodo todo el cinc de la solución.

Determ inando paso a paso:

1 ,a Ley de Faraday W = (Eq-g)Q

29.

2

31. ¿Qué volum en de hidrógeno m edido a 27 °C y pre­ sión atm osférica se desprenderá en la electrólisis de agua acidulada em pleando una corriente de

PA,,

63.5

,pb

=

134 2

PEq

.-. I = 6,4 amperios

Resolución:

Eq-q

Para el cobre al disociarse: CuCI, —►Cu~2 + 2 C U 1

Aplicando la 1 'L e y de Faraday: M . =

26. Calcule el equivalente electroquím ico del Cu 2 y del P tT 2 (PA: Cu = 63,5: Pb = 207)

I-

475

Resolución:

0

Luego, la alternativa correcta es III

■

30. Calcule la intensidad de la corriente que se nece­ sita para descom poner 13,5 g de cloruro cúprico en disolución acuosa en un tiem po de 50 minutos. (PA(Cu) = 64)

PM = 134

O,

u ím ic a

1h 3600 s I

t = 8,25 h

1 3 0 0 x 9 6 500 3 2 ,5 x 5 0

t

77 200 s =? t = 21,4 h

33. A través de tres celdas electrolíticas en serie cir­ culan 0,2 faraday. Una corriente A g +, otra Z n t2 y la otra parte F e '3. ¿Cuál de los m etales se deposita en m ayor peso? PA(Ag = 108; Zn = 65; Fe = 56).

476

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución:

Resolución: Cálculo de PEq PEqA9 = M

PEqZn = M

REqFe = M

El ión clorato (C I0 4 ) no sufre electrólisis, luego se observa:

Cálculo de pesos 1.a Ley de Faraday: W = (Peq)Q

34.

WAg = (108)(0,2)

W2n = (32,5)(0,2) WFe = (18,6)(0,2)

WAg = 21,6 g

WZn = 6,5 g

WF. = 3.7 g

Determine el potencial de la celda galvánica nor­ mal (pila); cuya reacción es: 2 A g 4 + Zn(s)Z n +2 + 2 A g “ ) Dato: Z n '2 + 2 e" —► Z n(s); E° = - 0 ,7 6 V Ag* + 1 e—

Ag,„; E°

= +0,80 V

•

Resolución: Según los datos (potenciales norm ales de reduc­ ción) el m enor valor le corresponda al cinc; por lo tanto, el cinc se oxida. Luego, invertim os la semirreacción; y la plata se reduce: Z n(s)

2 e — Z n '2

E L a có n

2Ag- 2 e — 2Ag(sl 2Ag

En el cátodo se deposita la Ag Ag

E °

+ Z n(s) —►Z n '2 + 2 Ag°(s) + E°

•

+ 1e

—

Ag

...(1)

En el ánodo se libera el 0 2 (oxidación del agua) 2H 20 —

0 2 + 4H

+ 4e"

...(2 )

M ultiplicando a (1) por 4. igualando ¡a cantidad de electrones ganados y perdidos, la reacción total es:

= + 0 ,7 6 V 4Ag

n = + 0,80V

+ 2H20 —►4Ag + 0 2 + 4H

E°

=, E l = 0 ,7 6 V + 0,80 V

35. Se hace pasar una corriente de 5 A durante 2 horas a través de una celda electrolítica que contiene CaCI2 (fundido). Calcule las cantidades en gramos de los productos que se depositan o desprenden en los electrodos.

La solución que rodea el ánodo tiene carácter ácido.

Si en el cátodo se deposita 5.4 g Ag, entonces el n.° Eq-g de oxígeno es: = n.° Eq-g¡02, =* n.° E q -g 0. = 0.05

Resolución:

2.a Ley de Faraday: n.° E q -g ,4g, = n.° E q —g (0z,

Se lleva a cabo la electrólisis del CaCI2 fundido, donde: I = 5 A; t = 2 horas = 7200 s

Luego, como en el cátodo se deposita 5.4 g de pla­ ta. entonces: = n.° Eq-gf02l => n.° Eq-g(02, = 0,05

Se obtienen como productos: Cl2: PE = Ca: PE =

Analizando las respuestas: I V; II V; III V

= 35,5 g

37. Indique verdadero (V) o falso (F) a cada una de las proposiciones siguientes:

= 20 g

. . . _ „ Cuyas m asas lo obtenem os de: M 7

(PEg)(l)(t) = .. ... 96 500

M(CI2) = 35,59X655Q0720g = 13.2 g M (C a ) = 2 0 x 5 ^ 0 0

=7^

g

36. Respecto a la electrólisis del A g C I0 4(ac), indicar ver­ dadero (V) o falso (F): I.

En el ánodo se oxida el agua.

I.

Existen varios tipos o clases de celdas ga lvá ­ nicas; según los diferentes tipos de electrodos.

II. El puente salino evita la acumulación de cargas positivas en ei cátodo y la acumulación de carga negativa en el ánodo de una celda galvánica. III. El platino (Pt) y el grafito (C ,J son com ponen­ tes inertes de cierto tipo de electrodo, pues no sufren cambios de masa durante un proceso redox espontáneo.

II. La solución electrolítica que rodea al electrodo positivo tiene carácter ácido.

Resolución:

III. Si en el cátodo se deposita 5,4 g de Ag, en­ tonces teóricam ente por el ánodo se estarían liberando 0,05 E q - g de oxígeno gaseoso. PA (Ag = 108 urna)

I.

De acuerdo a las proposiciones: Verdadero La variedad de las celdas galvánicas depende no solo de los tipos de electrodos, sino también de los electrolitos, tenemos:

Q

Falso El puente salino evita la polarización de las semiceldas en el orden:

477

II. El potencial de celda es 0,659 V. III. El flujo de electrones va desde el estaño hacia la plata por el circuito externo.

9 -------------

Datos:

KCI

Snfaj-, + 2 e

Cl

Agrac¡ + e

J

■

Indique verdadero (V) o falso (F) respecto a las si­ guientes proposiciones: I. La reacción es: Sn + 2 A g (; c) 2Ag + Sn2a+C)

• Pilas secas • Acum uladores de Pb • Celdas de combustión, etc.

Anodo (po larización ( + ) por o xida ció n )

u ím ic a

C átodo (po larización ( - ) p o r reducció n )

— Sn; E° = -0 ,1 4 0 V — Ag; E° = 0,799 V

Resolución: De acuerdo al diagram a de la celda:

P uente salino

III Verdadero Los materiales como: grafito (C); platino (Pt) Se usan como electrodos inertes, ya que no su­ fren transformaciones durante el proceso redox. 38.

I.

Una corriente de 5 amperios fluye exactam ente 30 minutos y deposita 3,05 g de Zn en el cátodo. Halle el peso Eq-g del cinc. Dato: 1 faraday = 996 500 coulomb.

Verdadero Del gráfico se observa que el Sn es el ánodo por lo que se oxida: Sn + 2Ag" —►Sn~2 + 2Ag ® tr a n s f

Resolución:

-

^

II. Falso C onsiderando los datos siguientes: S n "2 + 2 e

—* Sn; -0 ,1 4 0 V

AgT + 1 e

—►Ag; +0,799 V

El potencial estándar de la celda es: F° o

=

oF 0° X ¡

+T

° oF recj

£° = + 0,140 V + 0 ,79 9 V = +0,929 V

Zn,"2, + 2 e

—

III. Verdadero En toda celda galvánica el flujo de electrones es desde el ánodo (Sn) hacia el cátodo (Ag).

Z n(s,

Aplicando la 1.a Ley de Faraday 1 E q -g ( I ) ( t ) 96 500 PE

peso equivalente Intensidad de corriente (A = C/s) tiempo (s) masa (g)

Reemplazando valores: 3,05 = 39.

1 E q - g (5 x 30 x 60) 96 500

1 E q - g = 32,7 g

En la celda galvánica representada en la figura:

40.

Indique verdadero (V) o falso (F) en las proposicio­ nes siguientes: I. La electrólisis es un proceso redox no espontá­ neo que se desarrolla con una fuerza electro­ motriz externa de corriente eléctrica alterna. II. En la celda electrolítica los electrodos pueden ser inertes o activos. III. El cátodo tiene signo positivo y el ánodo tiene signo negativo en las celdas electrolíticas. Resolución: Sobre la electrólisis: I. Falso Corresponde a un proceso redox no espontá­ neo generado por el paso de corriente eléctrica del tipo continua. II. Verdadero La corriente eléctrica llega al electrolito por los electrodos, que pueden ser: • Inertes: no se consumen. • Activos: se consumen.

478

■

III.

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Falso Polaridades de los electrodos en una celda electrolítica: • Ánodo (+ ): atrae aniones • Cátodo

41.

atrae cationes.

En la electrólisis del C u S 0 4. usando electroli­ tos Inertes, indique qué procesos(s) no es(son) correcto(s): I.

2H20 (I)

II.

C u 4 ,+ 2 e

2A gC lis, + Z nisl —

CuK,

Para la electrólisis del C u S 0 4 acuoso se tiene los productos: Cátodo: Reducción del C u '2:

0 2 + 4H ' + 4 e '

El ión S 0 42 no se oxida ya que posee menor

42.

Ag

Ár

65,3

108

(0) ( '2 ) 2AgCI + Zn —►ZnCI, - Ag I______I 0

DC

PA Zn =

Ánodo: O xidación del H ,0 :

4

Zn

A partir del proceso redox

C u '2 + 2 e ' —► Cu 2H20 —

Elemento

Resolución:

Resolución:

•

que el H20

—

2

=

65,3 =

~

(PEg)(l)(t) 96 500

En la electrólisis del C u S 0 4 5H20 (acj:

t = 3,86 x 107 s

II. Si el volum en de la solución es 1 L, ¿cuál será el pH al final del proceso? A.: Cu = 63,5 Resolución:

=

3 2 6 5

El tiempo de consum o lo hallamos de: M

¿Qué masa de cobre se deposita en el cátodo al paso de 0,75 A, durante 10 m inutos?

2~

Si se dispone de 6,53 g de Zn para producir una corriente de: I = 0,5 m A = 5 x 10 " A

Por lo tanto, son correctos I y II.

I.

ZnC I2(sl + A g (s)

Si esta pila proporciona una corriente de 0,5 mA, ¿durante cuánto tiempo podrá hacerlo si partimos de 6,53 g de Zn y se espera que se consum a total­ mente al reaccionar con ligero exceso de AgCI (dar respuesta en dias)?

0 2(g, + 4 H ('ac) + 4e

S 0 2l3l + 0 2igl

•

43. En una pila de uso en equipos electrónicos se hace utilidad de la reacción química:

^ _ (32 ,6 5 )(5 x 1 0 4 ( t ) => 6,53 g = 96 500 t = 446,1 días

44. Un pequeño m otor requiere para su funcionam ien­ to una corriente constante de 1 amperio. Si una pila galvánica, tal como se m uestra en la figura, funcio­ na durante una hora, ¿qué cantidad de cobre, en gramos, se reducirá en el cátodo?

De la e le ctró lisis del C u S 0 4 5H 20 acuoso, nos piden: I.

Masa de cobre (PA = 63,5) depositado si: I = 0,75 A t = 10 min -- 600 s PECu= ^

=

= 31,75

(PEg)(l)(t) 96 500 m II.

3 1 ,7 5 x 0 ,7 5 x 6 0 0 96 500

0,148 g

Para un volum en de 1 L el pH de la solución: Ánodo: oxidación del H20 2H20 —

0 2r4 H ' + 4e

Se cumple: n.° Eq-g(Cu) = n? E q -g (H ') 0,148 = n.° Eq-g(H ) ^ = n.“ Eq-g(H 31,75 .-. n.° Eq-ghT = 0,0047 = n.° moles H* [H *] = - :..00.1 I = 0.0047 1

pH = -lo g (0 ,0 0 4 7 ) = 2,33

Según el esquem a de la pila y el sentido del flujo electrónico debe ocurrir la reducción del C u 'z Como: Q = It (I = 1 A; t = 3600 s) Cu 2 + 2 e —* Culs) 2 mol (e ) —► 1mol Cu 2(96 500 C) — 63,5 g 3600 C —► mc Entonces: 3 6 0 0 x 6 3 ,5 mCu = 1.18 g ~ 1,2 g mc“ 2 x 96 500 9

Q

u ím ic a

■

479

45. A través de 3 celdas electrolíticas se deja circular 1 F de corriente.

Escogemos:

Celda A: N a N 0 3,acl

Ánodo: Mayor

Celda B: C u S 0 4(acl

Zn/Zn 2; + 0,76 V (I)

Celda C: CuCI2lac) Luego de determ inar las reacciones en cada celda calcule:

Cátodo: mayor c°ea

I.

=> 4 , da = + 0 ,76 V + 0,64 V

H g O /H g ; + 0.64 V (III)

Volumen de 0 2 (L) total en CN.

II. Numero de moles de Cu total depositado. 47.

Resolución: Los productos electrolíticos de 3 celdas conecta­ das en serie son: Ánodo

Cátodo

NaNO .

o2

h2

+2

o2

Cu

CL

Cu

Electrolito

C u S 0 4(acl

+2

Durante la electrólisis de una solución concentrada de NaCI sucede la reacción química:

NaOH,.,

— O Cl °L¡g)

liberándose H2(l)l en el cátodo y C l2lgl en el ánodo. Si circuló 10 amperios a través de la celda electrolíti­ ca durante 1,5 horas, ¿cuántos gram os de H20 se descom ponen en la reacción de electrólisis? Resolución:

C u C I2(aal

Se hace circular 1 faraday de carga por lo que se obtiene 1 Eq-g en cada electrodo O,: n.° Eq-gT = 2 m = 2 x 8 = 16 g

Durante la electrólisis de la salm uera (NaCI acuo­ so). se produce la reacción. (-1 )

(0)

NaCI + H O —

n.° moles = =■ "M " I b 0 '5 .-. V,CN1 = 0,5 > 22,4 L = 11,2 L

0 = 2

h2° “ t í ' T

Cu: n.° Eq-gT = 2 rPE l= icU) -m = 2 >

^0 ■ 63,5

t = 1,5 horas = 5400 s Luego, la masa de agua que se descom pone es:

: 63,5 g

m _ (P E )(l)(t) _ 9 / 1 0 x 5 4 0 0 96 500 96 500

Z nza;,/Z n is

O Q.

O Q_

46. La pila de Cd/Zn y la pila seca son dos ejemplos de celdas galvánicas de amplio uso a nivel comercial. La primera genera un voltaje de 1,4 V, mientras que la segunda genera 0,62 V. A continuación se dan los E)ed de algunas semiceldas: encuentre us­ ted una alternativa que supere el voltaje de la pila seca, en el orden: oxid a ció n -re du cció n .

4 d (V)

9

Adem ás: I = 10 A

63,5 2 a

63,5 = 1 n.° moles = -¿2- = PA 63,5

Semicelda

NaOH + H2 + CL

-0.76(1)

-0.4 0 (II)

HgO,s/Hg,„ + 0,64(111)

5 g H 20

48. Las magnitudes (pero no los signos) de los potencia­ les estándar del electrodo de dos metales X e Y son: X 2+ 2 e

•X

| e°| = 0,25 V

Y 2+ 2 e

•Y

|g°| = 0,84 V

Donde la notación |¡;°| corresponde al valor abso­ luto de c°. Cuando se conectan las semiceldas X e Y, los electrones fluyen de X hacia Y. Cuando se conecta X a un electrodo estándar de hidrógeno, los electrones fluyen de X hacia el electrodo de hi­ drógeno. ¿Cuál es la fuerza electrom otriz estándar (V) de una celda form ada por X e Y?

Resolución:

Resolución:

Datos de potenciales, estándar de reducción:

Se tiene los valores absolutos de los potenciales estándar de reducción (E):

Semicelda

X;

| s°| = 0,25 V

Zn 2/Zn

-0,7 6

Y '2 + 2 e —► Y:

| E°| = 0,34 V

Cd+2/Cd

-0,4 0

HgO/Hg

= 0.64

Cuando se conectan las sem iceldas que contienen a los m etales X y Y. los electrones fluyen de X a Y X es el ánodo Cuando se conecta X al electrodo normal de hidró­ geno los electrones fluyen de X al hidrógeno

4d

(V)

Nos piden averiguar qué semiceldas se deben co­ nectar para producir mayor voltaje que la pila seca:

X 2+ 2e —

480

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

mo (pila secundaria) son el dióxido de piorno. (PbO ,) que actúa como cátodo y el plomo, (Pb), que actúa como ánodo.

(c ü = O) =* s L (X ) > 0 = c°xl = + 0.25 V Luego, el potencial de la celda X/Y es: ,.0

_

IV. (V) Porque las reacciones químicas que ocu­ rren en el interior de una batería son de natura­ leza reversible, observándose que:

..0 " í : re d

c° = + 0,25 V + 0,84 V = - 1,09 V 49. Señale verdadero (V) o falso (F) en las siguientes proposiciones: I. En la pila primaria de Le-Clartché, ocurre la oxi­ dación del cinc en el descargado. II. Las pilas alcalinas poseen mayor duración de­ bido al electrolito básico de NaOH; luego son recargables después de su primer uso. III. En un acum ulador de plomo (batería), los elec­ trodos anódlco y catódico son plomo esponjoso (Pb) y PbO, respectivamente. IV. El acum ulador de plomo, en el mom ento de descarga se comporta como una celda galvá­ nica y luego al cargársele (recarga) actúa como una celda electrolítica.

•

Cuando se descarga, se comporta como una celda galvánica.

•

Cuando se recarga, se comporta como una cel­ da electrolítica Al llegar al equilibrio, el voltaje se hace cero.

.-. VFVV 50. Calcular la intensidad de la corriente que se nece­ sita para descom poner 13,45 g de cloruro cúprico en disolución acuosa en un tiempo de 50 minutos. Masa atómica: (Cu - 63.5) Resolución: El cloruro cúprico es: CuCL M (CuCL) = 1(63,5) + 2(35.5; = 134,5

Resolución:

Cu Cl, ~T~ valencia = 2 t = 50 min = 300 s; m = 13,45 g

I.

Apliquem os la ley de Faraday

(V) La pila de Le-Clanche (pila seca) tiene como electrodos al grafito (cátodo) y al Zn (ánodo). Es una pila primaria porque es no recargable.

96 500

1 Eq

II. (F) Las pilas alcalinas poseen como electrolito sustancias básicas, (KOH) se caracterizan por no ser recargables y son menos durables que una batería (pila secundarla).

It

III. (V) Los electrodos de un acum ulador de plo­

Luego la intensidad que se necesita es de 6,4 A.

®

I

—►m (96 500)(m ) (t) (Eq)

I=

96 500 >: 13,45 3000 -

PROBLEM AS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

13 4,5

- 6.4 A

®

PROBLEMA 1 (UNII 2011 - II)

PROBLEMA 2 (UNI 2 0 1 3 - I)

Cuando se pasan 0,5 amperios durante 20 m inutos, por una celda electrolítica que contiene una solución de sul­ fato de un metal divalente, se deposita 0,198 gramos de masa en el cátodo. ¿Cuál es la masa atómica del metal? Dato; 1 faraday = 96 500 coulomb

Se electroliza una disolución acuosa que contiene K2S 0 4 al 10% en masa, empleando una corriente de 8 amperios y durante 6 horas. Calcule la cantidad de agua descompuesta, en gramos.

A) 31,9

B) 63,8

C) 95,6

D) 127,4

E) 159,3

Resolución:

96 500

B) 96,68 E) 124,34

C) 99,34

Resolución:

Metal divalente: M2' Por la 1 .a ley de Faraday masa “

Constante de Faraday = 96 500 Coulomb A) 48,34 D) 108,42

Datos; I = 0,5 A; t = 20 min = 1200 s mmetai = 0,198 g

m r n - M eqO W

Masa atómica: H = 1; O = 16

En la electrólisis de la solución de K ,S 0 4 , , la sustancia que se descom pone es el agua, se cumple:

Mcn - "IA

1F

y Meq - I T

-

w

-i EqH 0

Reemplazando: 96 500 C

^ (0 ,5 )(1 2 0 0 ) 0,198 :

96~500

= m Ameta, = 63,8

(8 A )(6 h )( C lave: B

9 g H20 3600 s \

m H ,0 = 16,11 g

. m H.O

_ Q

II.

iS m m m Considerando que ei tiempo es de 36 h la respuesta es: 96,68 g de agua y la respuesta sería la opción B.

III.

C lave: B

PROBLEMA 3 (UNI 201 2 de reducción a 25 °C:

0,52 V

Cu2*(acl + 2 e —► C u's.

0.34 V

tadas en serie.

I.

El Cu" se oxida con mayor facilidad que ei Cu2".

II.

L a reacción: 2 cu,:., nea a 25 °C.

III.

El potencial estándar de la reacción 2Cu+ao) + 2 e" — 2Cu.s, es 0,52 V.

—► Cu:ac + Cu(s,es espontá­

C) II y II!

D) Solo II E) Solo III

Resolución: Respecto a los datos de los potenciales. I.

II.

Falso El ion C u1" posee mayor podet oxidante que el ión Cu2", por lo que el ión C u ’ " tiene menor capacidad para la oxidación. Verdadero Cu2‘ + 1 e

—

Cu — s° = 0,15 V

Para la reacción 2 C u 2:, —► Cufac)+ C u (s, s°xn = s°(C u ’ " / Cu2") -r e°(C u1" / Cu) = - 0 ,1 6 V + (+0 ,5 2 V) = + 0,36 V Por lo tanto, la reacción es espontánea II!.

Verdadero Los potenciales estándar no son afectados al m ulti­ plicar por otros coeficientes a las semirreacciones. Clave: C

PROBLEMA 4 (UNI 2 0 1 2 - II)

rrectas: I. El agua cumple la función de electrolito. II. La diferencia de potencial que se ha generado es negativa. III. El foco enciende porque se forma una celda galvánica. I y II

B) I y III

C) II y III

D) Solo II E) Solo III

Resolución: Según lo descrito en la experiencia: I. (V) Considerando que el agua del caño, por con­ tener iones disueltos, es un conductor eléctrico de segunda especie, es decir, actúa como el electrolito.

1

2

3

HX(ac)

H2Y ;ac,

^3^(ac)

Celda Electrolito

4 h 4w

(3C)

C u a n d o se produce la electrólisis simultánea en las cuatro celdas, se gen era H 2lg, en cada una d e ellas. L a cantidad de H 2:g¡ gene ra da en las ce ldas es: A) B) C) D) E)

Igual en todas las celdas. E n la celda 2 es el doble de la celda 1. E n la celda 4 es el doble de la celda 2. E n la celda 3 es el triple d e la celda 1. E n la celda 2 es 3/2 de la celda 3.

Resolución: C o n s ide ra ndo la electrólisis del agua acidulada en cada una de las celdas electrolíticas. C á to d o : 2 H ; ac)+ 2 e

—► H 2(g)

D e acu erd o a la ley de Fa ra d a y , la mis m a cantidad de electricidad gen era ¡a mis m a cantidad d e Fl2(g) en cada una de las celdas si están cone ctad as en serie. Clave: A PRO BLEM A 6 (U N I 2 0 1 3 - 1) D a d a s las siguientes proposiciones referidas a celdas galvánicas en condiciones estándar, ¿cuáles son co ­ rrectas? I.

El S n 2ac; puede reducir el ¡ón Cu,2,2 , a C u !s)

II.

El ¡ón A g 2 CJ p ued e oxidar al Z n (sl

III.

Un estudiante sumerge 2 electrodos, uno de Cu y otro de Zn en un vaso con agua de caño; los conecta a un pequeño foco LED y observa que este se enciende. Indique cuáles de las siguientes proposiciones son co­

A)

(F) Al observar que el pequeño foco LED enciende, se puede concluir que el sistem a produce voltaje, es decir, su diferencia de potencial es positiva. (V) En el sistema form ado ocurre la conversión de energia química en energia eléctrica, por lo que se estarla constituyendo una celda galvánica. Clave: B

Las siguientes cuatro celdas electrolíticas que operan

Indique cuáles de las siguientes proposiciones son ver­ daderas:

B) I y III

481

con ácidos y electrodos inertes, se encuentran conec­

—► C u(s¡

A) I y II

■

PROBLEMA 5 (UNI 2012 - II)

I)

Dados los siguientes valores de potenciales estándares Cu+(ac) + e"

u ím ic a

E l potencial d e la celda C u (s) / C u 2a2, (1 M ) / /A g 2 ,, (1 M ) / Ag(a) es 1 ,14 V.

Potencial estándar de reducción: S n 4+ / S n 2" = 0 , 1 5 V; C u 2' / C u = 0 ,3 4 V A g " / A g = 0,80 V: Z n 2" / Z n = - 0 , 7 6 V A) D)

S o lo I I y II

B)So lo II E ) I, II y III

C ) So lo III

Resolución: O r d e n a n d o los potencíales estándar de reducción: <+ A g " i A g — — ^ --------s = + 0 ,8 0 V C u 2, / C u s° = + 0 ,3 4 V S n 4" / S n 2 e° = - 0 , 1 5 V Z n 2" / Z n e° = - 0 , 7 6 V

482

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Facilidad para la reducción

A g ' > Cu2' > Sn4' > Zn2

Facilidad para la oxidación

Zn > Sn2

Cu > Ag

Por lo expuesto: I. Verdadero (V) El Cu2' se reduce debido a su mayor potencial de reducción respecto al Sn4+ (el Sn2' se oxida).

Verdadero (V) El ion A g ' por su m ayor potencial de reducción puede provocar la oxidación del Zn. Falso (F) Ánodo

Cu —►Cu2' + 2 e

e°

= -0 ,3 4 V

Cátodo 2 A g ' + 2 e ' — 2Ag s° = + 0,80 V 2 A g ' + Cu — Cu2' + 2Ag e° = + 0,46 V Clave: D

Q

PROBLEMAS

'El

1. En la siguiente reacción redox que ocurre a 298 K 2AI + 3Mn - — 2 A L 3 + 3Mn

PROPUESTOS 7.

Indicar las proposiciones incorrectas: I.

El agente oxidante es Al.

II. Se transfiere 6 electrones III. El M n '“ se traslada hacia el cátodo. B; II y III E.) Solo II

A) Solo I D) I y III 2.

Para depositar iodo el Cu y el Cd de una disolución de CuSO, y CdSO, en agua, se han necesitado 1,20 faraday de electricidad. La mezcla de Cu y el Cd que se ha depositado pesaba 50,36 g, ¿cuán­ tos gram os de C u S 0 4 había en la disolución? PA (Cu = 63 5: Cd = 112.4) A) 37,45 D) 55.68

3.

C) Solo I

B) 47.58 E) 62.42

8.

9.

D) En el cátodo se produce la reducción del Nao E) Uno de los productos form ados es NaOH.

5.

B» 4,26 E) 5.33

A) 1,25 M D) 3,125 M 6.

B) 0.625 M E) 2.50 M

C) 1.875 M

Determ inar la carga precisa en una celda electro­ lítica, necesaria para la producción de 490 g de NaCIO,., a partir de NaCIO,, si a causa de reaccio­ nes secundarias el rendimiento del ánodo es del 60%. PA (Ni = 59) A) 1,29 - 1u C

B) 7,722 - 105C

C) 4,63

D) 2,58 x 10" C

E) 2,58

10' C a

10" C

Se hace pasar por una disolución de sal de oro, la misma cantidad de electricidad que es capaz de depositar 4,316 g de plata: depositándose 2,628 g de oro. Determ inar la masa equivalente del oro y el

B) 197.1: +1 D) 6 5 .7 :+ 3

Una corriente de 2 A pasa sim ultáneam ente a tra­ vés de disoluciones de HNO, y H2S 0 4 durante dos horas. Determ inar el volumen total de hidrógeno liberado, medido en condiciones normales A) 0.836 L D) 1.7 L

B) 2.51 L E) 4.18 L

C) 3,34 L

10. Determinar la cantidad de carga que se debe utilizar sobre NaCI fundido para desprender 8,40 L de C l2 a condiciones normales. PA(Na = 23: Cl = 35,5)

C )8 ,5 3

Se electroliza una disolución acuosa de C u S 0 4. Sl en el ánodo se liberan 5 g de medidos en condiciones normales, determ inar la concentración molar del H en la solución resultante cuyo volu­ men es 500 mL.

B) 8 Eq-g/ L D) 7,9 E q -g /L

A) 197,1: - 3 C) 65,7: +1 E) 98.55: +2

C) En el ánodo se produce hidrógeno gaseoso.

A) 2.13 D) 3.19

Se electroliza durante cierto tiempo y con una de­ term inada corriente. 400 mL de una solución acuo­ sa de sulfato de cinc. En el cátodo se deposita todo el metal contenido en dicha solución y en el ánodo se desprenden 31,2 litros de oxígeno recogidos so­ bre agua a 27 °C. siendo la presión de la mezcla obtenida 626,8 mmHg. Determ inar la normalidad del electrolito. P.,27.c = 26.8 mmHg

estado de oxidación que presenta en la sal. PA (Ag = 107,9: Au = 197.1)

Señalar lo correcto respecto a la electrólisis del NaCI,a, concentrado

Una celda electrolítica contiene una disolución de CuSO, y un ánodo de cobre impuro. Calcular ios kilogram os de cobre que se retinarán, es decir, los que se depositan en el cátodo, con una corriente de 150 A durante 24 horas. PA (Cu = 63.5)

483

E) 11 E q -g /L

A) En el ánodo se produce oxígeno gaseoso.

4.

■

O '

A) 5.6 Eq-g/ L C )1 0 E q -g /L

C )5 2 .6 5

B) En el cátodo se obtiene Cl2.

u ím ic a

A) 193 000 C D) 144 750 C

B) 72 375 C E) 241 250 C

C) 289 500 C

11. Se hacen pasar exactam ente 0,60 F a través de tres celdas electrolíticas conectadas en serie. Una contiene nitrato de plata, la otra sulfato de cinc y la última nitrato férrico. Suponiendo que cada reac­ ción catódica es únicamente la reducción del ión a metal. Calcular la masa total de los metales depo­ sitados en los cátodos. PA (Fe = 56: Zn = 65.4; Ag = 108) A) 115,24 g D) 95,62 g 12.

B) E)

118,02 g 101,22 g

C) 137,64 g

Determ inar la masa de aluminio form ada en una celda electrolítica, a partir de AICI, fundido, por el paso de 289 500 C sobre dicha sal. PA (Al = 27) A) 4.5 g D) 18 g

B) 9 g E) 27 g

C )1 3 ,5 g

4S4

■

Ce.'

rc c ic .'j U

S

n ic ie n c ia

a p íf n s

_______

13. Determ inar la intensidad de la corriente necesaria para depositar en ei cátodo 98.5 g de oro por hora ae i na disolución que contiene una sai de oro tri,mie%e (Au - 197) A. 2C i A

B) 13 4 0

0 : 4 46

E ) 2 4 ,1 3

C )4 0 .2

B) 0,070 cm E) 0,058 cm

C) 0,035 cm

3872 g E) 6327 g

C ) 4207 g

B)

16. E n un b a ñ o cianurado ae cobre y cinc, se introduce c o m o c á to d o una lámina de hierro de 36 cm ' de s u p e rfic ie to ta l y se electroliza durante 50 minutos a u n a densidad de corriente de 0,3 A/dmA Sobre la lá m in a se depositan 0,106 g de latón de un 71.3% de cobre Calcular ei rendimiento de la corriente. El cobre se encuentra en la disolución en forma cuprosa, PA (Cu = 63,5; Zn = 65,4) B) 27,9% E) 43,6%

C) 63,1%

- 3Cu%:

_

2 C r a^ + 3Cu s,

S e m irre a c c ió n Cr

+ 3 e

Cr ' - e

Cr * CA-

Cr .O- -' + 14H ' + 6 Cu Cm Cu

■e

—

• 2e - e.

e

B) S olo I!

D) I, II y III

E) I y II

C) S olo III

1 9 . S e ñ a la r ve rd a d e ro (V i o fa iso ( F ). seg ún c o rre s ­ po nda re specto a ia e le ctrólisis: I.

En ia e le c tró lis is de una so lució n a cu o sa de c lo ­ ruro de sod io se o b tie n e hid ro g e n o g a se o so en el cáto do

II.

En la e le ctró lisis del ag ua a cidu lada , se o b tie n e o x ig e n o g a se o so en el cáto do

III. En la e le ctró lisis de una so lució n acu o sa de C u S O ,, se o b tie n e Cu en el cá to d o y o x ig e n o

A ) FV V

B) FF V

D)

E) V V V

VFF

C) V F V

20. S e ha e le c tro liz a d o una d e te rm in a d a d iso lu ció n de K ,S 0 4 u sa ndo e le c tro d o s de pla tin o

El vo lu m e n

total de los g a se s d e sp re n d id o , m e d id o s en c o n d i­ cio n e s no rm a le s fue de 67 .2 mL. S u p o n ie n d o que p é rd id a de g a ses al re co g e rlo s y m e dirlos, ¿ c u á n ­ to s co u lo m b de e le ctricid a d sn han co n su m id o ? A ) 197 000

6 ) 2 1 5 000

D)

E) 210 000

386 000

2 C r'

+

0

283 000

2 1 . C u a n d o se e le ctro liza una diso lu ció n de Kl u s a n ­ do e le ctro d o s de plata po rosa, se d e s p re n d e gas H -e n el e le ctro d o ne g a tivo (cá todo ) y se de p o sita Agí in so lu b le en ios po ros del e le ctro d o p o sitivo (á nodo ). Todo el Agí q u e se fo rm a q u e d a a d h e rid o en los po ros del án odo. A l fina l del e xp e rim e n to , el á n o d o ha a u m e n ta d o de p e so en 5,0 76 g y se han re co g id o 53 0 m L de H2, m e d id o s a 27 °C y a de presión. C a lc u la r el pe so ató m ico

del yodo. PA (Ag = 108; A) 123.0

B) 128.1

D)

E) 145.8

141.0

0 )1 3 8 .2

E° (V)

22 . U na sal po tá sica de un ácid o te rn a rio de m o lib de-

- 0 ,7 4

no (M o = 95 .95 u) tie n e com o fó rm u la HCMoO,.

-0 .4 1 —

A ) S olo I

720 m m H g

17. ¿Cuál es el valor numérico del potencial normai de la pila? 2Ci

posita cob re en el cá to d o

¡a e fica cia de la co rrie n te es del 100% y q u e no hay

d e í 9 7 % . PA (P b = 2 0 7 )

A) 17,4% D) 36.2%

En una celda e le ctro lítica de CuSCL , : se d e ­

en el ánodo.

15. P o r e le c tró lis is de una disolución de carbona­ to s á d ic o con algo de acetato sódico y utilizando á n o d o s d e plomo se forma y precipita albayald e . un carbonato básico de plomo de fórmula (2 P b C O ). P b (O H ); . Calcular la cantidad de albay a id e que se obtiene por hora en una cuba que fu n c io n a a 3000 A con un rendimiento de corriente

Di 5425 g

II.

el á n o d o d u ra n te una electró lisis

esta fo rm a d o por una hoja de metal cuadrado de 4 cm d e la d o , te n ie n d o en cuenta que ei recubri­ m ie n to e s por ambos lados. La densidad del Ni es 8.9 g /cm ' PA (Ni = 59)

A ) 3542 g

En la e le ctró lisis de una so lució n a cu o sa de N a .,S 0 4 0.01 M, se libera H, en el cátodo.

III. U na so lu ció n co n ce n tra d a de NaCI libera CA en

14. Se t tilic a u n a c o rrie n te de 30 A para niquelar una s u p e rfic ie c o n u n baño de N iS 0 4 durante una hora. En el c á to d o , se forman H: y Ni. El rendim iento de c o rr ie n te e n relación con la form ación de Ni es del 60% Calcular el espesor de! depósito si el cátodo

A i 0,14 cm D) 0.116 cm

I.

7H:0

C u a n d o se e le ctro liza una so lu ció n a c id ific a d a de

1,33

K 2M o O,, en tre e le ctro d o s de platino, s o la m e n te se

0,52

d e s p re n d e o xíg e n o g a s e o s o en el e le c tro d o p o si­

—» Cu

0,34

tivo, y m o lib d e n o m e tá lico q u e se d e p o s ita en el

C u"

0 .1 5

Cu

e le c tro d o ne gativo. C u a n d o se m a n tie n e n la e le c ­ tró lis is hasta que se d e p o sita n 0 .3 4 5 4 g de m o lib ­

A)

i .08 V

D) 1 08 V

18.

B ) - 0.4 V

R esp e cto a las s lg u lf correcto.

C) 0.4 V

E) 2 .5 V fes p ro p o s ic io n e s , s e ñ a la r lo

deno, se recogen al m ism o tie m p o 121.0 m L de O , m e d id o s en CN. D e te rm in a r la fó rm u la de la sal. A) KMnCV

B)KM oC:

D) K M o O .

E) K MoCL

C) K Mo O.

O .

23. Para ana reacción empírica dada por X / X (0,0001 M) // X (0.001 M )/X . Determ inar el potencial de la pila. B) 0.04425 V D) 0,13275 V

A) 0.0295 V C) 0.0197 V E) 0.199125 V

¡a 4 3 -

29. C a lcu la r el po te n cia l de la pila 'o rin a d a p o r Cu / C u2 (0,001 M) // C u 2' (0 ,! M) A ) 0.118 V

B) 0,1 77 V

D)

E) 0 ,0 1 4 7 5 V

0 ,0 2 9 5 V

Cu

O

¡.059 V

30. En la s ig u ie n te celda g a lvá n ica se de sea d e te rm i­ na r el po te n cia l de la piía:

24. Determ inar la masa de M g S 0 4 que se puede des­ com poner por el paso de 3.86 A durante 25 m inu­ tos. PA (Mg = 24; S = 32). A) 0,9 g D) 3,6 g

B) 1.2 g E) 2,4 g

A l / Al

(0,0001 M ) /f Al'’ ' (0.001 M ) / A I

A ) 0 .0 1 4 7 5 V

B) 0 .0 2 9 5 V

D)

E) 0.1 77 V

0 .0 1 9 6 V

C i 0 .0 4 4 2 5 7

C) 1.8 g 31. C a lcu la r las ho ras re q u e rid a s para d e p o s ita r todo el Ni co n te n id o en 4 0 0 m L de una diso lu ció n a c u o ­

25. En la electrólisis de una solución de C u(N O ,)2. de­ term inar cuántos equivalentes gramo de esta sal se descomponen al paso de 5,79 > 103 C A) 2 D )5

B) 3 E )6

C )4

26. Con respecto a las celdas electrolíticas, señalar lo correcto. I. En el cátodo, ocurre la reducción. II. Las reacciones redox producidas ocurren es­ pontáneamente. III. Los electrones fluyen por el circuito externo del cátodo al ánodo. A) I y II D) I, II y I

B) I y III E) Solo I

C) II y I

Calcular la masa mínima de plomo (contando todas las form as químicas del elemento) en una batería, si está diseñada para sum inistrar 100 amperios-hora. Suponga que el coeficiente de utilización es del 25%. Este es el porcentaje de Pb y P b 0 2 de la batería realmente disponible para las reacciones electrolíticas PA (Pb = 207) B) 0,772 kg E) 4.62 kg

C) 2,31 kg

2NH4H S 0 4 + H20 2

La primera reacción es una reacción electrolítica y la segunda es una destilación de vapor de agua. Determ inar la corriente que debería utilizarse en la primera reacción de modo que se obtenga suficien­ te producto interm edio para producir 200 g de H20 , puro por hora. Considerar un rendimiento anódico del 50%. PA (S = 32) A ) 315 A D ) 473 A

B ) 630 A

E ) 788 A

C )2 16 .1 6

A ) 180.08

B) 11.54

D)

E) 162.12

54 ,04

32. Si 250 m L de una so lu ció n acu osa de C u C L 0.4 0 M se e le c tro liz a u sa n d o una co rrie n te de 3 A du ra n te 45 m inu tos. D e te rm in a r la co n ce n tra ció n final de! C u 2’ en la diso lu ció n su p o n ie n d o que la varia ción de v o lu m e n es de sp re cia b le . A ) 0.1 67 M D)

B) 0 .3 3 6 M

0 .1 7 6 M

C) 0.0 64 M

E) 0,2 32 M

33. En la e le c tró lis is de una so lu ció n de C uS O , d u ra n ­ n a r las m a sa s de c o b re m e tá lico que se de p o sita en el cá to d o en esta e le ctró lisis PA (C u = 63 ,5) A ) 0 ,0 057 g

B) 0 ,3 4 2 5 g

D) 0,6 85 g

E) 0 .2 2 8 3 g

C l 0,0114 g

34. ¿C uál de los d ia g ra m a s cre e usted que g e n e re m a ­ y o r co rrie n te e lé ctrica ? D atos:

C d 2 / Cd

e = - 0 .4 0 3 V

A l2 / A l

e =-1.66 V

Fe 2' / F e

c°=-0,74V

C u2 / C u

¡: - - 0 . 3 4 V

A ) Al / A l3’ // F e2' / Fe

B) Cu / C u 2 // C d 2 / Cd

C ) Fe / F e 2' // C u 2' / Cu D) Al / Al 2” // C u2' / Cu

28. El peróxido de hidrógeno puede obtenerse por las reacciones sucesivas: 2NH4H S 0 4 — (NH4), S20 „ - H2 (NH4)2S20 „ + 2 H .0 —

- 59)

0 ,6 5 0 A. PA (Ni

te 6 m in u to s con una c o m e n te de 2 .8 9 5 A. d e te rm i­

27. Los electrodos de una batería de plomo están he­ chos de Pb y PbO,. Determ inar la reacción total durante la descarga Pb + PbO, + 2H .SO, 2 P b S 0 4 * 2PLO

A) 3,08 kg D) 1.54 kg

sa 0.3 5 M de NiSCL. u tiliza n d o una co rrie n te de

C )1 5 8 A

E) Fe / F e2’ / / C d 2’ / C d

35. S e so m e te a e le c tró lis is 2 litro s de agua, u sa ndo una c o rrie n te de 6 a m p e rio s d u ra n te 5 m inu tos. D e te rm in a r el vo lu m e n d e H2 a c o n d ic io n e s n o rm a ­ les p ro d u cid o en este tiem po A)

278 m L

D) 22 26 m L

B) 557 m L

C ) 209 m t.

E) 324-0 mL

36. S e ha ce p a sa r una co rrie n te de

5 7 9 A d u ra n te 8

m in u to s a tra vé s de una celda e le ctro lítica que c o n ­ tie n e una d iso lu ció n de c lo ru ro de platino. Si en ei cá to d o se d e p o sita n 1.4 g de platin o, d e te rm in a r la fó rm u la de la sal de platino. PA (P t = 195.08)

486

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

A) P t(C I02)2

B) P t(C I0 4)2

D)

E) PtCI4

PtCI

S

a p ie n s

C) PtCI2

45. ¿ C u á n to s g ra m o s de c o b re (II) se d e p o s ita rá n en una e le ctró lisis, si po r cad a celda circula 0.8 fa ra d a y de carga elé ctrica ?

37. ¿Cuánto tiempo llevará depositar 281 g de cadmio en el cátodo de una celda electrolítica que contiene CdCI2, usando una corriente de 125 amperios? PA (Cd = 112,4; Cl = 35.5) A) 1,07 h D) 1,28 h

B) 2,14 h E) 5,35 h

C) 3.24 h

B) 190 000 C D) 482 500 C

39. Determ inar cuántas horas necesita una corriente de 3 amperios para descom poner electrolíticam en­ te 18 g de agua. A) 35,7 h D) 7,14 h

B) 53,6 h E) 1,07 h

A ) 2 6 ,1 6 g

D)

B) 2 5 ,4 g

52 .32 g

C ) 5.8 g

E) 6,5 g

46. M a rq u e la s e cu e n cia s o b re la se m irre a cció n que o c u rre en una ce ld a ele ctro lítica .

38. Determ inar la carga eléctrica requerida en una celda para la producción de 367,5 g de N a C I0 4 a partir de NaCIO,. PA (Na = 23; Cl = 35,5) A) 193 000 C C) 386 000 C E) 579 000 C

PA (C u) = 63 ,5 urna

C )1 7 ,8 h

40. Calcular el potencial de las siguientes celdas gal­ vánicas;

Zn4 I.

+ 2 e

Z n (5l

El Z n se d e p o sita en el cátodo.

II. El Z n (a2, ga na d o s e le ctro n e s y se oxida. III. S e re q u ie re 1 F para d e p o s ita r 2 m o le s de Zn. A) VFF

B) FV F

D) FF V

E) FFF

C) VFV

47. ¿ C u á n to s g ra m o s de sod io (N a) se o b tie n e n en la e le c tró lis is del NaC I fun dido, al ap lica r 19,3 A d u ­ ra nte m e dia hora? A ) 8.2 8 ■ 10 2

B) 8 , 2 8 x 1 0 2

C)2,30/

D) 8,28 > 10°

10°

E) 2 .3 0 ■■ 10

48. ¿ C u á n to s s e g u n d o s serán n e ce sa rio s para d e p o s i­

Z n / Z n 2' (0,0001 M) / / A g ' (0,1 M )/Ag

ta r 0 ,1 9 7 g de o ro (A u) d e una so lució n q u e co n tie n e

s°Zn2‘ / Zn = -0 ,7 6 3 V

iones A u 3' . si se e m p le a una c o rrie n te de 0 ,5 0 A ?

E°Ag* /A g = 0.799 V

PA (A u) = 197 urna

A) 1,503 V D) 1,621 V

B) 1,872 V E) 1,742 V

C) 1.492 V

A)

197

D ) 1158

41. En el proceso de electrólisis, Indique la alternativa no correcta: A) Se emplea corriente eléctrica continua. B) Hay conversión de energía química en energía eléctrica. C) El cátodo es el term inal negativo. D) El ánodo es el term inal positivo. E) Se emplea en la galvanoplastia.

B) 394

C) 579

E ) 5790

49. ¿ Q ué inte n sid a d de co rrie n te en a m p e rio s (A) será n e ce sa rio h a ce r c irc u la r d u ra n te una hora en M g C I2(l), para d e p o s ita r en el cáto do 8,6 4 g de m a g ­ ne sio ? PA (M g = 24 urna) A)

1,93

B) 19.3

D)

1930

E) 19 300

C)193

50. R e sp e cto a la e le c tró lis is del agua, m a rc a r (V ) o 42. ¿Cuántos faraday se requieren para producir 1mol de metal libre a partir del catión Hg2'? A) 0,5 F D) 2,5 F

B) 1.0 F E) 3,0 F

C)

2,0 F

B) 9 E )6

I.

En el cá to d o se p ro d u ce la o xida ción.

II.

En el á n o d o se d e s p re n d e el o x íg e n o m o le ­ c u la r.

III. En el cá to d o se libera gas hidróge no.

43. En la reducción electrolítica de 3 moles de Cr3* a Cr elemental se n e c e s ita n faraday. A) 1 D )2

fa ls o (F), seg ún co rre sp o n d a :

C )3

IV. En el á n o d o se p ro d u ce la re ducción . A)

VFVV

D ) FVVV

B) V V F V

C)FFVV

E)FVVF

51. A l p a s a r una c o rrie n te de 100 A a tra vé s de N aC I(I) 44. ¿Cuántos gram os de plata se depositan al paso de 10 faraday de carga por una celda electrolítica? PA (Ag) = 108 urna A) 10,8 D ) 216

B) 108 E) 504

C) 1080

d u ra n te 16 m in y 5 s, ¿ cu á n to s litros d e C l21gl m e d i­ dos a CN se lib eran? PA (C l) = 35.5 urna

A) 22,4 D) 44,8

B) 11,2 E) 33.6

C )5 ,6 0

Q

52.

M arcar la alternativa que com pleta el enunciado: “ En la electrólisis, la reacción redox se produce por el su m inistro ; m ientras que, en los proce­ sos galvánicos a través de u n a ............... se g ene­ ra ............. A) corriente eléctrica - reacción redox - energía eléctrica. B) corriente eléctrica - reacción redox - reacciones. C) corriente eléctrica - reacción redox - resistencia eléctrica. D) reactantes - reacción redox - energía eléctrica. E) reactantes - corriente eléctrica - energía eléctrica.

53. Marque la secuencia correcta respecto a la celda galvánica. i. Una celda tipo es la pila de Daniells. II. Las medias celdas se unen por puente salino. III. Todas las reacciones redox son reversible. A) VFV D) VVF

B) V W E) FVF

u ím ic a

■

487

58. El potencial estándar de la celda (c0) a partir de la reacción: Cd(sl + Sn2;

—

Cdfa;,+ Snfa;,.e s :

Datos: e °(V )

C d f,

- 2 e

S n;,: , + 2 e A) -0 ,8 0 D) 0.53

—

Cd„

-4 0

—

Snfacl

+0,13

B) +0,53 E) - 0 ,2 7

C) +0,27

59. Considere la reacción que se produce en una celda galvánica. AgNO .

C) FVV

+ Zn, —

Z n (N 0 3)2lac, + Ag(s)

Datos:

¡:° (V)

Ag / Ag Zn /Z n

-0 ,8 0 -0 ,7 6

La notación de celda y el potencial estándar res­ pectivamente es: A) Ag- / A g / / Z n / Z n " ;

54. El diagram a de celda para la reacción total que se lleva a cabo en una celda galvánica es:

B) A g /A g

+0,4 V

/ / Zn / Zn; -0 ,0 4 V

C) Zn / Z n 2' //A g ' / Ag; - 1 ,5 6 V

Cais) + Cdfa(. —► C a2,. + Cd(s)

D) AgN O , / Ag // Zn / ZnNO,; ^ 1,56 V A) Cdfa;, / Cd(5) // C a(sl / Cafac)

E) Z n / Z n 2 //A g ' / Ag; +1,56 V

B) Ca(„ / Cafa;, // Cdfaci/ C d IS

60. Para la producción de ácido clorhídrico comercial (HCI acuoso al 38%) se dispone de cloruro de sodio (NaCI) y agua. ¿Qué procedim iento en lo mínimo propondría realizar para obtener el ácido comercial? (Responda en orden, priorizando y/o descartando etapas.). Sustente brevemente.

C) Cafa*, / Calsl // Cdf.;, / Cd(s) D) Cdf,;, / Cd(i) // Cafa;¡ / Cs,SJ E) Cafa;, / Ca(s) // C d(S) / Cdf,;, 55. Calcule el e° en voltios para la pila:

Mezcla de HCI en H20 .

II. Electrólisis de NaCI fundido.

Datos:

III. Reactor para sintetizar HCI.

e°(V)

NifaC) + 2 e

►Ni,sl

- 0 ,2 5

IV. Electrólisis de la salm uera [NaCI(ac)],

Cufac,+ 2 e —*■ C u ,

+0.34

V. Calentam iento de la salm uera (T > 100 CC).

A) +0,59 D) - 0 ,0 9 56 .

I.

Ni(s) / Nifa;,(1 M) // Cufa;,(1 M) / Cu(s)

B) - 0 ,5 9 E) +0,50

Cuál es el potencial estándar de la celda la reacción: Q^2igi ~ Z ri|s)

A) V. III. I D) V, IV,

C) +0,09

(e ° )

para

6 1.

* Z n(acl + 2 Cl,ac,

Datos: s ° Z n 2W Z n = - 0 .7 6 V 8° C l2 / Cl

= +1,36 V

A ) - 0 ,7 6 V D) +0,76 V

B) +1,36 V E) +2,12 V

C ) - 0 ,6 0 V

57. No es una característica de una celda galvánica: A) B) C) D) E)

Se llama también celda voltaica. Transforma la energía química en energía eléctrica. Es una celda electroquímica. Es generadora de corriente eléctrica. En ella ocurren reacciones de metátesis.

E)

C) IV, III. I IV. V, III

Señale lo correcto. I. Para depositar 230 g de Na en el cátodo de una celda que contiene Na2O lsl con 96,5 amperios se necesita 2.78 horas. II. Con una corriente de 0,25 amperios en 50 mi­ nutos se deposita 0,403 g de Ag con 80% de rendimiento. III. Si se electroliza agua acidulada durante 24 h con una corriente de 25 amperios a 27 °C y 740 mmHg, en el ánodo se forma 283 litros de H2 y en el cátodo 142 litros de 0 2. A) I D)

6 2.

B) II, l. l l l III, I

B) II y III I y II

C) III

E) Todas

Luego de hacer fluir una determ inada cantidad de corriente por dos celdas electrolíticas conectadas

488

■

C o le c c ió n

U

en s e rie de C u S O a,,. y C aC !,

ns

re s p e c tiv a m e n te se

66. Se tie n e 2 ce ld a s c o n e c ta d a s en serie, en la p ri­

logró d e p o s ita r 6 .3 5 g de cob re en el cáto do. H alle

m e ra se de p o sita 2.1 58 g de plata: y en la otra.

el peso del C alcio d e p o s ita d o en el otro e lectrodo .

1.312 de oro. C a lcu le el e s ta d o de o xid a ció n del

PA (urna): Cu = 63 5: Ca

oro en esta sal

A) 40 g 6 3.

S a p ii

n ic ie n c ia

B) 20 g

- 40

C) 8 g

D) 2 g

P A (u m a ):A u

E) 4 g

D os c e ld a s e le c tro lític a s co n tie n e n ag ua acid u la d a

197: A g = 108

A )+ 1

B) + 2

D)

E) t 5

+4

C)+3

y C u S 0 4 a m b a s de 4 N Al h a c e r p a s a r la m ism a ca n tid a d de e le c tric id a d se p ro d u c e 120 L de 0 2

64.

67.

S e tie n e 2 ce ld a s c o n e c ta d a s en p a ra le lo cuyo

h ú m e d o (H r = 80 % ) a 27 'C y 740 m m H g. ¿Q ué

e le c tro lito s son A g N O ,. y C u S O : ,, . H alle el pe so

vo lu m e n d e la s o lu c ió n es d is o c ia d o 9

del c o b re d e p o sita d o , si se logra d e p o s ita r en una

PA (urna): Cu = 63,5

celda 5 4 g de plata, al paso de la m ism a ca n tid a d

P v2; c = 26 .7 m m H g

de corriente . (C o n sid e re d e s p re c ia b le las re s is te n ­ cias de los e le ctró lito s)

A ) 3.6 L

B) 4 .6 L

D) 10.2 L

E) 5,6 L

C ) 8 .4 L

D ato: P A (u m a ):A g = 108; Cu = 63.5

T res c e ld a s e le c tro lític a s que co n tie n e n c o m o e le c ­

A ) 6 ,0 4 g

B) 4 ,0 3 g

D)

E) 3,06 g

1.59 g

C ) 8,0 4 g

tro lito s su lfa to de cinc, nitrato de plata y s u lfa to de cob re, fu e ro n c o n e c ta d a s en serie S e ha ce pa sar

68. S e tie n e 2 celda s e le c tro lític a s c o n e c ta d a s en se ­

una c o rrie n te c o n s ta n te de 1.5 a m p e rio a tra v é s de

rie. co n te n ie n d o una so lu ció n de c lo ru ro cá lc ic o la

e llas hasta que en el cáto do de la se g u n d a celda

p rim e ra y de c lo ru ro férrico, la seg unda . D e te rm in e

se de p o s ita 1.45 g de plata. ¿Q ué tie m p o flu y e la

el vo lu m e n total del cloro que se o b tie n e d u ra n te

co rrie n te ? ¿C u ál es la sum a de los p e so s de cobre

mil se g u n d o s al pa so de 9.6 5 a m p e rio s a CN .

y c inc d e p o s ita d o s 9

PA (urna): Cl = 35.5: Fe = 56

PA (urna): A g = 108; S = 32: O = 16:

A ) 22 ,4 L

B) 2 ,2 4 L

C u = 63,5: Z n = 65.

D)

E ) 3 6 .8 L

A ) 4 3 0 s; 0,8 g

B )2 1 5 s ;0 .8 g

C )3 4 0 s; 0,1 g

D )2 5 0 s ; 0 , 3 g

69.

C) 0.2 2 L

C alcule la can tidad de alum inio que puede o b te n e r­ se en un día. de 50 cub os electrolíticos con ectad os

E) 864 s: 0,8 6 g 65.

2,4 L

en s e rle qu e c o n tie n a A L O s l ca d a u n o fu n c io n a con 1000 a m p e rio s y el re n d im ie n to c a tó d ic o es

U na c o rrie n te e lé c tric a co n tin u a flu y e en 3.75 h o ­ ras a tra v é s de 2 c elda s e le c tro lític a s c o n e c ta d a s

de 80%

en serie. U na c o n tie n e una d is o lu c ió n de A g N O , y

A ) 32 2.3 kg

B) 200 kg

la s e g u n d a una d is o lu c ió n de C u C f

D)

E) 4 0 0 kg

d u ra n te este

300 kg

C) 4 0 3 kg

tie m p o 2 g de plata se d e p o s ita ro n en la prim era 70.

celda. •

¿ C u á n to s g ra m o s de Cu se d e p o s ita ro n en la

•

C uál es el flu jo de la c o rrie n te en a m p e rio s ?

U na co rrie n te de

1

,475 a m p e rio s pasa d u ra n te una

hora 42 m in u to s y 15 s e g u n d o s a tra vé s de una s o ­ lución de su lfa to m e tá lico . En el cá to d o se d e p o sita

s e g u n d a ce ld a ?

2,117 g de m etal y se d e s p re n d e s im u ltá n e a m e n te H2 a CN . El c a lo r e s p e c ífic o del m etal es 0,0925.

PA (urna): C u = 63,5: A g = 108.

C a lcu le el peso ató m ico e xa cto del m etal. A ) 0,3 g: 0,1 3 A

B) 0.1 5 g. 0.2 5 A

C ) 0 ,4 5 g; 0 .7 5 A

D ) 0 , 6 g ; 1 ,3 A

E)

0.6 g: 0 .1 3 A

1. A 2. D 3. 4. 5. 6.

E B A A

7. C 8. D 9. C

10. B 11. D 12 . E 13 . C 14 . B 15 , C

19 . C

20 . D 21 . D 22 . D 23. A 24. D

16 . C

25. E

17. D 18 . E

26. E 27. A

28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35.

A ) 54

B) 55 ,7

D)

E) 67 .73

D

3 7. A

C B B E B D

38. 39. 40. 4 1. 42.

C 36. E

E C A B C

43. B 44. C 45. B

4 8 .6 5

46. A 47. D 48. C 49. B 50. E 5 1. 52. 53. 54.

B A

55. 56. 5 7. 58.

C )6 3 ,5

A E E

B

59. E 60. C

B

6 1. A 62. E

B

63. B

64. 65. 66 . . 6 7. 68 . 69. 70 .

Química orgánica

3

a o o

Friedrich August Kefeulé von Stradonitz, conocido también como August Kefeulé (Darmstadt, 7 de septiembre de 1829-Tessin, 13 de ju lio de 1896) fue un químico orgánico alemán considerado como uno de los más promi­ nentes químicos orgánicos eu­ ropeos desde la década de 1850 hasta su muerte, especialmente en el campo teórico, ya que fue uno de los principales fundado­ res de la «teoría de la estructura química» (1857-1858). Esta teoría procede de la idea de la valencia atómica, especialmente la tetravalencia del carbono (que Kefeulé estableció más tarde en 1857) y de la capacidad de los átomos de 1QiU . H1B carbono para enlazarse entre si (establecida por Kefeulé en mayo de 1858), para la determinación del orden de enlace de todos entre todos los átomos de una molécula. E l trabajo más co n o cid o de Kefeulé se centró en la estructura del b en cen o. En 1865, Kefeulé publicó un artículo en francés en el que sugería que la estructura contiene un anillo de átom os de carbon o de seis m iem bros con enlaces simples y dobles alternados. El nuevo entendim iento sobre el b en cen o y, por extensión, de todos los com puestos arom áticos, resultó ser tan im por­ tante que en 1890 la Socied ad Q uím ica Alemana organizó una elaborada cerem on ia en honor de Kefeulé. Fuente: Wifeipedia

490

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

<4 DEFINICIÓN

7.

Es la cie n cia q u e e s tu d ia la e s tru c tu ra y p ro p ie d a d e s de los c o m p u e s to s del c a rb o n o qu e c o n s titu y e n p rin c i­

Binarios: C hl4, C 6H6, ... etc. Ternarios: C 6H l20 6, C H :)C O O H , ... etc. Cuaternarios: CFLCONFL, N H 2- C H 2-C O O H , ... etc.

pa lm e n te a la m a te ria viva, su a p lic a c ió n a la in d u s tria y d e s a rro llo te c n o ló g ic o . S e e x c e p tú a a los c o m p u e s to s : C O , C 0 2, C O j (c a rb o ­ na tas), Fe(C N )e~

S egú n el nú m e ro de e le m e n to s p rin cip a le s, los c o m p u e s to s o rg á n ic o s p u e d e n ser:

(fe rro c ia n u ro s ), etc. que co n tie n e n

ca rb o n o pe ro fo rm a n pa rte d e la q u ím ic a in orgán ica.

<4 DIFERENCIAS ENTRE COMPUESTOS ORGÁ­ NICOS E INORGÁNICOS

<4 GENERALIDADES 1.

El núm ero de com puestos orgánicos excede consi­

A n tig u a m e n te la q u ím ic a se d iv id ía en in o rg á n ic a o

d e rablem ente al núm ero de com puestos inorgánicos.

m in e ra l y en org á n ic a , d e n o m in a d a así p o rq u e se

En los c o m p u e s to s o rg á n ic o s p re va le ce el e n la ce

e n c a rg a b a del e s tu d io de los c o m p u e s to s e la b o ra ­

c o v a le n te y en los co m p u e s to s in o rg á n ico s el e n la ­

d o s d e n tro d e los o rg a n is m o s v iv ie n te s (a nim ale s,

ce iónico

p lan tas). P ara lo cual n e c e s ita b a la a yu d a de una

Los co m p u e sto s o rg á n ic o s son g e n e ra lm e n te inso-

fu e rz a vital. 2.

luble s en el ag ua, d e b id o a su baja p o la rid a d ; en

En 1826, el q u ím ic o a lem án F e d e ric o W h o le r e la ­

ca m b io los c o m p u e s to s in o rg á n ico s son s o lu b le s

b o ró el p rim e r c o m p u e s to o rg á n ic o a rtific ia lm e n te

en a g u a d e b id o a su e le v a d a po la rida d.

(s ín te s is ) qu e fu e la urea, a p a rtir de c o m p u e s to s

Los co m p u e sto s o rg á n ico s son sen sib les al calor,

in orgán icos.

es decir, se de sco m p o n e n fácilm e nte; en ca m b io los NH2

N H 4C N O

-

\

/

NH2 C = O

'

C —^

\

(+AT)

NH2

/ nh

C ia n a to de a m o n io

c o m p u e sto s in o rg á n ico s son re sistente s al calor. C = O

2

U rea o c a rb o d ia m id a

<4 CARBONO (C) Es el e le m e n to nú m e ro 6 de la ta b la pe rió d ica m o dern a, sus is ó to p o s m ás im p o rta n te s son: ,2C (es uno de los m ás e sta b le s, sirve para h a lla r la m a sa ató m ica d e los e le m e n to s). 13C (casi no existe).

En la a c tu a lid a d se co n o c e n m ás de 7 m illo n e s y m e d io del c o m p u e s to del c arbono , d e los cua le s

14C (es un isó to p o ra d ia c tiv o y sirve para h a lla r la

a p ro x im a d a m e n te el 80 % son e la b o ra d o s p o r el

ed ad de los re sto s fó s ile s q u e da tan de 1000 a 50 0 0 0 años).

hom bre. 3.

Los c o m p u e s to s o rg á n ic o s está n fo rm a d o s :

El ca rb o n o e xiste en la n a tu ra le za en fo rm a só lid a pura y c rista lin a o con im p u re z a s en e sta d o am orfo , ta m b ié n

C, H , O, N

el h o m b re lo p u e d e o b te n e r en fo rm a artificia l co m o el re s id u o de una c o m b u stió n o d e stila ció n .

e le m e n to s fu n d a m e n ta le s u e le m e n to s o rg a n ó g e n o s F, Cl, Br, I, S, P, A s, Fe, Ca, Na, etc. e le m e n to s s e c u n d a rio s 4.

Carbono natural Carbono cristalizado. Es un tipo de carbono quím ica­

Los c o m p u e s to s o rg á n ic o s en s o lu c ió n a cu o sa se

m ente puro, entre carbono y carbono la im pureza es casi

ioniza n (d is o c ia n ) m u y d é b ilm e n te o en a lg u n o s c a ­

nula (9 5 -1 0 0 % )

so s no se d is o c ia n ió n ic a m e n te , e n to n c e s no son e le c tro lito s y no c o n d u c e n la c o rrie n te elé c tric a . 5.

<4 CLASES DE CARBONO

P re s e n ta n el fe n ó m e n o de la isom e ría, es decir,

Ejem plo: a.

una m ism a fó rm u la g lob al re p re s e n ta v a rio s c o m ­ pu estos, p o r eje m p lo : la fó rm u la C 6H 14 re p re se n ta

El d ia m a n te (sp 3) •

Es incolo ro.

•

C rista liza un siste m a cú b ico (te tra é d rico ) fu n d i­ do a una te m p e ra tu ra m u y alta.

5 co m p u e s to s d ife re n te s (isóm ero s). 6.

E xisten c o m p u e s to s o rg á n ic o s de d u re z a s im ila r al d ia m a n te ; ej.: el te fló n y otro s p lá s tic o s que en la in d u stria en m u c h o s c a s o s han d e s p la z a d o a a lg u ­ no s m e ta le s y a le a c io n e s (a c e ro s ), p o r su d u re z a ,

b.

•

Es m al c o n d u c to r de la e le ctricid a d .

•

Es el m ás d u ro de todos.

G ra fito (sp 2) •

S u c o lo r varía de g ris a negro.

fle x ib ilid a d y g ra n re s is te n c ia a la o x id a c ió n y c o ­

E s blan do, c ris ta liz a d o en siste m a h e xagon al.

rrosión.

P re se n ta n e n la c e s n.

Q u ím ic a

H

Es buen c o n d u c to r del c a lo r o e le c tric id a d , se

H — C =

lido. c.

H — C =

H — C — C

P or s e r m uy bla n d o se usa c o m o lu b ric a n te s ó ­

491

H

usa c o m o e le c tro d o . •

■

H

N

C — H

H

F u lle re n o •

S on c o n g lo m e ra d o s de c a rb o n o (C 20, C

C 70,

e tc .) con ca rb o n o s h íb rid o s en sp 2. en su form a re d u c id a tie n e n alta a fin id a d e le c tró n ic a y se p u e d e n usa r co m o s u p e rc o n d u c to re s .

Autosatu ración P ro p ie d a d del á to m o de ca rb o n o ; m e d ia n te el cual los á to m o s de ca rb o n o se unen e n tre si, fo rm a n d o ca d e n a s c a rb o n a d a s , así:

Am orfos. P osee n m e n o s de 95 % de c arbono . En el si­ I

gu ie n te c u a d ro c a ra c te riz a m o s e sto s tipo s d e carbono , de m a y o r a m e n o r a n tig ü e d a d . P re s e n ta n e n la c e s n.

C arbo­ nos

% de carbono

A n tra c ita

90 - 95%

P oca llam a, b a stante c a lo r C on llam a y

H ulla o c a rb o n o

75 - 90%

c a lo r m o d e ­

de piedra

rado

c a lo r y m u­ cho hum o

T u rba

No arde

' 50%

/

\

e n la ce do b le

/ C = C x

—c = c —

C om b .

I C om b. d o m é s tic o

P ara

llam a, poco

50 - 75%

e n la ce sim p le

I

e n la ce trip le

Ind ustria l

C on m ucha Lign ito

I

Usos

Arde

I

— C — C —

hacer

I

I

I

I

!

— c — c — c — c —c — c — l

i

l I

i

I

l

linea les

í

I

I

— c — c = c —c = c —

a d o rn o s

I — c— I

A bono

I

- c —c —c —c —c —

C a rb o n o a rtificia l

I I —c—

Cristalizado

I

ramificadas

I

El d ia m a n te (s p 3) y g ra fito (s p 2).

o

Am orfos

—c —

N egro d e hum o u hollín.

I

C a rb ó n ve g e ta l o c a rb ó n de palo.

I

-c —c- -c- -c —c —

C a rb ó n anim al.

a rb o riz a d a s

I

C a rb ó n de retorta.

-c —

-c-

C a rb ó n activa do.

I

I

C oque. B rea, alqu itrán .

\

<4 PROPIEDADES QUÍMICAS

c

/

\ / \ / / C ~ Cx

Covalencia

\ s i

/

/

c —c — c

c íclica s o c e rra d a s

II

\ /

/

c

c—

\

El ca rb o n o form a e n la c e s c o v a le n te s (c o m p a rte sus (h o m o cíclico

e le ctro n e s ).

O

s / \ /

H

/ C - C X

HEjíI C IjlDH

(h e te ro cíclico )

0 H

Tetravalencia

Hibridización El ca rb o n o para fo rm a r c o m p u e s to s o rg á n ic o s p re se n ta tre s tipo s d e hibrid iza ció n :

C a ra c te rís tic a del c a rb o n o de un irse a o tro s áto m os, fo rm a n d o 4 e n la c e s c o v a le n te s (en o rgánica ).

s p 3 + sp2 + sp

492

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

S e d en om in a hibridización a la com binación d e dos o m ás orbitales p uros, para form ar n u e vo s orbitales de diferente geo m etría y orientación.

6C :

1 s 2 2s 2 2 p 2

C onfig uració n alternada: es m ás estable. Hibridización (sp2): planar. Resulta de com binar un orbital s y 2 orbitales p q u e d á n d o se 1 orbital p sin co m ­ binarse: 3 híbridos

último nivel O

(sp ') coplanar

E s ta d o excitado

2s

2 px

2p

2 pz

E s ta d o basal Hibridización (sp3): tetraédrica. A l co m binarse los 4 orbitales atóm icos form an 4 orbitales híbridos sp 3.

00 Px O

+

’

oc

E jem plo:

4 H íbridos s p 3 • = e

oc P

S

Pz

1.34 A

• 7Ü y

k

>■ C = f= c .

^ 1 0 9 '2 8 '

H-1 2 0

Enlace ( t i ). En la c e fo rm ado por el solapam iento de orbitales fuera del eje internuclear.

Ejem plo: E ta n o ( C 2T 6)

Hibridización (sp) lineal. R e sulta n de com binar un or­ bital s y un orbital p , q u e d a n d o dos orbitales atóm icos sin hibridizar.

H |

H

A ^ H

O

H

2 híbridos + ^ ) (sp) colineal

Enlace sigma (o). Enlac e form ado por el solapamiento de orbitales a través de los ejes internucleares. Conform ación estructural 1.

Caballete H H I I o ^ -C c -" ' / \ H / \ H H H Eclip s ad a

H H C

Ejem plo:

/

Etin o

C ,H ,

I H

o/ \ H

H \

1801

H 1 1- ^ - C 5 E C 71

Alte rna da

1.20 A

2.

Proyección de Newman

Á Eclip s ad a

Ejem plos: 1. A lte rna da

Indicar la cantidad de enlaces it y cr. C H , — CH- — CH = CH — C = C — CH = C H ,

Q

b.

Resolución: H

H

°t Io

Ia

H

2.

C — C=

— C ~ C =

Io

H

= 4

o

C — C==C — H

Io

H

II

I

O

CH3

c.

Fó rm u la co n d e n sa d a :

d.

Fó rm u la topológlca

= 17

e.

Fó rm u la global ( F G ) F G = C 7H ,, 0

■CH,

Indicar la cantidad de enlaces o y n de la figura:

Resolución:

Para cadena cerrada

Tra n s fo rm a n d o : C H . — C H . — C H =§= C H 2

a.

Fó rm u la desarrollada: O H

H

L a fórm ula siguiente contiene enlaces no saturados:

t

t

T

b

c

d

e

II

“l o

t

III

o X t a

0

O III -C H , — C — CH3

IX H

0 1

H I

1 o -

H I

Cl

t f

Indicar las hibrldazlones que co rresponde a los carb ono s de “a" hasta la “f

*

/

c —H \

/H

C I H

C I H

II H

ch2 I CH v / \ CH CH,

Cl

Valencias im portantes: c.

Fó rm u la topológlca:

Val 4 (tetravalente)

— c — I' — H — Q —

Val 1 (m on ova le nte)

=

Q ::

Val 2 (dlvalente)

=

N::

Val 3 (trivalente)

— N — I

=

— C i:

(F , C l, Br, I)

Ñ —

Cl

Val 1 (m on ova le nte)

< i FÓRMULAS DE UN COMPUESTO ORGÁNICO

Para cadena abierta Fó rm u la desarrollada: H H \ H , H \ I \ / C C = C /

\

hc2 I

X 0

sp"

C

/

II

1 =O

t sp"

0

A I sp;

II

* sp

H l

l X 0 1 i - O

I sp

- o

I o III

0

1 X

o

'I' sp’

H

Fó rm u la sem idesarrollada: O

Resolución:

a.

493

C H 3C O C H C ( C H 3) C H 2C H 3

H

I enlace p¡ (n) I I enlaces sigm a (o) 3.

■

Fó rm u la sem idesarrollada: C H , — C H 2— C H = C — C H 2

H

Io

H ^C

,t

H

u ím ic a

\

/

H

H / C \

\

\

C

l!

o

H / C — H

C

h ' IX H

H

H H

d.

Fó rm u la global ( F G ) : F G = C 7H 9C I O

<♦ ISOMERÍA L a existencia de m oléculas que p ose en la m ism a fór­ m ula m olecular y p rop ie d ad e s distintas se conoce com o ¡som ería. L o s co m pu estos q u e presentan esta característica reciben el nom bre d e isóm eros. L a isom ería p ued e ser de d os tipos: isom ería constitucional isom ería en el espacio o estereoisom ería

Isomería constitucional L o s isóm eros constitucionales o estructurales son los que difieren en el orden en el que se e n la za n los áto­ m os en la m olécula (diferente conectivldad de á to m os).

494

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

P o r ejem plo, el n -b uta no y el m etilpropano son dos isó­ m eros estructurales con fórm ula m olecular C 4H 10. E n el n-butano h a y c a rb ono s prim arios y secund arios, m ien­ tras que en el ¡sobutano hay 3 carb ono s prim arlos y 1 terciario. H H l i l H — C , — C 2— i i H H

H

H i

C , — C 4— H r 1 H H

n-butano

H H

H

H H

h

I I I H — C , — C 2— C , — H I I I' H H H m etilpropano

Enantióm eros. S o n aquellos e stereoisóm eros que presentan relación o bjeto-im agen especular no superponlble. P a ra form arnos una ¡dea, p od ríam os im aginar­ nos las m an os com o un par de enantióm eros y para c o m prob ar que son diferentes, notarem os q ue la m an o izquierda solo puede entrar có m od a m en te a un guan te d ere ch o. Lo s enantióm eros presentan las m ism as pro­ p iedades físicas y quím icas e xc ep to en: R e a ccio n a n de m anera diferente ante m oléculas enantlom érlcas D e s vía n de m anera diferente el plano de p o lariza ­ ción de la luz.

L a isom ería constitucional se clasifica en; Isom ería de cadena u ordenación. S o n aquellos isó­ m eros estructurales que tienen distribuidos los átom os de carbono d e la m olécula de form a diferente. S u s pro­ piedades quím icas esencialm ente son sem e ja ntes, v a ­ riando sus p rop ie d ad e s físicas. C H , — C H 2 — C H 2— O H ,

alcano no ram ificado

C H 3— C H — c h 3 I ch3 alcano ram ificado

Isomería de posición. L a presentan aquellos co m ­ puestos q u e , tenien do las m ism as funciones quím icas, se encuentran e n la za d a s a á to m os de carbono que tienen localizadores diferentes. S u s p rop ie d ad e s quím i­ cas esencialm ente son sem e ja ntes, variand o sus pro­ p iedades físicas. CH, — CH, — CH, — CO — CH, C H 3— C H 2 — C O — C H , — C H 3 Isomería de función. L a presentan aquellos co m p u e s ­ tos que tienen distinta función quím ica. S u s p rop ie d a­ des físicas y quím icas g eneralm en te son diferentes. C H 3— C H 2 — C H 2 — O H

alcohol

C H 3— C H 2 — O — C H ,

éter

M etám eros. T ie n e n el m ism o grupo funcional sustituido de form as distintas. O II CH, — CH, — C — NH, O II C H 3— C — N H — C H 3

Isomería espacial o estereoisomería L o s e stereoisóm eros se definen co m o isóm eros que tienen la m ism a secuencia de á to m os e n la za d o s co va lentem ente (m ism a conectlvidad de á to m o s ), pero con distinta orientación espacial.

Ejemplos de objetos enantlomérlcos

Núm ero máximo de estereoisóm eros. C o m o cada centro estereogénlco o estereocentro dentro de una m olécula genera 2 e ste roisóm e ros, el m áxim o núm ero d e estereoisóm eros para una m olécula con “n” estereocentros es: n.° máx. de esteroisóm eros = 2" d on de "n" es el núm ero de centros esterogénicos: á to ­ m os qulrales. enlaces dobles que g eneran ¡som ería geom étrica o m oléculas que contienen ejes quirales (m oléculas disim étricas). C H , — C H — C H 2— C H , I Br

21e stereoisóm eros com o m áxim o (presenta dos esteroisóm eros) C H, — CH — CH — CH, I I Br Br

22 estereoisóm eros com o m áxim o (presenta 3 estereoisóm eros) H

O

C I H — C — OH H — C — OH I C H 2— O H

22 estereoisóm eros com o m áxim o (presenta 4 estereoisóm eros)

Q

Núm ero m áximo de estereoisóm eros por la presencia de átomos de carbono asim étricos

CH,CH,C O O C H

COOH

■

495

CH,

C H ,C H 2C 0 C H ,C 0 N H ,

Diastereoisóm eros o diasterómeros. Son los esteroisóm eros que no son enantióm eros, es decir, son los esteoreoisóm eros que no tienen relación objeto-im agen especular.

u ím ic a

C,HoO,N

,o - * C, H ,0

C7H70 ,N

COOH C= N

H

OH

H

OH

H COOH

H

OH COOH

<♦ GRUPOS FUNCIONALES HO

ácido ( + ) - tartárico

En los com puestos orgánicos suelen haber otros ele­ m entos además del carbono y el hidrógeno. Estos ele­ m entos aparecen en agrupaciones diferenciales de uno

ácido m esotartárico

« DEDUCCION DE FORMULAS GLOBALES Las fórm ulas globales de los com puestos orgánicos neutros se pueden deducir según las siguientes reglas generales. Nota: Sea “n” el número de carbonos conte­ nidos en la molécula.

Si el com puesto adem ás tiene halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo) o metales alcalinos, se resta un átomo de hidrógeno por cada átomo de halóge­ no o metal alcalino.

C l Cl CH, I I I CH, - C — C H - C H , -C H I CH, CH, — CH

CH,

X = 0 ---»c.

H,

'C H

Cl ,0

leto estructural al que se une por un doble enlace un átomo de 0(XC=o). Estas agrupaciones de átomos di­ ferenciales se denom inan grupos funcionales y a veces el resto de la molécula se representa por el sím bolo R que suele representar un grupo alquilo. Las propiedades físicas y quím icas de las m oléculas orgánicas dependen generalm ente de los grupos fu n ­ cionales que tengan El resto de la m olécula (R) suele te n er poca influencia en estas propiedades. Por este m otivo, una manera convenientem ente de estudiar q uím ica orgánica consiste en considerar las propie­ dades asociadas con los grupos funcionales e specí­ ficos. El grupo funcional es todo agregado de uno o más áto­ mos de una molécula que confiere a estas propiedades y com portam iento característicos e independiente de la cadena carbonada a la que pueda estar unido.

CLASES DE COM PUESTOS ORGÁNICOS Y SUS GRUPOS FUNCIONALES

Fórmula general (estructural)

Ejemplo

Nombre del ejemplo

Alcano

R— H

CH3CH2CH ,C H 2CH2CH 3

n - hexano

CH, = C H C H .C H .C H ,

1 - penteno

CH ,C = CCH2C H ,C H 2CH2CH3

2 - octino

/

Clase

Alquino

o II! 0 1

\

Alqueno

\

c.

incluir a los propios átomos de C: por ejemplo, el grupo carbonillo está form ado por un átomo de C del esque­

/

b.

Para todo com puesto orgánico que contiene C. H. O y/o S debe presentar un máximo n" número de hidrógenos 2n + 2. Por cada enlace rt o anillo cícli­ co se resta 2 átomos de hidrógeno. Si el com puesto además tiene N. se añade un áto­ mo de hidrógeno por cada átomo de nitrógeno pre­ sente.

O II o

a.

o varios átomos. En algunos casos, estas agrupaciones de átomos sustituyen a los átomos de H en las cade­ nas o anillos de hidrocarburos. En otros casos pueden

Alcohol

R — OH

C H ,C H 2CH2CH2OH

1 - butanol

Haluro de alquilo

R — Xa

CH ,CH,CH2CH 2CH 2CH2Br

1 - brom ohexano

CH, - O - CH2CH2CH,

1 - m etoxipropano (metil propil éter)b

Éter

Amina

R - O - R

R-

NH-

CH CH-CH -

NH-

1 - am inopropano (propilamina)'

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Fórmula general (estructural)

Clase

Nombre del ejemplo Butanal (b u tira ld e h íd o f

3 - h e xan o n a (etil propil cetona)b

R -

0 I! C -

H

0 II C H .C H 2C H 2C — H

R -

0 II C -

R

O II c h 3c h 2c c h 2c h 2c h 3

Ald e h id o

C e to n a

o II

0 II R — C — OH

Ácid o carboxílico

Ejem plo

CH CH CH C -

0

0

I!

É s te r

R —C —OR

II

c h 3c h 2c h 2c -

II

R -C -N H ^

A re n o

Ar — H c

H aru lo de arilo

•

H H H H l i l i H — C — C — C — C — H I I I ! H H H H n -b u t a n o

ácido acético (ácido etanoico)

Sem idesarrollada. E s la fórm ula q ue solo Indica los enlaces de la c a d ena principal, o b vian do los enlaces del hidrógeno.

4 - clorofenol (p-clorofenol)b

X

Ejem plo: C 4H 10

B ro m o b e n ce n o

o

Desarrollada. E s la fórm ula que Indica todos los enla­ ces de la ca d ena .

Etilbe nce no

CH

ó

Clases de fórmulas

nh2

^ ^ c h 2c h 3

Xa

A r-O H

H O — H I I H — C — C = O I H

<

B u ta n oa to de metilo (butirato de m etilo)b B uta nam ida (b u tira m id e f

II

c h 3c h 2c h 2c -

o

Fe n o l

Ar -

och3

0

O A m id a

3 - ácido botánico (ácido butírico )11

OH

Global. N o s indica el núm ero total de átom os en la m o lécula. D e los ejem plos C 4H 10 y C 2H 40 2 Prefijos que indican el n .° total de carb ono s en la ca d en a.

o

C

N.° C

Prefijo

1

M et

12

2

Et

13

Trid ec

3

Pro p

15

P e n ta d e c

4

But

20

Eic o s

5

Pent

25

Pe ntae ico s

6

Hex

30

Triacont

o

■

z

496

Prefijo Dodec

7

Hept

40

Tetracont

8

Oct

50

P e ntac ont

D e l: C 4H 10 (butano)

9

Nov

60

Exac on t

C H 3— c h 2— c h 2 — c h 3

10

Dec

100

Hect

Á c id o etanoico C H 3— C O O H C o n d e n s a d a : S e om iten todos los enlaces.

Ejem plo: Del n-b u ta no (C 4H 10) C H 3C H 2C H 2C H 3 «

C H 3( C H 2)2C H 3

<4 HIDROCARBUROS (HC) Lo s hidrocarburos son c o m pu estos binarlos constituí dos por á to m os de ca rb ono e hidrógeno. Pre se n ta n dos tipos d e reacciones:

Q

H .C + C 2

C 0 2 + H 20

H .C + 0 2

CO +

H .C + O ,

C + H 20

u ím ic a

■

497

entre si y g ene ralm en te se disuelven en diso lve n­ tes no polares com o el tetracloruro de carbono ( C C I4), ben cen o ( C 6H 6), éter (C 2H 5O C 2H 5), etc.

C om b u stión com pleta (exce so de 0 2)

h 2o

C o m b u stió n Incom pleta (deficiencia d e 0 2)

b.

El punto de ebullición de los alcanos aum enta con la cantidad d e ca rb ono s, pero en alcanos isó­ m eros d ism inu ye con las ram ificaciones.

c.

A tem p eratura am biente (25 ° C ) y una atm ósfera de presión, los 4 prim eros alcanos son g a se s, los que siguen hasta el ca rb ono 1 7 son líquidos y los

(hollín)

restantes sólidos. d.

E l prom edio de la densidad d e los alcanos es de 0 ,8 .

Propiedades químicas ti

U ■A lq u e n o s >Alq u in os ■D ie n o s • Trineos > Diinos • etc.

>A lc a n o s

E n condiciones am bientales los alcanos son inertes y solo reaccionan con tem peratura alta com o en el caso de la com bustión y la halogenación.

1Ciclo alcanos ■Ciclo alquenos ■Ciclo alquinos ■etc.

Fórmula global

C „H „

Estructura

ALCANOS (R - H) S o n hidrocarburos alifáticos q u e p ose en solam e nte e n ­ laces sim ples (parafinas).

Propiedades físicas a.

Los alcanos son insolubles en H 20 , deb id o a su baja polaridad. L o s alcanos líquidos son m iscibles

N o m e n c la tu ra :........................................ ano prefijo terminación

Nombres

F. global

F. sem idesarrollada

F. desarrollada

Metano

ch4

H — CH 3

H I H - C - H I H

Etano

C2H6

Propano

c 3h 8

Hexano

C6H 14

C H3 — (CH2)4 —

ch3

Nonano

C9H20

c h 3—

ch

Pentadecano

Cl5H32

C H3 — (CH2)13 — CH3

Trieicosano

^23^48

C H3 — (CH2)21 —

Tetratetracontano

C44H90

c h 3—

(CH2)42 — CH3

Hectano

Q 00^202

c h 3—

(CH2)98 — CH3

c h 3— c h

H H I I H - C - C - H I I H H

3

I ch

3—

ch

2—

ch3

I

3

ch3

l

i

l

i

l

í

l

i

l

i

l

í

- c - c - c - c - c - c I

(CH2)7 —

I

- c - c - c -

I

I

I

l

I

I

I

l

- c - c - c - c - c - c - c - c - c I

I

I

I

I

I

I

I

I

498

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Serie hom ologa S o n co m pu estos que tienen p ropiedades quím icas a n álo g as , q u e en su estructura m olecular se dife­ rencian en el g rupo metilénico ( — C H 2 - ).

C — C — C — C — C I C

Ejem plos:

C — C — C — C — C

1 . C 3H 6: C H 3 — C H 2 — C H 3

) -

C 4H 10: C H 3 — ( C H 2)2 — C H ( C H 2)3

CH3 ! C — C — C — C CH3

C

CH,

(n e o h e xa n o ) - C H 2-

C 5H 12: C H 3

iso he xa no

C — C — C — C I I C C

•C H

2. C H 3O H (m etanol) )

-

c h

2-

Nota:

)

-

c h

2-

(«)•■

C 2H 5O H (etanol) C 3H 7O H (propanol)

n.° isóm eros d e ca d en a = 2 " 4 + 1 4 < n < 7

Isom eria de alcanos (isóm eros de cadena). Lo s al­ éanos son isóm eros que aun teniendo la m ism a fó rm u­ la m olecular (m ism a cantidad de á to m o s), presentan estructuras diferentes (en el orden y form a com o los átom os se encuentran unidos entre sí). P o r lo cual, las prop ie d ad e s tam bién serán diferentes.

(P )...

n .° isóm eros de c a d ena = 2" 4 + 1 + ( n - 7 ) 7 < n < 10

Ejem plos: Hexanos:

Ejem plos:

n = 6

Hallar los isóm eros d e los butanos: Butanos:

C 4H 1(

(similar al caso anterior)

n: normal

C H 3— C H , — C H , — C H 3 CH,

... (se encuentra en la ecuación (a )).

n.° isómeros = 2 6"4 + 1 = 5

•C H ■ ■ CH, I CH,

CoH„

n -b u t a n o p. ej.: ° C : - 0 ,5 ¡sobutano. p. ej.: ° C : - 1 2

n = 8

... (pertenece a la ecuación (p))

n .° isóm eros = 2 8 4 + 1 + (8 - 7 ) n .° isóm eros = 18

Pre sen ta solo 2 isóm eros

«ALQUILO ( R)

Pentanos: CH, — CH, — CH,

-C H ,

C H 3— C H — C H 2— C H , I CH3

- C H 3 n -p e n t a n o (p. e j.: ° C : 36). isopentano (p. ej.: °C : 2 7 ,9 )

ch3 I c h 3— c — c h 3 I ch3

S e obtiene al elim inar un átom o de hidrógeno de un alcano. FG :

S e cam bian la term inación a n o por ilo o ¡I.

n e o -p e n ta n o (p. e j.: ° C : 9 ,5)

Pre s e n ta : 3 isóm eros Hexanos:

c bh

C „H ,

Alcano:

Alquilo (R - )

C H 4,

metano

CH3

metilo

C 2H 6,

etano

C 2H 5

etilo

C 3H 6,

propano

C 3H 7 - ,

propilo

C 10H 21

decilo

C 10H 22, decano

C u a n d o se consideran g rupos alquilo m ás d e dos

,.

á to m os de ca rb on o , h a y que tener en cuenta la iso­ n -h e x a n o

C — C — C — C — C-

m ería.

Ejem plos: Grupos alquilo del propano (C3H7- ) . eliminación de un H

CH3 n-propano

- C H 3— C H , — C H 2

(n-propilo)

- C H 2— c h 3 I eliminación de un H

C H , — CH — C H 3 ‘ I

(isopropllo)

Q

u ím ic a

■

499

G rupos alquilo: (C4H9- ) que deriva el butano. eliminación de un H

C H , — C H 2— C H 2— C H 2

(n-butilo)

CH, — CH, — CH, — CH, n-butano

eliminación de un 1 H

CH, I CH, — C - H

C H , — C H , — CH — C H,

(sec-butilo)

CH, I CH, — C —

(tert—butilo)

eliminación de un 1H

CH,

CH, isobutano

CH, I CH, — C — H I

eliminación de 1 H

c h

2—

(isobutilo) o CH, CH

/

OH — CH,

Etil

Radicales importantes:

CH, — CH,

CH, isopropilo

CH —

=>

CH, — CH,

(etano)

CH

<4 PREFIJOS COMUNES (ALCANOS) CH isobutilo

C H — C H ,—

C H ,( C H 2)6C H ,

n -b u t a n o

CH, — I

(yod uro de metilo)

CH ,c

(cloruro de n -b u tilo )

h 2c

Prefijo: iso

CH, isopentilo

C H — C H , — C H ,—

grupo:

CH

C H , — CH — C H , I

(en una m olécula)

CH, CH,

isohexilo

CH — C H , — C H , — C H, C CH

C H j - CH,

CH _l is o b u ta n o

i r V}~ ? ; ■ % Lo s radicales alquilos son estructuras monovalentes que se derivan de la ruptura Homolítica del enlace: C - H.

r

C H -I- C H 2 — C H 2 — C H , CH L

Ejem plos:

CH,

__

_J

is o h e xa n o

Metil

S e o b s e rva :

H I H — C -H ¿

H I H — C -H hom ólisis

¿

o

CH,

o

CH,

(se encuentra m ostrado por líneas).

500

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

CH,

2.a regla. S e enum era la c a d ena principal, e m p e za n d o por el lado m ás cercano a las ram ificaciones y en todo

C H — C H , — Cl CH

ca so b usca nd o la num eración m ás baja d e los sustitu­ y e l e s a ram ificaciones.

cloruro de isobutilo: /C H , Br — C H 2 — C H 2 — C H 2 — C H

3 .a regla. S e no m b ran , prim ero, las ram ificaciones en orden creciente de ta m a ñ o (p u e d e ser alfabético) e in­

CH,

dicando el núm ero del carbono al cual va unido.

brom uro d e isohexilo 4.a regla. Si una ram ificación se repite 2 o m ás ve ce s se Prefijo sec

a n te p on e n los prefijos: di, tri, tetra, etc.

C H 3— C H — C H 2— C H 3 I Br brom uro de s e c -b u tilo

5.a regla. S e nom bra finalm ente la cad ena principal de acuerdo a la cantidad d e c a rb ono s que p ose en .

Nombre de IUPAC

Prefijo te rt CH, I C I Cl cloruro de te r t-b u tilo

G ru p o neo:

CH3 I c h 3— c — c h 3 I OH alcohol te rt-b u tílic o

Pre s e n cia :

Ramificaciones

Cadena principal

Ejem plos: CH,

1.

CH,

C H 3— C H — C H 2 — C — C H 3 ch3

CH3 I C H 3— C — C H 2 —

Resolución:

Cl (en una m olécula)

(C H 3

(C H 3)

C H 3— C H — C H 2— C — C H 3 5°

4“

3o

12o

n e o p e n ta n o 2 ,2 ,4

2. - Cl

cloruro d e neopentilo

- trim etilpentano

ch3 ch3 ch3 I I I C H 3— C H 2 — C — C H — C H — C H — C H — C H 3 I I I ch2ch3 ch2 ch3

-C H ,

neohexano

1»

( C H 3)

ch3

Resolución: CH,

CH,

CH,

C H 3— C H 2— C — C H — C H — C H — C H — C H , 8”

7°

6o|

5o |

4o

CH, CH, - C H 2— C l

cloruro de ne oh exllo

CH, 3 ,6


13o

CH, I CH3

- dietil - 2 ,4 ,5 ,6 - tetram etiloctano CH, I C H 3 ( C H 2)7 — C H — C H — C H , 11“

|3 “

|2 °

CH / \ CH, CH3 2 - metil - 3 - isopropilundecano

1“

2°

1°

Q

4.

I

CH,

I

I

I

CH3

7.

I

CH, I

N o m b ra r:

ch3 ch3 ch3 I I I C H 3- (C H 2), - C H - C H - C H - C H - (C H 2)4- C H - C H 3

CH2 I

ch2

ch3

15”

|10°

ch3 Resolución: ch3 ch3

I

6o

15o

CH3

4“

8.

3°|

CH2

1°

D a r no m bre IU P A C : Tra n sfo rm a n d o :

I

CH2

1° C H 3

I

ch3

C H 3-

CH3 C 2H 5 C H 3 C H 3 I I I I CH — CH — C — C — C — C H 3 6“

7°

6 - etil - 3 ,4 ,7 - trimetil - 5 - propilnonano

5” |

4” |

ch3

3° |

2” |

1°

c 2h 5 c h 3 c h 3

N o m b re IU P A C . 4 ,4 - dietil - 2 ,2 ,3 ,3 ,5 ,6 - hexam etilheptano

c h 2— c h 3 I

9.

C H 2— C H — C H — C H 3 I

c h 2— c h 2

I

I

c h 2— c h 3

N o m b ra r: CH3 ch3 I I C H 3 — C H — ( C H 2)4 — C H — C H — ( C H 2)4 — C H 3

I

ch2

c h 2— c h 3

1”

I

I

7“

C H 2— C H — C H — C H 3 3” I

c h 2— c h 2— c h 2 I

13”

I

60

c h 2— c h 3 2o

8°

CH — CH3 I CH — CH3 ' I CH2 I ch3

c h 2— c h 3 5o

7 °|

2°

Resolución:

r

c h 2— c h 3 8o

7 - ( 1 ,2 - dimetil butil) - 2 ,8 - dimetiltridecano

go

1 0 . Escrib ir la estructura: 2 ,2 ,5 - trim etilhexano

5 - sec - butilnonano

6.

2”

C H ( C H 3)2- C H ( C H 3) - C ( C 2H 5)2- C ( C H 3)2- C ( C H 3)3

2” C H 2

I

5.

7”

I

C H 3— C H 2— C H — C H — C H — C H — C H — C H 3 7 "l

|8 °

10 - sec - butil - 2 ,7 ,9 - trimetil - 8 - isopropilpentadecano

I

ch2

9”

CH —CH3 CH —C H 3 I I ch2 ch3 I ch3

I

8”

501

I

C H 3— C H , — C H — C H — C H — C H — C H — C H 3

9“

■

O rd e n de ta m a ñ o creciente: 1 - cloro - 2 ,5 ,7 - trimetil - 4 - etil - 5 - propilnonano. O rd e n alfabético (preferido): 1 - cloro - 4 - etil 2 ,5 ,7 - trimetil - 5 - propilnonano.

D a r nom bre IU P A C : CH3 CH,

u ím ic a

N o m b re : ch3

Resolución:

ch3

I

I

c h 3— c h 2— c h 2— c — c h 2— C H — c h 2— c h 3 C H — C H 2 — C H — C H 2 — Cl I

I

ch2

ch3

I

<4 METANO

ch3 Resolución: ch3 M

ch3 6o

50

I~7°

9”

Q° ~

]

C H 3 — C H , — C H , —| C — C H , — C H — C H 2 — C H 3' ' |4 o ' -

30

2“

1°

;

■C H — C H 2 — C H — C H , ' — Cl ‘i CH2 ch

3

CH3 CH3 I I c h 3— c — c h 2— C H 2— C H — C H 3 I ch3

r ch3

Tam b ié n llam ado g as de los p a n ta n o s, se origina en la descom posición d e la m ateria orgánica (ferm entación anae ró bica), en ausencia d e aire. S e encuentra asim is­ m o en los filones de las m inas d e carb ón, recibiendo e ntonces el nom bre de grisú. E s el principal com po ne nte del g as natural. E n el labo­ ratorio se obtiene por m éto do s g en e ra le s, esp e cialm e n­ te por hidrólisis del carburo alum inico. C /J ^ , + 12H30 + + 120H

3CH4(g) + 4AI(OH)3(s) + 12H20 (I)

502

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Propiedades:

C H ,C I , + C l,

E s incoloro, inodoro, insípido, insoluble en a g u a , siendo soluble en los d isolventes orgánicos. A rd e en el aire con llam a incolora, que a p e n a s deja re­ siduo ca rb on o so, la com bustión es fu ertem ente e xo tér­ m ica y m uy rápida, determ inando a m b o s factores que seg ún las proporciones, la m e zcla de m e ta no y o xíge n o arda con explosión. ^ ^ 4(g¡ r 2 0 2(g) — ►C 0 2(g) + 2 H 20 (g) + calor

+ HCI

o cloroform o

C H C I , + C l,

♦ CCI4 + H C I tetracloruro de carbono

<4 ALQUENOS, OLEFINAS O ETILÉNICOS S o n hidrocarburos alifáticos, ca racte rizad os porque en su c a d ena existe al m e nos dos átom os de carbono uni­ dos por un enlace doble.

C o n el cloro da reacciones de sustitución: H I H — C — H + C I — Cl I H

CHCI,

tricloro metano

H I * C IH + H — C — Cl ! H

L a m ayo ría d e sus p ropiedades físicas son sem ejantes a la d e los alcanos. S u s p ropiedades quím icas son m ás reactivas que los

cloruro de metilo

alcanos debido al enlace rt.

o clorometano

Estructura:

^ C = C ; ) 120°

Fó rm u la :

C „H „

:0 1

P u e d e n llegar a sustituirse todos los átom os de hi­ dróg e no paulatinam ente: C H ,C I + C l 2 ----- ►C C H 2C I 2 + H C I

Term inación: ...eno

dicloro metano

IUPAC

F. global

Común etileno

Propeno

C H 2= C H — C H ,

C ,H 6

metil - etileno

1 - buteno

C H 2= C H — C H 2- - C H ,

c 4h 8

(etil-etileno)

2 - buteno

C H , — CH = CH — C H ,

c 4h ,

dimetil - etileno

C 4H 8

¡sobutileno

o

1

2 - metil - propeno

X

C ,H 4

0 — 0 * 1

c h 2= c h 2

0 1

Eteno

n-butileno

S o n isóm eros de posición: E l doble enlace ocupa diferentes posiciones en la ca d ena .

Ejem plos:

5 - etil - 2 - metil - 3 - hepteno 2.

N o m b ra r: CH,

C H 2= C H — C H , — C = C — C — C H 2— C H 2— C H , 1°

2"

3’

¡4 ’

Cl

5°

||6 °

7-CH

I

8" C H , Vinil(o)

Alil(o)

4 - cloro - 5 - metil - 6 - propil - 1 ,4 ,6 - octatrieno

Ejem plos: 1.

D a r nom bre IU P A C : 1° 2" 3" 4" 5" 6° 7 C H 3— C H — C H = C H — C H — C H , — C H , I I ch3 ch2 I CH,

1” CH, =

CH, 2" 3' 4" 6'i 7" CH — CH — CH = CH — CH — C H , CH

II

CH,

6 - metil - 3 - vinil - 1 ,4 - heptadieno

Q

Isomería geom étrica. D o s estructuras con enlace d o ­ ble son isóm eros geom étricos cuando aun teniendo la m ism a cantidad de áto m os y enlaces se diferencian en la distribución espacial de sus áto m os. P a ra que una estructura con doble enlace presente Isó­ m eros geom étricos el carbono del doble enlace deberá estar unido a 2 áto m os o g rupos diferentes. P re s e n ta n isom ería geom étrica cis y trans.

m

X

X

x

n

m

X /

/ II o

/

II O

/ O

X

O

X

X

n

m = n o m / n

x

TRANS

CIS

\

/

/ C =

■

503

Ejemplo: ¿ C u á l de los alqu eno s es m ás estable? I.

C H , = C — C H -, I CH,

II.

C H , — C H = C H — C H , -- C H ,

III.

C H , — C H = C — C H ,— C H , I CH,

V.

C H , = CH — C H , — C H ,

Resolución: Tran sfo rm a d o :

E l m ás estable H

u ím ic a

H

Hx

CH,

Cis

buteno

COOH \

/

COOH \

/ C = Cx H

CH. — CH = C — CH, I CH,

H IV.

x C = Cx

C is - butenodlólco

C H .= CR,

= CHR = CHR

■CH, = C H R = C R ,

/

H

H

=*

C H , — CH = CH — CH, - C H ,

T ra n s - 2 - buteno

COOH

CH = C — C H , CH,

/ CH'

/ c = c x CH. H

CX

CH,

I.

C H = C H — C H , — C H , => C H , = C H R

COOH

T ra n s - butenodióico

M á s estable III m ayo r cantidad de g rupos alquilo. Etileno. S e obtiene industrialm ente en la destilación de la hulla y m ediante cracking del prop a no.

Ejem plo: ¿ Q u é estructuras no presentan ¡som ería geom étrica? Cl

X

/

Br

H

X

E n el laboratorio se obtiene por deshldrataclón del alcohol etílico.

/ C = Cx C H , CH.

x C = Cx CH, H

©

© Cl / -

CHx

/

Cl

CH X

/

C

/ C = C x CH. Br

x C = C x CH, I

©

©

Resolución: P a ra que presenten isom ería geom étrica alrededor del C unido al doble enlace, d eb e contener á to m os o gru­ pos diferentes. N o presentan isom ería geom étrica I y III Estabilidad de alquenos. U n alqu eno es m ás estable (m en or calor de com bustión cuando en torno a el doble enlace presenta m ayo r cantidad de grupos alquilo).

P o s e e p ropiedades generales de los hidrocarburos etllénicos. M e zc la d o con el o xíg e n o se em plea com o a n esté ­ sico. encuentra aplicación en la m aduración y c o n ­ servación de frutos, hortalizas. E s producto de partida para la obtención de la etilenclorhidrina, al adicionar ácido hipocloroso.

V

O 73

II

O X

II

O 73

C H , = C H , + C IO H CR, = CR2 a CHR

más estable CH, = CHR

C H , -- C H ,,

m enos estable

C I C H , - C H ,O H

Prod ucto del que se obtienen disolventes, alco ho ­ les. é teres, etc. D e su radical C H , = C H - (vinilo), se derivan m a ­ teriales plásticos.

504

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

6.

<4 ALQUINOS ACETILÉNICOS

N o m b ra r: CH3 I ch2

S o n hidrocarburos alifáticos que p oseen un enlace tri­ ple entre los dos áto m os d e C . S u s p ropiedades físicas son sim ilares a la de los alcanos y a lqu eno s. E s tr u c tu r a

— C ^ C — JL

Fó rm u la global:

C rHj.

Term inación:

CH,

II

I

C H 2= C — C H , — C — C H CH2

CH,

C H , — C — C H 2 -C H — CH, I CH, ch2 I CH,

...in o

Ejem plos: 1.

CH

D a r nom bre IU P A C : C H = C — C H 2— C H — C = C H 6° 5° 4o 13° 2° 1“ ch3 3 - metil - 1 , 5 - hexadino

Resolución: ,r C H ?

6 | C H 21 2.

N om b ra r:

5 C H ¡C H 3 ^ — 2 4 n 'i ■ L p H ^ = C — C H 2 — C —¡ C H

C H 3— C H — C = C — C H — C H 3 1"

2“|

3"

4”

51

CH3

6C H 2 '

1C H 2

CH, 1 3 4 5 C H , — C — C H 2— C H — C H , l I CH2 CH, I CH,

I

7C H3

2 ,5 3.

2

- dimetil - 3 - heptino

N om b ra r:

1"

2“

3o

4°

5"

6

°

V

8 " 9 “ 10

C H 2= C H — C H — C = C — C H — C = C — C H 2— C H 3 I I CH CH2 II

<4 HIDROCARBUROS ALICÍCLICOS

I

ch2

2 - (2 - etil - 2 .4 - dimetil pentil) - 4 - isopropil - 1 ,4 heptadieno

ch3

Son hidrocarburos alifáticos de cadena cerrada cu­ yas p ropiedades físicas y quím icas son sem e ja ntes a los hidrocarburos de c a d ena abierta.

6 - etil - 3 - vinil - 1 - decen - 4 ,7 - diino 4. C 3H 7

L o s cicloalcanos son isóm eros estructurales con los alqu eno s.

c 3h 7

Cicloalcanos

H 3C — C = C H — C H 2 — C H — C H 3

C „H „

CH, R e s o lu c ió n : s6 0 °

1C H ,

10CH3 I 9C H 2

2CH2 i 3CH2

C H ,1 _ C H , ciclopropano

H 3c — C = C H — C H 2 — C H — C H 3 4

3

4 ,7

5

\ 90°

7

6

-C H ,

CHP

sCH,

I

CH, ^ — CH,

- dimetil - 4 - dec eno ciclobutano CH,

C H 3— C H = C H — C = C — C = C — C H 2— C H — C H 3 1

2

3

4

5

6

7

8

9|

Br 9 - bromo - 2 - decen - 4,6 - diino

10

CH,

CH, 108» i

c h

CH. ciclopentano

Q

u ím ic a

■

505

N o m b ra r: C onfig u ració n del ciclohexano:

7 - clclobutll - 5 - hexil - 1 ,3 - ciclooctadieno 4.

N om b ra r:

silla

Y

Orden de estabilidad

v

>/^ a

>

Y

C H 3 -C H — C = C . J3 , 5

iÑ?>n menos > aestable

CH, 1

2 ,3 ,4 - trlclclopropil - 2 - p enteno N o m b ra r:

Otros: cicloalquenos CH

C H 2= 1

HC

ch3

Y c 2

— C H - -C H — CH — C = CH2 13

¿3

CH2

ciclopropeno

41

6

5|

ch2 I ch2

7

□

CH, ciclobutadieno

6 - metil - 4 - propil - 2 - ciclopropil - 5-ciclobutil 3 - clclohexil - 1 ,6 - hep tad ien o.

Ejem plos: 1.

N o m b ra r: CH,

CH,

L o s clcloalcanos tam bién presentan isom ería cls-trans con la presencia de dos substituyentes en el anillo del clcloalcano.

Cl Resolución:

CH, CH,

XX 2 - cloro - 1 ,5 - dlmetll - 1 ,3 - ciclopentadieno 2.

CH,

CH,

_ CH,

N o m b ra r:

T ra n s - 1 , 2 - dimetil ciclopentano p. e j.: 12 4 °C

C is - 1 , 2 - dimetil clclopentano p. e j.: 13 0 °C

Halogenuros de alquilo. S o n co m pu estos orgánicos q u e se d erivan teóricam ente d e aléanos por sustitución d e 1 á to m o d e hidrógeno por un haló ge no . P a ra estos co m p o n e n tes existen n om bres I U P A C y tam bién no m bres co m une s.

CH3

Fó rm u la global: Resolución:

R - X

X — * h a ló ge n o s ( F ; C l; Br; I) R — * radical alquilo 1 - metil - 3 - propil ciclohexano

Ejem plos: í clorom etano

enlace simple 1C

1 Y¡ 3C

1 cloruro d e metilo C H C I,

í triclorom etano I cloroform o

506

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

C H , — C H ,B r

CH,

CHI — C H ,

S

a p ie n s

f brom o etano

C

[ brom uro de etilo

ll l^ C a +

| 2 - y o d o - propano { yod uro d e isopropilo

C

H ,0

+ OH

H ,0

+ OH

~ H — C = C — H (g) + C a ( O H ) , + 2 H 20

CH,

- C H , — C H ,I

¡ 1 - yo d o p ro p an o 1 yod uro d e n-propilo

C o m o el carburo de calcio com ercial está im purificado

CH,

- C H - - C H ,F I CH,

1 - flúor - metil - propano

olor d esa g ra d ab le , si se halla puro su olor es etéreo.

fluoruro de isobutilo

6

E s insoluble en agua y m uy soluble en acetona (disol­ ve nte).

Cl I - C H — C H 2— C - - C H — C H 2 |2 1 |5 4 I3 CH, Br Cl

CH,

por sulfuro d e calcio, el acetileno así producido tiene

• brom o - 2 ,3 - dicloro - 5 - m etilhexano Cl I CH, — C — CH, I CH,

Puro en esta do líquido, es m uy inestable d e s c o m p o ­ niéndose en carbono e hidrógeno si se le com prim e. C 2H 2 — - 2 C + H , + 5 4 ,2 0 0 calorías. P o r ellos se e xp e n d e en el com ercio en cilindros de acero en aceto n a, en 1 L , d e lo cual a 15 a tm , se disuel­ ven 300 L d e acetileno. A rd e con llama lum inosa y fuliginosa (deja residuo de

-C H

carbono al cortar la llama con un objeto frío). L a s m e z ­ clas del acetileno con el aire y el o xíg e n o puro, son e x ­ plosivas.

2 - cloro - 2 - m etilbutano (cloruro de terpentilo)

2 C 2H 2 + 5 0 2 — * 4 C O , + 2 H 20 + 3 1 2 ,0 cal

Dienos. So n hidrocarburos Alifáticos que poseen 2 en­ laces dobles. S o n isóm eros estructurales con los alquinos.

trato de plata form a un precipitado blanco de acetiluro

Fó rm u la global:

C u a n d o burbujea por una disolución am oniacal d e ni­ de plata, m u y e xplosivo cua nd o está seco:

C „ H 2n_2

H — C = C — H + 2AgNO, - 2NH, = A g — C = C — A g t + 2 N H 4N O ,

Tipos: I

I

I

I

I

_ c = c —c —c = c — l

i

l

i

—c = c —c = c — l

i

l

S e polim erizan: aislados

conjug ad os (alternados) acum ula d os (cátenos)

Dienos importantes

,

r

1

H — C = C — H + H — C = C — H I____________________ f => H 2C = C H — C = C H

vinílacetileno

S e e m plea para a lum brado y en el soplete o xiace -

CH,

tllénico para cortar m etales. ■C H =

CH,

Isopreno

CH = CH2

E s el producto de partida para obtención del c a u ­ cho sintético.

2 - metil - 1 ,3 - butadieno m o nóm e ro del cau ch o natural. Cl I C H 2= C

c,h

Y b urb ujeando en una disolución ácida d e cloruro cu­ proso se form a vinílacetileno.

i

-c —c = c = c —

CH,

3 C 2H ,

Reacciones en hidrocarburos cloropreno

2 - cloro - 1 ,3 - butadieno m o nóm e ro del cau ch o sintético.

Obtención de alcanos. S e obtienen en laboratorio m e ­ diante 2 m étodos: La síntesis de W urtz. S e parte de 1 halogenuro de alquilo que reacciona con sod io, o b te n ié n d o ­ se un alcano sim étrico con doble nú m e ro de carbonos.

<4 ACETILENO O ETINO S e p repara p or hidrólisis del carburo o acetiluro de calcio.

2

R — X

+ 2Na

R — R alcano

2NaX

Q

2 C H , Cl + 2 N a

CH, — CH. + 2 N a C I CH,

507

CH, — CH,

/

La síntesis de Grignard. S e parte en 1 halogenuro de alquilo q ue reacciona con m agnesio o b ­ teniéndose el halogenuro de alquilm agnesio que finalm ente reacciona con agua fo rm ando el alcano. + Mg

éter

R — Mg — X

R — H

R — M g — X + H 20

. C H ,— C H 2— Mg — Br

- M g — B r + H 20

> C H — C H + 2Nal / \ CH, CH,

2 C H , — C HI — C H , + 2Na

éter

C H ,— C H 2— Br + Mg .

CH,

\

X

■

Ejem plos:

Ejem plos •

u ím ic a

+ H O — Mg — X

CH, — CH,

Reacciones de alcanos. Lo s alcanos reaccionan prin­ cipalm ente con “ha ló g e n o s” m ediante la sustitución de sus áto m os d e hidrógeno y en presencia de lu z intensa a tem p eratura s m ayo res de 200 ° C . Si hay 2 o m ás productos h a lo g e n a d o s, el producto principal e s aquel d o n d e el ha lógeno va unido a un "car­ bono terciario o secundario". Re a ctivid a d del hidrógeno

alcano

+ H O — Mg — Br

etano

3o , 2 o > 1°

Halogenación: C H , — C H , + C l,

luz

C H . — C H ,C I + H C I C H 2 — C H , — C H 2B r

...( « )

(8 %) C H , — C H , — C H , + B r,

lu z

+ HBr C H , — C H 2— C H ,

...((f)

producto principal (9 2 % ) ' S o n isóm eros: C 2H ; Br * * (a) y (|S) C H , — C H — C H 2 — C H 2B r ! CH, C H , — CH — CHBr — C H ,

,..( u )

.(fi) + HBr

CH, lu z CH,

C H , — C B r — C H 2— C H , ...(y) I C H , (producto principal) 9 7 % C H 2B r — C H — C H , + C H , I CH,

...(<)>)

« , P , y, y : son isóm eros (4): C 5H nB r Reacciones de hidrocarburos insaturados. A lq u e nos y alquinos reaccionan principalm ente por adición electrófilica. (captura de electrones n (pi)). O xid a c ió n : C H ,O H C H , = CH — C H , + KM nO,

CHOH I CH, Glicol vecinal

Ejem plo: C H , — C H = C H , + C I, C C I-> Si el co m pu esto q ue reacciona con el alqu eno c o n ­ tiene hidrógeno se cum ple la regla de M a rko vniko v, seg ún la cual el hidrógeno se adiciona al carbono del doble enlace q ue pose en m ás á to m os de hidró­ g en o . •

Adición M arkovnikov

a. Adición de haluros de hidrógeno: H C I, H B r. Hl

Halogenación: C H , = C H , + B r,

C C I4

C H ,B r — C H .B r

C H 2— C H — C H , + H Cl — ►C H , — CHCI — C H , t_________________I

508

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

\

H — Br

c h

cic lo h e xa n o

CH,

CH,

Br

3/

C = t

CH2 +

H -1

2 - m etilpropeno

b ro m u ro d e cic lo h e xa n o

CH, — C — CH,

_______ I 2 - y o d o - 2 - m etilpropano

(isobutileno)

CH,

(yoduro d e terbutilo)

CH, I -*• C H 3 — C — C H — C H 3 + C H 3 — I I C H 3 Cl

C H 3— C — C H = C H 2 + H + C l I CH,

3 - cloro - 2 ,2 - dim etilbutano

ch3 I C — CH — CH, I I Cl ch3

2 - cloro - 2 ,3 - dim etilbutano

b. Adición de H20 a alquenos: catalizada por ácidos M é to d o para la preparación d e alcoholes s ecund arios y terciarios. CH3

r

i

H 25°

CH, — C = CH2 + HOH t______________ u r

l

C H 3— C = C H — C H 3 +

1

H — OH

IV

C H 3— C O H — C H , — C H , I CH,

T

c h , ---------------------------------------- 1

f----------------HC = C — C H 3 n !

c. Adición de H2S 0 4

ch3 I c h 3— c — C H 3 I CH, (alcohol - ter - butílico)

HF

CH, = CF — CH,

__T

O II H — O — S — OH ■

o

C H 3— C H — C H , / 0 S 0 3H (sulfato d e hidrógeno e isopropilo) i--------------------------- 1 C H = C — C H 3 + H 2S 0 4 t____________ u r

C H 2= C — C H 3 / O S O ,H

Hidrogenación de hidrocarburos L o s hidrocarburos alifáticos reaccionan con H 2(g) en presencia d e ca ta lizad o res m etálicos co m o el níquel, platino y paladio. CH, = C — CH, + H,

CH, — CH = CH — C H, + H,

c id o b u ta d ie n o

Ni

Pt

C H 2= C H — C H ,

C H , — C H ?— C H , — C H ,

ciclobuteno

Q

+

u ím ic a

■

509

C H 3— C H 2 — C H 3

H„

p rop a no

ciclopropano

Adición anti M arkovnikov S e da cua nd o el alqueno reacciona con (H B r) en presencia de H 20 2 (p eró xid o d e hidróg eno). E s lo contrario a la regla de M arko vniko v.

r

H ,0 ,

C H, — CH — CH2 I I H Br

C H , — CH = C H , + H — Br _ T

Obtención de alquenos. Lo s alquenos d e interés industrial se obtienen p or cracking d e fracciones d e petróleo:

Ejem plo: , c h 4 + c h 2= c h — c h 3 CH, — CH, — CH, — CH, 3\

alqu eno s CH, — CH, + CH, =

CH,

P a ra la obtención sintética d e alqu eno s existen va rio s m é to do s para introducir un d ob le en la m olécula, pero la m ayo ría de ellas implica la elim inación d e g rupos a d e c u a d o s d e ca rb ono s vecinales. Deshidratación de alcoholes C H , — CH — C H , — C H ,

H ,S O ,

C H , — C H = C H — C H , + H ,0

OH Deshldrahalogenaclón del alqullhalogenuros C H 3— C H — C H — C H , + K O H I I © @

* C H 3— C H =

H

<♦ ALQliINO El alquino m ás im portante es el acetileno ( C 2H 2) cuya o b ­ tención industrial es por hidrólisis del carburo d e calcio. C a C , + H ,0

C H — C H , + K C I + H 20

C 2H 3 + C a ( O H )2

I h

II

- CY

C-

h

H

<4 HIDROCARBUROS AROMÁTICOS A l ben cen o y todos los co m pu estos d e hidrocarburos parecidos al ben cen o en su com portam iento quím ico se co no cen co m o hidrocarburos arom áticos.

L a estructura del b e n c e n o ; p resenta resonancia es d e ­ cir que al diferir la posición d e los electrones presentan dos o m ás estructuras e quivalente s.

<4 BENCENO (C6H6) C o n s titu ye el hidrocarburo fu ndam ental de la serie aro­ m ática, así llam ada por el olor penetrante d e la m ayo r parte de su s co m pu estos. E l ben cen o está re presen tad o por un h e xá g o n o regular, en ca d a vértice del h e xá g o n o e stá colocado un átom o d e ca rb on o , el cual llena un á to m o de hidrógeno. Lo s c a rb ono s se encuentran e n la za d o s uno con otro m e ­ diante enlaces sencillos y d obles alternadas.

L o s electrones se encuentran d esloca lizad o s alrededor del doble enlace . D e tal m an era q u e el h e xá g o n o se le representa: C o n un círculo interno: El b en cen o es una m olécula planar. H ibridización s p 2 y el ángu lo fo rm a d o 12 0 °.

510

■

C o l e c c i ó n U n ic ie n c ia S

H

a p ie n s

H

COOH

S O .H

n °

/

H , 0 9 A \ c _ ™ > Ct /

O

V -c °

1,39 Á

H

O

\

H

H

á cid o b e n zo ic o

Anillos d e K ekulé Lo s 6 hidrógenos son equivalente s, de tal m an e ­ ra qu e la sustitución d e cualquiera de ellos por un elem ento o g rupo m o nova le nte d eb e rá d ar el m is­ m o co m p u esto (no hay isóm eros para derivados m onosustituidos)

E jem plo:

O

O

H

O

II

I

II

C — CH,

O — CH3

ó

ó

a ceto fe non a Br

ácid o b en cen su lfó n ico

N — C — CH3

ó

anisol

acetanilida

H Disustituidos. P re s e n ta n 3 isóm eros de posición X

Ó' ó .

Isóm eros Radicales arilo ( A r - ) H I

o

c- c - c

Posición Prefijo

( 1. 2 )

(1 .3 )

( 1 .4 )

O rto (o)

M e ta (m)

P a ra (p)

fenil(o)

D e b id o a la estabilidad de sus enlaces dobles el b en ce ­ no realiza reacciones de substitución.

Br

Br .B r

Derivados del benceno Monosustituidos. S e da el nom bre b ase b en cen o: Cl

CH,

OI o-dibromoben-

tolueno (m etilbenceno)

c lo ro b e n c e n o ( C KH „C I)

CH, I H — C — CH,

OH

NO,

O

o NH2

m-dibromoben-

p-dibromoben-

ch3

O o-clorotolueno

COOH

fenol (ácido carbólico)

03

CH, .c i

nitrobenceno

X

.N O .

CHO

ó

'C l

m-clorotolueno

COOH

p-clorotolueno

COOH

Jv .

P

-

NOo

ó

ó

ácido o-nitroben-

ácido m-nitro-

ácido p-nitroen-

anilina

b e n za ld e h íd o

zoico

benzoico

zoico

Q

Los xilenos o dimetil b en cen os:

u ím ic a

■

511

CH,

CH,

CH,

O ^ ^

CH,

O o -xileno

'C H ,

C

H

,

1 .2 ,3 - trim etilbenceno (v - trim etilbenceno)

1 ,3 .5 - trim etilbenceno (s - trim etilbenceno

m -x¡le no

Cresoles con un C H y un C H 3

OH

OH CH,

1 ,2 ,4 - trim etilbenceno

O

(a - trim etilbenceno)

CH,

Si en el anillo existen m ás de dos grup os, sus posi­ o-cresol

-cresol

ciones se indican m ediante uso d e núm eros.

Fenodioles Cl

-1 2 Cl

OH

OH

Cl OH o-fenodiol (catedol)

m -fenodiol (resorcinol)

p-fenodiol (hidroquinona)

( 1 ,3 ,3 - tricloroben-

(2 ,4 - dicloronitroben-

ceno)

ceno)

3 ,4 - diclorfenol

2 ,4 ,6 - tribrom oanilada

Trisustituidos

Isómeros

¿c

Posición

Prefijo

1 ,2 ,3

Vecinal (v)

Com puestos importantes

Á

1 ,3 ,5

CH, N

1 ,2 .4

X

Sim étrico (s) OH NO,

N

NO,

Asim étrico (a) trinitrotolueno (T N T )

trinitrofenol (ácido picrlco)

512

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

COOH

a p ie n s

Fenantreno

COOH COOH

ácido gálico (ácido 3 ,4 ,5 - trihidroxlbenzo ic o )

(ácido ftálico)

¥

-c-

pireno bifenilo

trifenilm etano

1,2 - b e n zo p ire n o Cl I Cl — C — Cl C I - ®

- C - @

CH = CH,

- C I

H

coroneno

dicloruro difenil tricloroetano (DDT)

estlreno

De anillos fusionados a.

Naftaleno. P ro vie n e d e la co nd en ación d e d o s ani­ llos bencénicos.

R adicales arilo. P é rd id a d e un á to m o d e hidró ­ g e n o del h idrocarb uro a ro m á tico . T e rm in ac ió n ilo o il. Radical naftaleno

Fó rm u la global

C ia H o

Ejem plo: Cl

b.

CH3 I CH I CH3

Antraceno (C14H 10)

cloruro de a - naftil

P - isopropilnaftaleno

C 2H 5 3

1 - etil - 2 - metilnaftaleno

Q

Ejem plos: 1.

■

u ím ic a

513

Br

N o m b ra r

(§©

B r , ---------------

* II

) I + HBr

C H 2 = C — C = C — C H 2— C H = C H 2 2|

1

3|

4|

5

6

7

brom o b enc eno 2.

Nitración

2 - ciclopropil - 3 - fenil - 4 - a - naftil - 5 - P naftil - 1 ,3 ,6 - heptatrieno.

N02

Radical antraceno + H N O 3 — H2S° 4 ■ | + H ,0 '— v— ' conc. H0N02 m trobenceno

a - antracil 2.

P - antracil

y - antracil

3.

Suifonación

N o m b ra r + SO3 9 - etilantraceno Y - etilantraceno

conc.

I{

) | +

H,o

Q T**

ácido bencenosulfónico ácido sulfúrico fu m an te o (óleum ): S 0 3 + H 2S 0 4

3.

E l com pu esto presentado en la figura se d en om in a: 4.

N02

Aiquilación de Friedel-Crafts (X: Cl, Br). c h 2c h 3

^ ^ ^ ■ n o 2

+ C H 3C H 2X

A IC - ,

+ HX

Resolución: S e e n u m era consid erand o q u e el g rupo orientador es ( C H 3) term ina­ ción tolueno.

Ejem plo: c h 2c h 3

C H 3C H 2B r 4.

AIC'3 .

K

) | + HBr

N o m b ra r: Radical bencil. S e deriva del toluen o, en el cual el hi­ dróg e no del g rupo metilo ha sido sustituido. 3 - brom o - 4 - yo d o - tolueno CH3

Reacciones de sustitución L a s reacciones características d e los c o m pu estos aro­ m áticos b en cen oid e s son de la sustitución. 1.

Halogenación. C loración y b rom ación, ca ta lizad o r F e X 3, ( X : C l, Br). Cl

Ejem plo: - C H , C I ... cloruro d e bencilo

<♦ COMPUESTOS AROMATICOS HEIEROCICUCOS A los c o m pu estos arom áticos que en su estructura o anillo presentan otro elem ento diferente al ca rb ono e hidrógeno.

514

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

L o s co m pu estos arom áticos heterociclicos m ás im por­ tantes son las q ue contienen N , O, S.

II N 1 i H

N

V piridina

¿Qué es el petróleo? Ei p e tró le o e s una m e zcla c o m p le ja c o n s titu id a p rin c i­ p a lm e n te de h id ro c a rb u ro s pa ra fín ico s, cic lo p a ra fín ic o s d e sd e los m ás livia n o s a los m ás p e sados, un p e tró ­

furano

pirrol

leo se d is tin g u e de otro p o r el tip o de h id ro c a rb u ro qu e posee.

N

V*'

%

X

N'S

1

H

tio fe n o

a ce ite m ine ral.

o n a fté n ico s y a ro m á tico s; p re d o m in a n d o los a lca n o s

7

S i

o sea. a ce ite de p ie d ra p o r lo que ta m b ié n se le llam a

d isu e lto s en él.

Teorías de su origen E xisten dos teo rías:

purma

pirlmidina

Los a lca n o s o p a ra fln a s g a s e o s a s in fe rio re s (g as na­ tu ra l) a co m p a ñ a n al p e tró le o qu e e stá n p a rcia lm e n te

T e o ría in o rg á n ic a . T a m bién lla m a d a te o ría de orig en m ine ral, se fu n d a m e n ta en q u e a pa rtir de m in e ra le s de c arbono , d e d o n d e se form a el C O , e ste re a ccio n a ría

N I H indol

tiazol

im ida zol

con el h id ró g e n o p rovenie n*e de c o m p u e s to s in o rg á n i­ co s con ia p re se n cia de c a lo r y de una fu e rte p resión q u e al c o m b in a rs e dan o rig e n a v a ria d a s fo rm a s de h i­ d ro c a rb u ro s qu e a so cia d a s c o n stitu ye n al pe tróleo .

<4 EL PETRÓLEO

n C O + (2n + 1)H: —> C „ H 2n 2 + n H 20

El petróleo ha sido conocido por el hom bre d esd e la a ntigü ed ad , sin e m b a rg o , la gran im portancia e con óm i­ ca del petróleo en el m und o d e hoy, co m o fu ente de hidrocarburos com bustibles, data solo del siglo p asa d o . L a invención de los m otores de exp lo sió n, alim entados p or com bustibles líquidos obtenidos principalm ente del p etróleo, a cab ó con el uso d e las m áq uinas de va p o r y en gran m edida d e s p la zó al carbón co m o com bustible industrial y dom éstico.

E l crecim iento industrial del m und o m oderno ha e le va ­ do la d e m a n d a de petróleo a un nivel que no a lca n za n a abaste ce r los p aíses productores, lo que ha a u m e n ta ­ d o e n orm e m en te su valor econ óm ico y lo ha convertido en un im portante m aterial estratégico, ya que su falta p u ed e im pedir el desarrollo o llegar a p aralizar a una nación. E l P e rú tiene en el petróleo su principal fuente de e n erg ía , este cubre alrededor del 6 0 % de la d em a n d a energética total del país que co nsum e n actividades de im portancia econ óm ica-p rod uctiva com o la m inería, la industria m an ufa cture ra, la pesquería y los transportes. L a palabra petróleo, etim ológicam ente p rovien e de dos vo c e s latinas: piedra

qu e c o n stitu ye n el p e tró le o p ro vie n e n de re sto s d e la vid a a n im a l-v e g e ta l p re e xiste n te , e! a g u a y la cap a de s e d im e n to s p ro te g ie ro n a ¡as s u sta n cia s o rg á n ica s de un a rá pida d e stru cció n p o r oxid a ció n , m ie n tra s ta n to la a cció n del c a lo r y de las b a c te ria s ca u sa n la fo rm a ció n de los h id ro ca rb u ro s p re s e n te s en el pe tróleo .

P o ste rio rm e nte , el notable desarrollo de la quím ica en las últimas d é c a d a s , perm itió utilizar el petróleo y sus d erivad o s co m o m ateria prima para la fabricación de una gran variedad de productos q uím icos, entre los que d estacan los plásticos y los fertilizantes sintéticos.

PETRUM

T e o ría o rg á n ic a . T am bién lla m a d a te o ría a n im a l-v e ­ ge ta l o m o d e rn a , s o s tie n e q u e el carbón a h id ró g e n o

O LEU M

a ce ite

Estado natural El p e tró le o es un líq u id o q u e se e n c u e n tra en d e p ó s ito s s u b te rrá n e o s, re te n id o s en ca p a s im p e rm e a b le s m e z ­ c la d o con g a s natura! y agua.

IPetróieo! i,rena acu íf ere

Q u ím ic a

Propiedades generales: A.

B.

U

515

Tratam ientos previos. Ei petróleo en su conjunto com o

El petróleo crudo es un líquido oleoso, m ás ligero

m e zcla lleva sedim entos com o arcilla, agua em ulsiona­

que el a gu a, cuya densidad varía de 0 .7 a 0.9 g m L.

da y sales, su elim inación está sujeta a los tratam ientos

E l petróleo es un líquido a ve ce s poco coloreado y fluido, otras ve ce s es ve rd o so o rojizo con fluo­ rescencia ve rd e -a zu la d a o tam bién lo es e sp e so y negro , lo que se explica por su variada y com pleja constitución.

previos com o: a.

Se p ara ció n del agua por el m étodo de g rave d ad (el agua es m ás densa q ue ei petróleo).

b.

En d u lza m ie n to que consiste en la elim inación de sales com o N a C I. C a C L M g C L .

E s necesaria la eliminación de sales porque al ponerse

Composición

en contacto con el agua forma HCI siendo esto total­

El petróleo contiene p eq u eñ as cantidades de o xig e n o ,

m ente corrosivo.

azu fre y nitrógeno, sales inorgánicas e incluso a g u a , siendo el a zu fre un elem ento inconveniente porque puede dar lugar a la corrosión

Destilación fraccionada. Tam b ié n se den om in a toppíng o destilación primaria consiste en la separación deí petróleo crudo en sus componentes, lo cual se basa

L a m ayo r parte de los hidrocarburos del petróleo son

en las diferentes tem peraturas de ebullición que tienen

líquidos, sin em bargo existen tam bién hidrocarburos

los c o m po ne ntes de la m e zcla petrolífera, o bte nié nd o ­

sólidos (asfaltos y parafinas) disueltos en hidrocarburos

se gas com bustible, k erosene, aceites lubricantes y re­

líquidos.

sidual, toda refinería hace uso de este proceso.

Obtención del petróleo

y en la S e lva L a destilación del petróleo e m p ie za c u a n ­

E n el Pe rú tene m o s la refinería de Talara, La Pam pllla Exploración. E n la cual se trata de ubicar la zo n a p e ­

do en ia colum na de fraccionam iento, ingresa el crudo

trolífera, a través de p rueb as sísm icas, gravlm étricas, g eo ló gicas, etc.

caliente a la tem peratura de 420 °C proveniente del

Perforación. U n a v e z ubicada la zo n a , se perfora el

se sep a ran según la diferencia de tem peraturas de

sub suelo, en la industria petrolífera se distinguen dos

ebullición de cada co m po ne nte. Por la parte superior

sistem as de perforación: el de peicusión y de rotación.

se d esp re nde la fracción de m enor tem peratura de e b u ­

horno. E n la colum na de destilación los co m po ne ntes

Al perforar y a lc a n za r la capa petrolífera, g e n e ra lm e n ­

llición y por el fondo se obtiene la fracción de m ayo r

te la presión del gas hace surgir e sp o n tán e am e n te al

tem peratura de ebullición.

petróleo, lo q u e ocurre a ve ce s en form a violenta, al­ c a n za n d o el liquido g rand es alturas: por ello es útil la arm ad ura en la boca del p o zo , m ediante la cual regu­ lando la presión se le hace surgir en form a controlada.

Torre ae d e s tila c ió n to o p in g

Tú - 1 ^

"

- « - - j—

Petróleo crudo ^

j

-T^Joz f

|

-I

lu ja d o ! N afta

|

K e ro s e n e "] G as oil

j

Si la presión del gas resulta Insuficiente para e levar el petróleo, se inyecta aire o g as natural o si no , se extrae el petróleo por m edio de b om b a s horno

Explotación. Ei petróleo obtenido se alm acena en g rand es d epósitos a n e xo s se le hace reposar para eli­

Residuos de destilación. Alquitrán de crudo (asfalto,

m inar la m ayo r parte del a g u a y la arcilla que a veces

fuel oil, coque de petróleo), parafinas sólidas y otros

arrastra; luego se trasva sa m ediante b om bas a los tan­

productos belum lnosos.

q u es de alm ac ena m ie nto, para d e sp u é s ser enviad o a las destilerías o puestos de e xp edición, por cañerías especiales: oleoductos de gran longitud.

Refinación del crudo

Principales derivados M e ncion ar los derivados del petróleo es enumerar cer­ ca de 700 000 sustancias difeientes entre gases, líqui­ dos y sólidos, para evitar tan seria tarea, indicaremos

C o n s iste en la separación de Im p ure zas del petróleo y

las principales fracciones obtenidas en ia destilación,

obte ner las fracciones útiles, tiene las siguientes fases:

de acuerdo a un rango de tem peraturas.

16

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Fracción

Tem peratura

Cadenas carbonadas

Usos

G a s de petróleo

H a s ta 40 °C

C 3a C 4

C om b u stib les, el C 3H 8 principalm ente

Éter de petróleo o llgroina

40 ° C - 7 0 ° C

C 5a C 6

Diso lve n te , q uitam anch as, lavado en seco

G a s o lin a aviación

70 ° C - 1 0 0 °C

Gasolina de automóviles

1 0 0 ° C - 1 2 0 °C

C e a C 10

C om b u stib le de m otores

O tra s gasolinas

1 2 0 ° C - 1 8 0 °C

K e ro s e n e

1 8 0 ° C - 2 7 0 °C

C „ a C 16

C om b u stib le dom é stico , m otores diesel

G a s oil (aceite diesel)

2 7 0 ° C - 360 ° C

C 16a C 20

O b te n c ió n de aceites lubricantes, com bustible diesel

A c e ite s lubricantes

P o r sobre 360 °C

C 20 en adelante

Lubricación

Vaselinas o petrolatos

P o r sob re 360 °C

^12 a C 15

P o m a d a s - lubricación

Parafin as

P o r sobre 360 °C

C 20 a C 30

V e la s (ceras) e im perm eables

Alquitrán o brea

P o r sobre 360 °C

As fa lto - im perm eabilización

C o q u e de petróleo

P o r sobre 360 °C

C om b u stib le - electrodos

Derivados del petróleo

Q

C o n tie n e los alcanos m ás volátiles, siendo su c o m ­ posición. Com ponente CH4

B.

>

■

517

P a ra determ inar el octanaje de una g aso lin a, se prueba en un m otor d e e n s a yo y se m iden sus propiedades d eto n an te s, esta prueba se fu n d am e n ta en la c o m p a ­

<4 GAS NATURAL A.

u ím ic a

Porcentaje

ración con una m e zcla patrón fo rm a da por nheptano (deton ante) y el 2 ,2 ,4 - trimetil p entano (antidetonante)

80%

al que los técnicos del petróleo han d ad o el nom bre in­

13%

a de cu a d o de isoctano.

C2H6

«

C3H8

=>

3%

C4H,„

=,

1%

Nitrógeno

=>

3%

Escala de octanaje (S e g ú n A P I )

S e obtiene del petróleo, al m om ento d e la extrac­

Com ponente

Fórmula

Octanaje

n-h ep tano

c h 3 — ( C H 2)5 “ c h 3

0

Isoctano

CHj CH3 I I C H 3 - C - C H 2- C H - C H 3 I ch3

100

ción o por destilación fraccionada a bajas tem p era ­ turas (m en os d e 30 °C ). C.

S e usa com o com bustible, en calefacción, com o m ateria prim a en la síntesis de m uchos productos (petroquím ica).

D.

C o m b u s tio n a co m pletam e nte sin producir hollín, los g a s e s p ropano ( C 3H 8) y butano (C 4H 10) se c o m ­ prim en y se ve n d e n com o g as licuado, c o m ú n m e n ­

D o n d e el porcentaje de isoctano determ ina el octanaje,

te se le conoce com o g as propano.

para lo cual ilustram os con d os ejem plos:

<4 GASOLINA A.

Gasolina de 84 octanos. Tie n e el m ism o rendim iento en un m otor de prueb a , que una m e zcla de 8 4 % en vo lum e n d e isoctano y 1 6 % en volum en de n-h ep tano .

E s una m e zcla de hidrocarburos líquidos de 5 car­ b on os hasta 10 c a rb ono s, siendo los constituyen­ tes m ás im portantes los de 6 ; 7 y 8 carb onos.

B.

E s la fracción m ás im portante del petróleo, se o b ­

C.

tiene entre 7 0 ° C y 18 0 ° C . S e usa com o com bustible en los m otores de c o m ­

Gasolina de 95 octanos. Tien e el m ism o rendim iento en un m otor d e prueb a , que una m e zcla fo rm a da por 9 5 % de Isoctano y 5 % en vo lum e n de n-h ep tano .

bustión interna.

Variación de octanaje E n el siguiente cuadro se tiene los octanajes d e algu­ nos hidrocarburos:

índice de octano o poder antidetonante L a calidad d e una gasolina se e xp re sa por su octanaje.

Hidrocarburo

Estructura m olecular

Tipo de estructura

O ctanaje

n -h ep tano

C H 3 — ( C H 2)5 — c h 3

Lineal

0

n -h e xa n o

C H 3 — ( C H 2)4 — c h 3

Lineal

25

R am ificad a

42

R am ificad a

93

R am ificad a

100

Aro m ático

10 6

A ro m á tic o

120

ch3

2 - m etilhexano C H 3— C H — ( C H 2)3 — C H 3

2 - m etilbutano

ch3 I c h 3 — C H C H 2C H 3 ch3

2 ,2 ,4 - trim etilpentano

c h 3—

c

ch3

i — c h 2—

I

ch3 B e n ce n o

Tolu eno

© @

' CH’

c

r — ch3

I

h

m C o l e c c i ó n U n ic ie n c ia S a p ie n s

518

Del cuadro, se concluye que:

4°°0C •

C 1SH 38

C 8H 18 + C |0H 26

En cadenas lineales: A m e nor M

n -o ctad e ca no

M a y o r octanaje

isoctano

2 - metil - 2 - noneno

En cadenas ramificadas: C on el cracking catalítico se produce gasolina de m a­ yor octanaje.

A m ayo r n .° de ram ificaciones => M a y o r octanaje A nivel de hidrocarburos: 1. 2. 3. 4. 5.

Aro m áticos Hidrocarburos insaturados Cicloalcanos A lé a n o s ram ificados Alé a n o s lineales

A u m e n ta el octanaje

Alquilación. E n este proceso una cad ena lineal o ra­ m ificada de baja m asa m olecular, se une con otra que p ued e ser arom ática o no arom ática, o bteniénd ose g a ­ solina de buena calidad. CH

CH,

I

CH,

I

CH, - C - O

c = ch2

CH

I

CH3

I

- C - CH- - CH - CH3

I

isobutileno

H

ch3

isobutano

isoctano

Técnicas para mejorar la calidad de la gasolina Adición de sustancias antidetonantes. L a adición de ciertas sustancias m ejoran la calidad de la gasolina ta­ les com o: a. b. c. d.

Plom o tetraetilo: P b ( C 2H 2)4 G a s o h o l (9 0 % gasolina - .10 % alcohol) É te r terbutilmetílico Be nce no

I.

El plomo tetraetilo produce contaminación am ­ biental por emitir partículas de P b (metal pesado). La gasolina ecológica de 90 octanos no tiene plo­ mo y es m enos contaminante que la gasolina de 84 ocíanos que usa plomo tetraetilo.

II.

Isom erización. L o s hidrocarburos norm ales se trans­ form an en sus isóm eros ram ificados m ediante una ac­ ción catalítica, m ejorándose el octanaje. A LO „

c , h ,8

n -o c ta n o

Gasolina arom ática. Perm ite la transform ación de cualquier gasolina p esada en una de m ayo r octanaje por uso de catalizadores com o P t/A I,C L o P t/ S i.A L y funciones a sociad as com o hidrogenación e ¡som e riza ción, el resultado es gasolina arom ática CH,

AI2Q-,

m etilciclohexano

El cracking puede ser:

E3H ,

CH,

c

r _

m e tilcic lo p e n tan o

A LO ,

S¡,Alj

tolueno

O

TT (°C) FT©

c ic lo e x a n o

benceno

Cracking térm ico I.

Tam bién llam ado pírolítico. se realiza a altas tem peraturas entre 4 7 0 ° C y 5 10 ° C y elevad a presión entre 20 a 50 atm ósferas. II. S e obtiene etileno y alcanos ügeros. b.

CH,

Pt

Cracking, Lla m a d o craqu eo o pirólisis, consiste en rom per la cad ena de m oléculas p e sa d a s de ¡os hidro­ carburos, g e n e rá n d o s e m oléculas p eq u eñ as que sirven en la obtención de la gasolina.

a.

C 8H i 8 isoctano

Importancia del petróleo en la vida moderna 1.

S irve com o m ateria prim a para la obtención de productos sintéticos que c o m pa rá nd olo s con los naturales resultan m ás econ óm icos y m u ch as v e ­ ces d e m ejor calidad. Eje m p lo : fertilizantes, plásti­ cos, etc,

2.

S e obtienen com bustibles con un pod e r calórico superior al carbón (hulla).

3.

D a lugar a la aparición de una nueva industria, la petroquím ica y por end e n ue vo s productos en el m e rcad o , que sustituyen a otras con igual fin.

4.

P a ra los p aíses d esarrollad os, esta fu ente e n e rg é ­ tica ha sido determ inante en su evolución industrial y econ óm ica.

Craking catalítico I.

S e realiza a tem peraturas entre los 430 "C y 400 °C y a una presión de 1 ,4 - 3 ,4 atm ósferas de presión. I!. La ruptura de la ca d en a , es por la presencia de catalizadores como: S i O ,. A l 20 3. arcilla natural. Cr20 3, MgO. III. El objetivo es bajar la tem peratura de operación por tres m otivos: obtener una m ejor gasolina, no afectar la superficie del reactor q ue está form a­ da por m etales sensibles: F e , C r, N i y por último es por el costo de operación.

Eje m p lo : solve nte s, fibras sintéticas, etc.

Q

Petroquímica en el Perú 1.

2.

3.

4.

E l térm ino petroquím ica etim ológicam ente quiere decir quím ica de las rocas pero se refiere a la in­ dustria de productos quím icos d erivad os del petró­ leo o del gas natural principalm ente L a industria petroquím ica en ei país se reducía a la obtención del hidrógeno a partir del petróleo re­ sidual. para la síntesis del am oniaco que se lleva a cabo en Fertisa del C a lla o , hasta que Petroperú se dedicó a convertir a Talara en el prim er polo de desarrollo petroquím ico de nuestra patria. Teniend o en consideración la d e m a n d a de fertili­ za n te s para el desarrollo de nuestra agricultura, se ha construido una planta que produce am o niaco , una unidad de craqueo catalítico que perm ite o b te ­ ner a d e m á s de gasolina de alto octanaje, negro de hum o y solventes. L a e norm e im portancia para el desarrollo industrial de un país significa la im plantación de la indus­ tria petroquím ica, por estar basa da en la trans­ form ación quím ica del petróleo, gracias a estas industrias, o bte n em o s productos prim arios com o: etileno. butileno, m e ta n o , hidrógeno, com puestos a rom áticos y productos finales co m o: solve nte s, líquidos anticongelantes fibras sintéticas, liquido para frenos, plastificantes, d etergentes, caucho artificial, negro de h u m o , películas, aislantes eléc­ tricos productos farm acéuticos fertilizantes, etc.

Contaminación que causa el petróleo 1.

2.

3.

4.

U n a de las ca usas de la contam inación am biental e s la presencia de sustancias e xtrañas en el m edio am biente por el uso m asivo del petróleo y sus deri­ v a d o s , que caracteriza nuestra época. L a contam inación con petróleo y con aceite de p e ­ tróleo, de lagos, ríos y m ares, ha traído com o con­ secuencia la m ortandad de los peces, así com o de las a ve s y m am íferos acuáticos y la desaparición de la vegetación en varios sectores E l petróleo, com o agente contam inante de los m e ­ dios acuáticos, ejerce su acción sobre los seres vivos en tres form as: a. Im pide la oxigenación del agua al fíotar en la superficie. b. C o n s u m e el o xig e n o disuelto en el agua al d e s­ com po ne rse en sus elem entos. c. Eje rc e una acción tóxica sobre los organism os al ser ingerido con los alim entos. O tra m anera de contam inación a causa del petróleo se encuentra en su uso industrial com o com busti­ ble, debido a lo s productos de la com bustión, tales com o el h o llín n e g ro de hum o y los gase s de óxido carbonoso y carbónico que contam inan el aire.

Polimerización de adición E s una reacción en cad ena d on de unidades sim ples llam adas m o nóm e ras dan 'ugar a la form ación de una

u ím ic a

■

519

m olécula gigante que se llama polím ero y cuyo peso m olecular es e le vad o (m ayo r q ue 10 000 ). Ejemplo: Plásticos, p roteínas, etc. Polietileno . C H 2= C H 2 + C H , = C H 2 ... = — ( C H , - C H 2)„ - C H 2 etileno polietileno M onómero

Polímero

nCH,= CH,

C H 2 - ( C H 2— C H j ^ C H ,

etileno

polietileno ~ —(- C F 2 — C F 2^ ~

nC F, = C F2

politetrafluoretileno teflón

tetrafluoretileno

— ( - C H 2 — C H C I-)h ~

n C H 2= C H C I

cloruro de polivinilo PVC

cloruro de vinilo

n C H ,=

— ( C H 2 = C H -)—. I CN

CH I CN

acrilonítrilo

poliacrilonitrilo orlon

nCH = C H 2

~—(- C H — C H 2— C H — C H 2f - ~

é l

é

estireno nCH, = CH

¿ poliestireno - C H 2 — C H ---------I OOCCH,

OOCCH, acetato de vinilo

"

a cetato de polivinilo

Caucho natural P ro ve n ie n te del látex del árbol, es un sólido el elástico. E l color va del amarillo al n e g ru zc o . S e reblandece por acción del calor y se vue lve duro por enfriam iento. E s ¡nsoluble en el a g u a , pero soluble en el sulfuro de carbono y otros solventes. E s el producto resultante de la polim erización del Isopreno (peso m olecular entre 5000 y 200 000). Monóm ero

Polímero

CH, C H 2= C — C H = C H 2 metil - 1 ,3 - butadieno isopreno

—

CH, H I ~ c h 2— c = c — c h 2— C ís-p olííso prem o C a u c h o natural

520

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Caucho vulcanizado C o n el objeto de m ejorar la calidad del caucho se s o m e ­ te a un proceso d e vu lcan iza ció n. C on siste en calentar el caucho con a zu fre o bien tratar­ lo en frío, sum ergiéndolo en una solución d e cloruro de a zu fre en sulfuro de carb ono . E l proceso d e vu lcan iza ció n fue descubierto por el q u í­ mico norteam ericano G o o d y e a r. M ejora la resistencia a la tracción y al d esg aste y su elasticidad.

S o n co m pu estos o xig e n a d o s que pose en el g rupo fun­ cional hidroxilo ( O H ) unido a un carbono saturado. L o s m o noles m ás p eq u eñ os son solubles en agua y en quím ica orgánica los constituyen uno de los c o m p u e s ­ tos con alto punto de ebullición. M onoles: p oseen 1 O H

Ejem plos: IUPAC: metanol CH, — OH

ch3 h i

1

X 0

i o II o -

i

CH, H I

I

0 1

i

-O II

i

-o

---- C H i I S i I — CH

— CH — • I I S i I — CH — ~

común: alcohol metílico otros: carbinol etanol alcohol etílico

C H, — CH, OH

* metllcarblnol * alcohol primario

<4 FUNCIONES OXIGENADAS S o n co m pu estos que tienen una parte hidrocarbonada y otra parte que se d en om in a grupo funcional, el cual contiene O y d e d o n d e se derivan sus p rop ie d ad e s físi­ cas y quím icas.

R —

[o]— R ' rol

éter

o

C H 3— C H O H — c h 3

* 2 - propanol * alcohol isopropíllco * dimetil carbinol

II R —[C J— H

aldehída

ro í ll R —( C j — R '

cetona

* alcohol secundario © © © C H 3 — C H — C H 2O H I CH,

l~0 ~ I 11 R —I C — O .

ácido carboxílico

\ Hj

L

2 - metil - 1 - propanol alcohol isobutílico isopropilcarbinol

S e g ú n el tipo d e ca rb ono en el que se encuentra el O H , los alcoholes pued e n ser: prim arios, s e c u n d a ­ rios o terciarlos:

1

r0 R —II C11 — O ,

I C — C — I OH

éster

\

l_

r0

1

R —|_C — O O II R — C

l etilcarbinol C H 3— C H — C H 3 I OH

alcohol

R —[ O H ]

r 1 - propanol C H , — C H 2 — C H 2O H I alcohol - n -p ro p ílic o

M j

c —c —c I OH

sal orgánica

C I

jabó n

c —c —c

\ O

I OH

Na+ (K -)

<4 FUNCIONES ALCOHOL (R - OH) R — OH

ol Term inación

I — C

-O H

alcohol primarlo C H 3 — C H ,O H alcohol secundario CH, — CHOH — CH,

alcohol terciario CH3 I CH, — C — CH, OH

E n los alcoholes existe isom ería al cam biar la p o ­ sición del g rupo ( O H ) .

Q

u ím ic a

■

521

Propiedades generales

Ejemplo: D a r nom bre IU P A C :

Físicas: H asta el ca rb ono 16 son líquidos; los d e m á s son só ­

CH, C H, — CHOH — CH = CH — CH — CH — CH, I ch3

lidos.

Resolución:

To d o s son incoloros y de olor agra d ab le . L a solubilidad en a g u a decrece al aum enta r la longitud d e la cad ena c a rb o n a d a , el butanol ya es m uy poco soluble.

Lo s isóm eros d e cad ena norm al tienen punto de e b u ­ llición m ás altos, los alcoholes terciarios son sólidos.

S e enum era m ás cercano al grupo funcional. CH3 1

2

3

4

5

D e b id o a ia form ación del enlace puente de hidró­ g eno (similar al a g u a ) los alcoholes presentan alto punto de ebullición.

7

¡6

C H, — CHOH — CH = CH — CH — CH — CH, I CH, 5 ,6

R — 0

- dimetil - 3 - hepten - 2 - ol

V .< £ (

Dioles (glicoles) P o s e e n 2 ( O H ) C H ,O H — C H ,O H

etanodiol etilenglicol

Químicas:

1,2 - propanodiol

el radical — O H (hidroxilo).

E l com portam iento quím ico lo define el g rupo funcional C H , — C H O H — C H 2O H

propilenglicol

L a diferencia entre O H de una base y el O H de un alco­ hol es la siguiente:

Polioles:

El H id ró g e n o en las base s e s insustituible m ientras que C H 2O H — C H O H — C H 2O H

Propanotriol l glicerina

en un "alcohol" sí se pued e n sustituir por m etales para la form ación de “alcoholatos", es decir, los alcoholes a c­

S u uso im portante: CH2— CH — CH2 + 3HNO, I I I OH OH OH

túan co m o ácidos débiles:

r

►CH2— CH — CH2 + 3H20 NO,

NO,

NO,

Na

C H , — C H 2O ©

(trinitroglicerina)

etanol

•

C H , — C H 2O N a etanolato d e sodio

C H , — ( C H C H ) , — C H 2O H : 1 ,2 ,3 ,4 - pentanotriol

Reacción de alcoholes

O tro s : C H 2 = C H — C H 2O H CH, I C H , — C — C H 2O H ! H

2°

L o s alcoholes son los co m pu estos m ás versátiles ya

2 - propen - 1 - ol (alcohol alílico)

que con ellos pued e n o bte nerse otros co m pu estos oxi­ g e n a d o s , hidrocarburos e inclusive carbohidratos, etc.

2,2 - dimetil - propanol

1.° Com bustión

(alcohol neopentílico)

2 C O , + 3 H ,0

Oxidación •

— C H O ^ + K 2C r 20 7

[ r — C H j O h T + K 2C r 20 7

aldehido

alcohol primario

+KM n04 o xidante fuerte K 2C I 2Q 7

R — C H O H — R' +

3.°

R — C O — R'

o KM nO,

alcohol secundario

Esterificación R — OH + R — COOH alcohol

ácido carboxílico

-

R — COO — R éster

+

h 2o

522

4.°

■

C

U

o l e c c ió n

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Deshidratación de alcoholes. E n m edio ácido ( H 2S 0 4) deshidratante.

H 2S 0 4

C H , — C H ,( D K

: CH,

CH,

H

H

!

I

h 2s o 4

c —c —H

H —

— 1

c h 2= c h .

alqu eno

H ,S 0 4

CH, — CH, — CHOH — CH,

producto principal (+ estable)

Pa ra obte ner los productos desarrollam os la ca d en a :

Deshidrataciones: CH,

H H H H I I I I H — C — C — ,C —- C c-— H

C H 3— C H — C H = C H 2 CH3 ¡ c h 3— c = c h — c h 3 (producto principal)

S e o b se rva que existen 2 hidrógenos vecinales alrede­ dor del ( O H ) => habrá 2 deshidrataciones I y II (de los hidrógenos respectivam en te). Deshidratación I: C H ,— C H ,— C H = C H ,

Hx c h

, —

c h

El producto principal siempre es el más estable (ver estabilidad de alquenos).

x CH3

/ C = C \ ;

h

Alc o h o le s que sufren rearreglo en el e squeleto de carb ono s:

Deshidratación II: C H , — CH = CH — C H ,

o

Hx

x CH3

CH,

CH 2 — C =

c h 3- c - c h - c h ,

/ c = c \ ch3 h

h

<50 ■

CH — CH,

producto principal (80%)

I

(producto principal) + estable (isomería trans)

I CH, oh

CH, CH,

I

I

CH, — C — CH =

CH,

CH,

Com portam iento ácido CH, — C = = C H — CH,

CH, CH,

producto principal CH,

ch3

C H , — OH

— H

II

i

—c —c —C

X O

H

X

lo

X ü

Formación:

0 - 1 0

i

ch3 h I I

R — OH

+ Na

alcohol

H2SCM

metanol

R — 0~Na'

+ H,

alcóxido de sodio + Na

C H , 0~Na~

+ H,

metanolato de sodio

C ierto s alcoholes se deshidratan y form an m ás de un producto: -H H RO / 1 C H 3C H 2C H 2C H 2O H 2° - 4- • c = c h 3c

1 - butanol

ch3

trans - 2 - buteno (producto principal)

Q

H ,x

/C H ,

V

/ C = C \ + H H cis - 2 - buteno (producto minoritario)

c = c

H/

/ H

+ h 2o

u ím ic a

■

523

racterísticos el m osto y las m e la za s procedentes de la obtención de a zú c a r de la rem olacha.

X H 2 C ,H „ O H + 2 C O ,

1 - buteno (producto minoritario)

E s incoloro d e olor a grad ab le y sab or cáustico, m u y soluble siendo miscible en tod as las propor­ ciones. I +

2 - metílciclohexanol

1 - metilciclohexeno

h 2o

3 - metilciclohexeno

(producto principal) (producto minoritario)

CH,

CH, I -C — O H

CH,

85°

CH, I ' -c +

« FUNCIÓN ÉTER (R -O -R ) h 2o

CH,

CH3

m etilpropeno

alcohol tert—butílico

E s com bustible y se oxida con facilidad a aldeh ido. S e aplica en la fabricación de licores, com o c o m ­ bustible, disolvente d e e se n c ias, barnices, lacas, antiséptico y com o producto de partida para la o b ­ tención de otras sustancias.

S o n c o m pu estos o xig e n a d o s de baja polaridad que d e ­ rivan teóricam ente de la deshidratación de 2 m oléculas de alcohol.

Diferencia de alcoholes

CH, — CH,

S e realiza con el e n s a yo de Lu c a s , el cual consiste en adicionar al alcohol cloruro de cinc disuelto en ácido clorhídrico. E n esta prueba se determ ina que los alcoholes son m ás reactivos. HCI

R — C H 2O H + Z n C I 2 primario R — C H O H — R ’ + Z n C I, secundario

grupo alcoxi t m etil—o x i—metil CH, — O — CH,

jd im e til-é te r

m e to xim etano

lé te r-m e tílic o

lenta

HCI

HCI

R — C O H — R" + Z n C I,

r enlace etéreo CH,

O — CH

j m e til-o x i-e til C H 3 — O — C 2H 5

! m etil—etil—éter

m etoxietano

I é te r-m e til-e tílic o

5 min I etil—o x i—etil n — C r wH 2 — C r.H C H , CH — O H , J d ie til-e te r inm ediata

e toxietano

[é te r-e tílic o E s un a nestésico, solve nte , etc.

R terciario

Propiedades generales

Metanol (CH3CH)

L o s éteres son sustancias inflam ables volátiles. S o n

E s un liquido incoloro de olor a gra d ab le , soluble en a g u a con la qu e se m e zcla en tod as las proporciones.

insolubles en a g u a y m e nos d en so s que ella, son co m ­

A rd e con llama azu l pálida, calorífica:

ácidos o por los álcalis, propiedad q u e se utiliza para

puestos m u y esta bles, difícilm ente a tacados por los usarlos co m o excelentes solventes.

2 C H 3C H ,|, + 3 C I2(gl

*

2 C 0 2(g) + 4 H 20 (gl

E s tóxico: p eq u eñ as cantidades del m ism o producen la c e g u era , por destrucción del nervio óptico, e incluso la m uerte. Al m e zcla r con alcohol etílico se obtiene "alcohol d e s ­ natu ralizado". S e em plea en la obtención del form ol, com o disolvente de lacas, en perfum ería.

Etanol: C2H5OH (fermentación alcohólica) L a obtención industrial se realiza a partir del etileno pro­ ce d ente de los gase s de cracking. Tam b ié n se obtiene por la ferm entación de m ateriales ricos en a zú c a re s y alm idón, constituyen ejem plos ca ­

Lo s éteres son isóm eros d e los alcoholes.

Ejem plos: É te r dim ético: C H , — O - - C H , S o n isóm eros d e función. Epóxidos: e tenos cíclicos O / \ CH, — CH2

=> ó xido d e etileno

O

/

\

C H 2— C H — C H ,

=3 ó xido d e metiletileno

524

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

<4 FUNCIÓN ALDEHIDO (R-CHO) C H 3 — CHO G ru p o carbonilo ...a l '

P o r la oxidación de un alcohol primario K 2C r 20 7

C H 3— C O O H

acetaldehido

ácido acético

L a oxidación de los a ld eh id os se com portan co m o re­ ductores.

H

S o n co m pu estos o xig e n a d o s que se d erivan teórica­ m e nte de la sustitución en un carbono prim ario, 2 áto­ m o s de hidrógeno por 1 átom o de o xíg e n o .

R — OH

K 2C I 20 7

Reconocimiento de aldehidos Ensayo de Tollens. C o n s iste en adicionar una solución de nitrato d e plata am o niacal, p rod ucién dose el espejo de plata. L a plata se d eposita en las p aredes del tubo de e n s a y o en form a de espejo.

CHO

alcohol

+ Ag

R — CHO

Ag +

1o

R — COOH

+

H — CHO

espejo de plata

m etanal ( IU P A C ) fo rm a ld eh íd o com ún

Ensayo de Fehling. C o n siste en adicionar una solu­ 4 0 % d e form ol o form alina (desinfectante) aplicación en las resinas artificiales (bakelita). CH,

•

CHO

C H 3 — C H 2 — CHO

ción de tartrato cúprico al a ldeh ido o b s e rvá n d o s e un sólido d e color rojo ladrillo d e subóxido d e cobre (C u 20 )

í etanal [ acetaldehído

•C H O

+ Cu

C u 2O ls) + rojo ladrillo

í etanal [ propionaldehído

R — COOH

Reacción de coloración

Otros casos:

Reacción de Schiff. E s un reconocim iento rápido de CHO — C H O

{ etanodiol

CHO — C H — CHO I CHO

i m etilpropanodial

C H 2O H — C H = 5 4

a ld eh id os. E l reactivo consiste en una solución m u y di­ luida d e fucsina q ue ha sido decolorada por bisulfito de sodio. C u a n d o se a ñ a d e un aldehido al reactivo tom a una coloración violeta.

CH — CH — CHO 3 2| 1 CH3

2 - metil - 3 - penten - 5 - ol - al

Propiedades generales Físicas: E l m etanal prim ero en la serie e s un g a s , los q u e siguen hasta el ca rb ono 12 , son líquidos; los res­ tantes sólidos. P o s e e n punto de ebullición inferior a los alcoholes. S o n solubles en alcohol y otros disolventes orgánicos. Quím icas: L o da el carácter no saturado (doble enlace) \ g rupo carbonilo C = O Tend e ncia a d ar reacciones d e adición para transform ar el doble enlace a enlace sim ple: Hidrogenación: d an alcoholes prim arlos: C H 3— C H O + H 2

C H 3 — c h 2o h

aldehido

alcohol

Oxidación: se o xida n para d ar ácidos carboxílicos de igual n .° de ca rb ono s.

Ejem plos: N o m b ra r por IU P A C : C H 2O H I C H 2O H — C H O H — C H — C H — C H O H — CHO I CHO Resolución: c h 2o h

C H 2O H — C H O H — C H — C H — C H O H — CHO 6

5

4|

3

2

1

CHO 3 - metilol - 4 - metilal - 2 ,5 .6 - exanotriol - al CCL — CHO

tricloroetanal o d o ra l

C H 3— C H O H — C H O

2 - propanol - al (aldol)

,C H O b e n za ld e h íd o C 6H 6C H O

Q

■grupo carbonilo ...o n a

S o n c o m pu estos o xig e n a d o s que p ose en el g rupo carboxílico ( - C O O H ) , el cual deriva d e un carbono prim a­ rio. E s to s c o m pu estos p ose en alto punto d e ebullición ya que p ued e n form ar 2 enlaces puen te de hidrógeno.

P o r la oxidación de un alcohol secundario:

/ ■ > , carbonilo

/V / r -^ -.C

O

1

\

CC

1

= o

CC

R — CHOH — R’

525

<4 ÁCIDOS CARBOXÍUCOS (R - COOH)

S o n co m pu estos o xig e n a d o s que se derivan teórica­ m ente de la sustitución en un carbono secundario de 2 á to m os de H por 1 átom o de O .

K 2C r ,0 ;

■

Oxidación. C ontra ria m ente a los a ld eh id os, las cetonas no son reductoras, no reacciona frente al reactivo de Tollens ni d e Fe h lln g .

<* FUNCIÓN CETONAS (R - CO - R)

ro í II *" R —t_Cj— R '

u ím ic a

ácido oxidrilo

.

...o ic o

O — H i

alcohol 2° C onstitu yen el se g und o g rad o d e oxidación del al­ cohol prim ario.

C H 3— C O — C H 3 p rop a non a

acetona

O K 2C r 0 7 K 2C r O , / R — C H ,O H — 2------— R — C H O — 2------- — R — C — O H

C H 3— C H 2— C O — C H 3 butanona

metiletilcetona

X

KM nO,

C H , — C H 2— C O — C H 2— C H 3 3 - penta non a =■ isómeros de posición C H 3— C O — C H 2— C H 2— C H 3

2 - p en ta n on a ^ isómeros de posición C H O — C H 2— C O — C H 2— C H 3 1 2 3 4 5 Pe ntana i - 3 - ona •

fenil - metil - cetona

< g > -C O -C H 3

N o m b ra r CH, I C H 2O H — C O — C H — C — C O — C H =

CH — C H O

8

2

7

6|

5|

CHO

4

3

IUPAC

Estructuras

Común

H — COOH

Á c . metanolco

Á c . fórmico

CH, — COOH

Á c . etanoico

Á c . acético

CH, — CH 2 — COOH

Á c . propanoico

Ác. propiónico

CH, — (CH ,)2 — COOH Á c . butanoico

Á c . butírico

CH, — (CH 2)3 — COOH Á c . pentanoico

Á c . valeriánico

CH 3— (CH 2)4— COOH Á c . hexanoico

Á c . caproico

CH, — (C H 2)6— COOH Á c . octanolco

Á c . caprilico

CH, — (CH 2)8— COOH Á c . decanoico

Á c . cáprico

1

Ácidos grasos

C H 2O H

5 - metil - 5 - metilol - 6 - metilal - 2 - octeno - 8 - ol al - 4 ,7 - diona

Propiedades generales

A los ácidos g raso s m o nob ásico s saturad os de m asa m olecular e le va d a se les considera ácidos grasos. S e hallan en las g rasas naturales de anim ales o v e g e ­ tales. G ra s a s sólidas: G ra s a s sem isólidas

Cebo 1 aceite saturado M a nteca í c° n enlace simple

d a s , las siguientes son sólidas, p oseen olor arom ático

G ra s a s líquidas

Ace ite

y son solubles en a g u a (debido a la polaridad que tiene

L o s m ás im portantes

Físicas: La s cetonas inferiores hasta el carbono 10 son líqui­

i insaturado con

; . dobles enlaces

el g rupo carbonilo). S u punto de ebullición es algo superior a los de los alde-

• C „ H , — COOH

Ác. hexadecanoico

(Ác. palmítico)

hllos correspondientes pero inferior al d e los alcoholes.

• C , 6H 33— COOH

Ác. heptadecanoico

(Ác. margánico)

Químicas:

• C 17H 35— COOH

Ác. octadecanoico

(Ác. esteárico)

H i

Hidrogenación. Lle g a n a ser alcoholes sec und a-

H i

C H 3 — ( C H 2)7 — C = C — ( C H 2)7 — C O O H 18

R — CO — R cetona

+ H

CHOHalcohol secundario

10

9

(Ácido oleico) A c id o cis - 9 - octadecenoico

1

526

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Ácidos dicarboxilicos

/ H ,C

COOH — COOH

Á c . etanodioico Á c . oxálico

COOH — CH, — COOH

Á c . propanodiolco Á c . m altónico

C O O H — ( C H 2)2 — C O O H

(Á c . butanodioico ! Á c . succínlco

C O O H — ( C H 2)4 — C O O H

|Á c . he xanodioico lA c . adípico

CH2 \ CH — C O O H

Á c . ciclopentacarbóxilico

COOH Á c . - 1,2 - bencendicarboxílico

Ac. - 2,3 - naftaiendlacarboxílico COOH

Otros: CH, 3 2 1 CH, — CHOH — COOH

0

a

í Á c . - 2 - propanoolco Ác. - a - hidroxipropiónico I Á c . láctico

5

•

4 j

CH,

”

31

2

1

C H , — CH — CH — C H , — C OO H o

y

P

u

Á c . 3 ,4 - dim etilpentanoico Á c . 0 ,7 - dlmetilvalérico

( Á c . butanodioldioico COOH — CHOH — CHOH — COOH i Á c . tartárico

4

• C H 2 — COOH I H O — C — COOH I C H , — COOH

Á c . - 3 - metlloico - 3 pentanoldioico Á c . cítrico

3

2

1

C H ,C H = C H — C O O H Á c . 2 - butenoico Á c . crotónico

•

CH, — C = C — COOH 4

3

2

1

Á c id o 2 - butlnoico

COOH I ■c O H I C H .O H

Á c . glicérico

C 12H 31 — C O O H

Á c . lin o ie ic o

(aceite secante: pose e 2 dobles enlaces) COOH

Derivados de ácidos carboxilicos Á c . b e n zo ico

N e u tr a liz a c ió n : sales o rgánicas. S e o btienen m e d ia n ­ te la reacción de un ácido carboxíllco con un hidróxido m etálico, d o n d e los hid ró g e n o s del ácido son re em p la ­ z a d o s por el m etal.

COOH Á c . ftálico

O

H C isb u te n o d ioico (Á c. m aléico)

\

/

/ C = C\

H

0

...o ic o

3 - metil - butanoico - C H — C H 2 — C O O H | Á c . B - metil - butírico a COOH

\ 1

í ce.

i3

H — COOi

M metal

Li@ K

m e tano ato de litio

2 C H , — C O O ( H ) + C a ( O H ) , - » ( C H ,C O O )2 C a *2 + 2 H ,0 etanoato de calcio acetato de calcio

Ejem plos: N om b ra r: • C O O H — C H — C H 2C O O H I CH, — CH, Á c . - 2 - etilbutanodioico

(H - C O O ) * L I ’ + H 20 form iato de litio

COOH

T ra n sb u te n o d io ico (Á c . fum árico)

sal orgánica oico —» ato

X X C O O H — C O O H - - 2NaOH

(C O O - C O O ) 2N a , + 2 H ,0 etanodiato d e sodio oxalato d e sodio

Q

■

527

S e obtiene m ediante la reacción de 1 ácido carboxílico

Otros: •

u ím ic a

( C H 3 — C 0 0 )2 M g 2

| e tanoato d e m agnesio l acetato d e m agnesio

•

S 0 4( C H 3)2

j sulfato de metilo I (éster inorgánico)

•

CH, — CH, — NO,

J nitrito de etilo I nitroetano

y un alcohol. Tam b ié n se form a H 20 y e s un sistem a re­ versible. Tien e las m ism as características q ue las sales orgánicas.

/ O

_

R— C

x o ^ h ácido

Esterificación: ásteres

R — C.

\

=

1

" R— C

h"

+ H 20

X ° - R'

alcohol

éster

a gua

Re a cció n directa: esterificación

éster

Re a cció n inversa: hidrólisis

O — R'

H — C O O ( H ) + C H 3 — C H 2( ^ i j )

e s te rific a c ió n

+ R — [OHN

H — C O O — C H 2 — C H , + H 20 m e ta no ato d e etilo form iato d e etilo CH,

C H , — C O O (H )+ C H , — C H Q

h)

— CH,

C H 3— C O O ( H ) + C H , — C H 2( ^ H )

*

C H , — C O O — C H — C H , + H 20 e tanoato de isopropilo acetato de isopropilo

C H , — C O O — C H 2 — C H , + H 20 e tanoato de etilo acetato de etilo

C H ,( ^ H ) C O O (H )— C O O © +

= C H ,( 6 h )

C O O CH, — C O O CH, + 2 H ,0 oxalato de metilo

Propiedades generales: S o n d erivad as de los ácidos carboxílicos. L o s de bajo peso m olecular son líquidos volátiles incolores de olor a grad ab le ; a ello se d eb e el arom a de flores, frutas-vinos y se a p ro ve ch a para su extracción (fabricación). Éster

Nombre

H — C O O C 2H 5

F o rm ia to d e etilo M e ta n o a to d e etilo

C H ,C O O C 5H „

A c e ta to de amilo E ta n o a to d e n-pentilo

C H ,( C H 2)2C O O C 2H 5

Butirato de etilo B u ta n oa to de etilo

O H C 6H 4C O O C H 3

Salicilato de metilo 8 - hidroxib en zoa to de metilo

Insolubles en a g u a , siendo solubles en solventes orgánicos.

Arom a

Ron

Plátan o

Piña

Es e n c ia de fresa

528

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Esteres grasos o grasas. D e n o m in a d o tam bién ester de la glicerina o lípidos. F o rm a d o s por ácidos g raso s superiores (palm ítico, e s­ teárico, oléico) y la glicerina.

C H 2O H

HOOC — R

Triestearato de glicerilo C H , — O O C — C 17H ,. I CHI CH, — OOC-

triesterina

C H 2— O O C — R

CHOH + HOOC — R = I c h 2o h HOOC — r

C H — O O C — R + 3 H 20 I ch2 ooc — r

1 glicerina + 3 ác. graso — 1 grasa

+ 3 H 20

Saponificación: (ja bo ne s). C o n siste en la reacción de una grasa con un álcali, o bte nié nd ose el ja b ó n y la gli­ cerina. El ja b ó n que son sales orgánicas generalm en te son de sodio y de p otasio. E n el prim er caso se le den om in a jabón duro y en el

P o r lo tanto, las g rasas reciben el no m bre d e palm itina, estearina y oleína.

otro jabó n blando. L a m olécula del jabón se dice que es antipática ya que su pod e r detergente se d e b e a que está fo rm a do por 1 parte polar y otra parte no polar, lo

L a grasa pose e en su estructura, 1 esqueleto de 3 car­

cual perm ite form ar m icelas.

b on os que deriva de la glicerina y 3 g rupos que derivan CH, — OOC — R

de ácidos y graso s.

CH2OH

I

grupo d erivad o d e la glicerina

CH — OOC — R

3NaOH -> 3R — COO' Na + CHOH

! CH 2 — OOC — R

HjTI— O O C — R

CH2OH

1 grasa | ¿H

L

■OOC — R .

grupos d erivados de ácidos g rasos

3 jabón

Ja b ó n duro

¿ H 2 — O O C — Ry\ ll

R — COO

— Na'

1 glicerina

Ja b ó n blando R — COO' K'

Ejem plo: hidrófobo o liófobo

Tripalm itato de glicerilo Cl I tripalmitina

hidrófilo o liófilo

G ru p o hidrófobo o liófobo. N o e xp e rim en ta atracción por el a gua y que es la ca d en a carbonato d e la sal. hidrófilo o liófilo. E s atraído por la m olécula del agua y le perm ite disolverse en ella, es el grupo carboxilo.

Trim argarato de glicerilo c h 2 — o o c — c 16h 33 CH — O O C —

C 1 6 H 33

trim argarina

c h 2 — o o c — c , 6h 33

L a adicción del jabón al a g u a perm ite la form ación de burbujas en las que q u e d a n e n g lo b a d a s las g rasa s, unidas al jabón m ediante el g rupo liófobo d e este. L a burbuja por tener m e nor d en sid ad que el a g u a flota y form a e sp u m a que arrastra la g rasa . E s te acción se llama p od e r d etergente del ja bó n.

C H 2 — O O C — c , 5h 31 C H — O O C — C 15H 31 + 3 N a O H I c h 2 — o o c — C i 5H31 palmitina

i 3 C 15H 31 — C O O ' N a ' + C H O H C H ,O H palmitato de sodio (jabón)

glicerina

Q

[ prim ario:

Ejem plo: ¿ Q u é m asa de jabón duro (M = 2 7 8 ) se obtiene al saponificar 1 kg de estearina? (M = 890)

A m in a s

R e s o lu c ió n :

Ejem plos:

u Im i c a

■

529

R — NH2

\ secundarlo: R — N H — R' [ terciarlo:

R — N — R1 R"

1 grasa + 3NaOH

3 jabón + glicerina

estearina

estearato de sodio

•

C H , — N H ,:

m etllam ina

•

CH, — CH, — NH,

etilamlna

3 mol jabón

•

C H 3 — N H — C H = C H 2: m etilvinllam lna

3 (2 78 g)

•

C H 3— C H 2 — N — C H 2 — C H 3

1 mol grasa 890 g

■(«)

1000 g 10 0 x3 x278 890

9 3 7 g (de jabó n duro)

índice de saponificación (IS)

trietllamlna

CH2 I CH3 •

^

— N —

di f eni l ami na

< © > - N — <©>

trifenilanina

E s la m asa d e potasa cáustica ( K O H ) en m g que se requiere para saponificar 1 gram o de de g rasa. D e la ecuación (a): 1 mol grasa ........... 3 mol K O H M grasa

1g

3.M

é)

k

IS

| S = 3(56_)x 1000 m g ( K O H )

N H 2 — ( C H 2)5— N H 2 pentam etllendlam lno (cadaverina) ,..(p)

N H 2 — ( C H 2)4— N H 2 tetram etilendiam lno (putrescina)

Ejem plo: Hallar el Indice de saponificación para la estaearina (M = 890) en (p). _ 3 (56) x 1000 IS = 1 8 8 ,7 m g de ( K C H ) . 890

<4 FUNCIONES NITROGENADAS R — N H ,—

•CO. •

NH,

anilina

A l tener p ropiedades similares al am o niaco ( N H 3) pued e n form ar sales. C H 3— N H 2 + H C I m etilam ina

am ina (prim arla)

*

C H 3 N H +3 C r

cloruro de m etilam ina

<4 FUNCIÓN AMIDA

*0 am ida

R NH2

S o n co m pu estos nitrogenados que derivan teóricam en­ te del ácido carboxílico d o n d e se ha sustituido un O H (oxidrilo) por un grupo am ino ( N H 2).

R

C =

N

nltrllo ...a m id a

R — C, NH

NH, I R — CH — C O O H

imina (primaria) S o n sólidos cristalinos blancos y relativam ente solubles en a g u a . am inoácido

H-

\

NH2

<4 FUNCIÓN AMINA S o n co m pu estos form a do s por C , H y el g rupo am lno ( N H 2). S e caracterizan por ser básicos y teóricam ente se derivan sustituyendo los H del am oniaco.

O CH, — C

\

NH,

Im e tano am ida Iform iam ida le tana m id a lacetam ida

530

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Nombrar: COOH — COOH

COOH -

\

ác. oxalámico

NH, CH 3 — CH — C(NH) - ■C(NH) — CH(NH)

semiamida del ácido oxálico

5

4

3

2

1

4 - etil -1 ,2 ,3 - pentano triimina C x

CO NH2 — CO NH2

~ Cx NH, NH,

<4 AMINOÁCIDOS oxalamida

Son ácidos carboxílicos que contienen a la vez del gru­ po amino (NH2) generalmente en la posición a o P.

propanoamida propionamida •

Am ida importante:

...amino ...oico

NH2 — CO — NH2 metanoamida (carbodiamida) urea

Se producen por hidrólisis de las proteínas. Son sólidos, cristalinos de alto punto de fusión.

<4 FUNCIÓN NITRILO (R - CN)

Muchos poseen olor y sabor desagradables.

Son compuestos nitrogenados que teóricamente deri­ van de un carbono primario donde se ha sustituido 3 átomos de H por 1 átomo de N, formando enlace triple. C= N

Son sustancias anfotéricas se comportan como ácido (cede iones H) y base del grupo amino (NH2) que recibe un hidrógeno.

...nitrilo o ciano

Son líquidos incoloros; insolubles en agua, solubles en disolventes orgánicos y de olor etéreo. Muy tóxicos.

Ejem plos: H— C= N

metanonitrilo (IUPAC) forminitrilo (común) ácido prúsico ác. cianhídrico

CH , — C H, — C = N ' ■ '

■CH — C \ I OH NH,

Son solubles en agua; debido a la polaridad de su moléculas, insolubles en solventes apolares como el éter. O CH2 — C — OH I NH,

j propanonitrilo 1 cianuro de etilo

N = C - (CH2)7 - C =

CH, — COOH NH2

Ác. a - aminoetanóico (glicina)

N { nonanodinitrilo CH2 — CH2 — COOH

Isonitrilo: N = C

|3

...isonitrilo

Son isómeros estructurales de los nitrilos donde el N es pentavalente. H— N= C

metanoisonitrilo

CH , — N = C

etanoisonitrilo

CH,

propanoisonitrilo

■CH, — N :

2

1

La importancia de los aminoácidos es que son constitu­ yentes de las proteínas y de origen natural, son 20 que son más utilizados. G licina

CH 2 — COOH I NH,

<4 FUNCION IMINA Teóricamente resulta de sustituir 2H por (= NH) en un carbono primario o secundario.

A lanin a: (Al-) CH 3 — CH — COOH

H CH2(NH)

CH 3CH2 — CH(NH)

2 CH 3

metanoimina

—► propanoimina

NH ¡mina secundaria

NH2

(glicocola)

Ácido a - aminopropionico o Ácido 2 - aminopropionico

Valina: (Val-) CH,

1

- C - -C H ,

Ác. aminopropanoico Ác. 3 - aminopropanoico

NH,

(GN-)

/ H — C = NH

R — CH — COO" I N H ,+

O

CH 3 CNH — CH3 2 - propanoimina

C H, — CH — CH — COOH I NH,

Q

Leucina: (Leu -)

u ím ic a

■

531

« PROTEÍNAS

CH, I C H 3— C H — C H 2 — C H — C O O H I nh2

Isoleucina (lleu -) Á c . a - am ino - P - m etilpentanoico 5 y p « C H 3C H 2C H C H C O O H 5

4

3

|2

1

NH2

Serina (Ser -)

L a s proteínas son polím eros d e alta m asa m olecular form a do s por unos 20 ct - a m inoácidos naturales unidos por el enlace peptídico, g en e ra n d o polipéptidos y luego las p roteínas. Su sta ncia s m u y com plejas im prescindibles en la dieta d e los anim ales para cubrir tod as sus ne ce sid ad es en nitrógeno. S e encuentran en tod as las células viva s y son el princi­ pal co m p o n e n te d e la piel, m úsculos, te n d o n e s, nervios y san gre. L a m ayo ría de las e n zim a s , anticuerpos y m uch as hor­ m o nas son proteínas.

Á c . a - a m in o , p - hidroxipropionico

<4 PÉPTIDOS P

“

So n co m pu estos fo rm a do s por residuos de am inoáci­ dos unidos por el enlace peptídico.

C H ,O H — C H — C O O H

E l m ás sencillo es el dipéptido. O tro s : a m inoácidos esenciales en la dieta hum ana:

Formación: E l m ás sencillo d e los productos es del am inoácido (gli­ cina).

- U s in a

- Tirosina

-T re o n in a

- M etionina

- Trip to fa no

- Histidina

- Fenila la nina

-A rg in in a

glicina II tc h — c — [o h

-C H , — CH — C O O H

QN )

NH2

O

I 11 h ] — n — c h 2— c — o h

=>

h 2o

H

glicil glicina

lo hP .

Triptofano (anillo bencénico unido a un anillo pirólico)

(dipéptido)

O

II I II C H - l C — N j— c h 2 — c — o h + h 2o

sistem a indol '

glicina H

O

nh2

(O })— C H 2 — C H — C O O H

j

enlace peptídico NH2 fenilalanina HO

Clasificación:

C H 2— C H — C O O H NH2

Según su función estructural: a. Proteínas globulares. S o n solubles en a g u a , en soluciones ácid as, básicas o salinas. S o n regula­ dores de los procesos m etabólicos vitales.

tirosina H I N H 2— C — C O O H

CH2 I SH

Insulina: fo rm ado por 51 a m ino ácid os, es s e ­ g re g a d a por ciertas células del pánc rea s. S u actividad perm ite q ue la glucosa penetre a las células para ser utilizada.

•

Hem oglobina: se encuentra en la san gre.

•

Albúm ina: son coagulables por acción del ca­ lor; form a la m ayo r parte del protoplasm a; clara de h ue vo .

•

Caseína: leche.

ácido aspártico

CH, I COOH N H 2— C H — C O O H

•

cisteína b.

Proteínas fibrosas. S o n insolubles en a g u a . C onstitu yen m ateriales estructurales de tejidos hu­ m a n o s y anim a l, son:

532

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

•

Queratina: existe en la epiderm is, en la piel, lana, cue rno s, pelos y e n.la s uñas.

m am ífe ros; para permitirles crecer y m antenerse en e stado de salud.

•

Colágeno: se encuentra en te n d o n e s, cartíla­ gos y hu e so s.

E l prom edio de proteínas Ingeridos por el hom bre e s de unos 100 g diarios.

•

Miosina: proteína contráctil de los m úsculos.

•

Fibrina: coágulo.

•

Fibroina: b ase estructural de la se d a .

Por su origen A.

Proteínas sim ples. T o d a s aquellas que d an com o único producto de hidrólisis am inoácidos.

B.

Proteínas conjugadas. A q u e llo s que por hidrólisis producen dos porciones: •

El g rupo prostético (de na tu rale za no proteica) Pé p tldo s o a m inoácidos producto de la escisión del resto proteico.

L a clasificación se establece tenien do en cuenta la na tu raleza del g rupo prostético. Núcleoproteínas. E l grupo prostético es un ácido nucleico o un nucleótido y la proteína es una histo­ ria. Eje m p lo : los virus.

<4 VITAMINAS S o n sustancias q ue regulan el norm al funcionam iento de nu m e ro so s p rocesos m etabóllcos en el organism o. C o m o el organism o casi no p ued e sintetizar vitam inas, es Indispensable Ingerirlas con la alim entación diaria. S u carencia o insuficiencia produce diversas e n fe rm e ­ d ad e s.

Ejem plo: Le c h e , m antequilla, h u e vo s , ca rne s, etc. S e dio el nom bre de V I T A vital

-

M I N A por ser: amina

vital para el o rganism o. una am ina.

S e han descubierto vitam inas que no son am inas y ni siquiera contienen nitrógeno.

Glucoproteínas. A c tú a com o g rupo prostético y un polisacárido. Eje m p lo : el o vom u c oid e .

L a m ayo ría de las vitam inas p ose en en su estruc­ tura núcleos heterocícllcos.

Fosfoproteinas: S o n á steres del ácido fosfórico y una proteína sencilla. Eje m p lo : la ca seína de la leche.

S o n fácilm ente a ta ca do s por la lu z, el calor y o xi­ d ante s.

Las vitaminas se clasifican en:

Crom oproteínas. Es tá n fo rm a da s por historias o globulinas con un grupo prostético coloreado. Eje m p lo : he m og lo b ina.

Liposolubles. S o n solubles en las grasas y son : A , D , E , K.

Lipoproteínas. S o n co m pu estos d e las proteínas de la g rasa . Eje m p lo : la lecitovetelína de la yem a del h ue vo .

Hidrosolubles. S o n solubles en el agua y son : B , C . So lo se requiere a lgu nos m iligram os de vitam ina en la dieta diaria y previenen e n fe rm e d a d e s deficitarias.

Propiedades generales S o n sustancias sólidas que p ued e n cristalizar. L a s proteínas son polipéptídos. L a m asa m olecular de las proteínas es m uy e levad a .

Vitamina A (antixeroftálmica) Liposoluble CH,

Eje m p lo : la he m oglobina de la san gre e s d e 6 7 000; para la proteína de la clara d e hu e vo 34 000.

CH,

CH,

l

l

= C H — C = (C H )3 — C = C H — C H 2O H

D a n disoluciones coloidales (efecto Tyn d a ll). La s proteínas tienen carácter ácido y básico debi­ do a los a m inoácidos que p o s e e n , por lo tanto son anfóteros. C a m b ia n sus p rop ie d ad e s por acción del calor no recuperables. E s ta alteración se den om in a d e s n a ­ turalización.

C 20H29O H (a lco ho l d ite rp é n ico )

S e encuentra en aceites d e hígad o de b ac ala o , carne, leche, m antequilla, q u e so , h u e vo s ; en los ve ge tale s: e sp in a ca , le ch uga, za n a h o ria , tom a te , plátano. P - caroteno \ xantotlla

E n los seres vivo s constituyen el co m p o n e n te fun­ dam ental del citoplasm a. L o s ve g e tale s sintetizan a m inoácidos para form ar sus propias proteínas a partir del nitrógeno en for­ m a am oniacal o d e nitratos. La s proteínas form an la sustancia d e sosté n , se necesita para co n se rvar el peso y la vida de los

Deficiencia C e g u e ra nocturna, xeroftalm lna De tenció n del crecim iento raquitism o. Esterilidad - caries dentales.

Q

Vitamina B (hidrosoluble) C onstitu yen el com plejo vitam ínico B , s o n 1 2 , pero las m ás im portantes son:

CH3 = c — c h 2 — c h 2o h

'k J-

I C H , — NT

S

■

533

S e encuentra en los g rano s, m a íz, trigo, en la col, en el h íga d o. P re vie n e la aparición del acné y cierto tipo de d e rm a ­ titis.

Vitam ina B, o tiam ina (antiberibérica)

H C _ r^ N \ T/ NH2

u ím ic a

cr

Vitam ina B12 (cianocobalam ina) cobaltam ina CH3 - ^ V N ^

c , , h 18n 4s c i

CH.

J j E

S e encuentra en g ran o s ente ro s, cereales, ve ge tale s ve rd e s , le va du ra, sem illa, cutícula del a rro z, carnes m a ­ g ras, etc. P re vie n e el beriberi (en fe rm ed ad d e origen nervioso) en general d esó rd en e s del sistem a nervioso co m o la neuritis. Vitam ina B2 (riboflavina: C H 17H 20N 4O 6) C H 2 — ( C H O H )3 — c h 2o h ,Í\P

N' CH I C 54H 790 14P C o C e3H 880 14N 14PC o

S e encuentra en el hígado d e color rojo, prim er co m ­ puesto orgánico natural conocido q u e contiene cobalto. U s o : para estim ular el crecim iento, a d e m á s de com batir la a nem ia perniciosa.

Vitamina C (antiescorbútica) (ácido ascórbico) Hidrosoluble:

CH

S e e ncuentra en la leche, h íg a d o, le vadu ra, carne, p e s­ ca d o, ve g e tale s, frescos. Pre vie ne la caída del cabello y la pelagra (afecciones cu­ táneas) y trastornos oculares (inflamación y cataratas). Vitam ina B3 (ácido pantoténico C9H150 5N) CH, ! C H 2O H — C — C H O H — C O — N H — ( C H 2)2— C O O H CH. S e encuentra en el h íga d o, otras visceras (riñones, co­ ra zó n , e tc.) leche, carne de ternera. P re vie n e de la derm atitis, la piel callosa y e sc a m o sa . Vitam ina B5 (niacina o ácido nicotínico)

-O

S e encuentra en jug os de frutas cítricas, en los cerea­ les, la leche, los tom a te s, etc. P re vie n e el escorbuto (características d e las ulceracio­ nes en los dientes), la anem ia y pérdida de p eso.

Vitamina D (antirraquítica) Liposoluble D 2. C 28H 440

(calciferol)

D 3: C 27H 440

(ergosterol)

D 4. c 28h 46o

(colesterol)

C 29H 4eO S e encuentra en el hígado d e b acala o , la leche, los hu e vo s , m ariscos, m antequilla.

-C O O H

Previenen el raquitismo, regula el metabolismo del calcio y el fósforo (descalcificación de huesos, dientes), etc.

N S e encuentra en carnes, p e s c a d o , leche, le va du ra, m a n í, pesca d o. P re vie n e d e las indigestiones, p elag ra, eritem a.

Vitamina E (antiestéril) Liposoluble Estructura = vitam ina K

Vitam ina B6 (Piridoxina)

tocoferol

C H ,O H HO

C H 2O H — C H ( O H ) - - C H — C ( O H ) = C H 1-----------------O ------------

S e encuentra en n u m erosos alim entos co m o en el acei­ te de pepita de algodón y d e p alm a, g rano s d e trigo y de m a íz, lechuga, alfalfa, ye m a d e h u e vo s , etc.

C H ,O H

CH, C „H „C U M

Fu n c ió n : en el organism o Interviene co m o antioxidante en las células y su carencia o casiona la esterilidad.

534

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Vitamina K (antihemorrágica K„ K2, K3, K4)

C H 2— C H — C H 2

Liposolub le

S e extrae d e la hoja de la coca (2 % ). E s un polvo blanco, insoluble en a g u a , pero soluble en solventes orgánicos.

ch 3 I

C — (C H 2) 3 — [CH — (C H 2) 3] 2 — C ch

3

S u u so , se da com o a nestésico local; c o m o , p ued e for­ m ar hábito, se sintetiza a hora la n o vo ca ín a (p roca ín a), tiene el m ism o fu n d a m e n to q u e la co ca ín a , d e darle p rop ie d ad e s a n estésicas. S u ventaja es d e se r m e nos tóxic a, no crea hábito y es m ás estable.

o 2 - metil - 3 - fiftil -1,4 ~ naftoqumona

r w n

'-'29n 40'-'2

Quinina (C20H24M20 2)

S e encuentra en los vegetales com o la col, espinacas; al­ falfa, en los cereales; en el aceite de soya y en algunos pescados. P re vie n e la no coagulación d e la sa n g re , es antihem o­ rrágica.

<♦ ALCALOIDES S o n sustancias cíclicas nitrogenadas d e estructura com pleja, con origen en las plantas en form a d e sales. P o s e e n carácter básico; d e ahí vien e el nom bre d e al­ caloides d e álcalis. S e presente en los ve g e tale s com o el ca fé , c a c a o , opio, c o c a , etc.

S e e xtrae d e la co rte za d e los árboles d e la q uina . E s antipirética y antim alárica. E s un polvo blanco , inodoro, de gusto a m a rg o. P o c o soluble en a g u a , se disuelve bien en el alcohol, éter y cloroform o, etc.

Nicotina (C10H14N2)

Term inación ... ina

Ejem plo:

O A lc a lo id e

O r ig e n

C a fe ín a

café

C o c a ín a

coca

Q u in in a

quina

Cafeína (C8H10N40 2. H20 )

CH, S e encuentra en las hojas d e ta b a c o , se le e xtrae con [ C a ( O H ) 2] y posteriorm ente con éter. E s un líquido o leo so , incoloro, soluble en a g u a , al­ cohol y éter. E s m u y v e n e n o s o , se le e m p ie za co m o insecticida y fungicida.

CH, C

C — N — CH, ;

C H ,— N — C — N

ch

Su b p ro d u c to d e la fabricación del ca fé . E s una m asa blanca, fibrosa. S e encuentra tam bién en las hojas del té (4 % ). S u s sales constituyen un estim ulante cardiaco de uso frecuente.

Cocaína (C17H21IM04) O C H , — CH — CH-

N — CH,

J ' -\

OCH3 O

C O-

-c

Morfina (C17H19N03) S e e xtrae del opio. E s un cuerpo sólido cristalino, poco solubles en a g u a ; m ás soluble en solventes orgánicos. S e usa com o se d a n te , producir el s u e ñ o , aliviar el dolor. C o m o droga form a adictos, su uso in m oderado co m o calm ante y soporífero produce efectos d e ­ sastrosos. D e l opio se han extra íd o m ás d e 20 alcaloides, los c u a ­ les se aplican en la m edicina; a d e m á s de la m orfina, la co d eín a y la p ap averina.

<4 GLÚCIDOS: CARBOHIDRATOS S o n constituyentes im portantes d e las plantas y junto con las proteínas y las g rasa s son los c o m po ne ntes fu n d am e n ta le s de la dieta h u m a n a .

Q u ím ic a

Se les considera:

C x(H20)„

535

x = n o xAn

c 3(H2o )3

C— O

De ahí el nombre carbo hidrato c

■

h 2o

dihldroxicetona Se caracterizan por poseer varios grupos hidróxilo (OH) en la molécula y un grupo aldehido o cetona.

(ceto - triosa)

Son compuestos con función mixta, aldehidos - alcoholes (aldosas) cetonas - alcoholes (cetosas) (pollalcoholes)

//° C— H I CHOH I CHOH I CH,OH

Clasificación

aldo trio sa A ld osa s

a ldo tetrosa s aldo p en tosa s a ldo h exo sa s

ce totriosas

G lú cido s o ca rb oh id ra to s

cetotetro sa s

C etosas

ceto p en tosa s ceto h exo sas

H idrolizables (osidos)

í o lig osa cá rid os -I HolósidosJ p o lisacá rid o s J alm idón ce lulosa

Glúcidos: se le denomina asi por el sabor dulce de algunos de ellos.

aldopentosa (arablnosa) [C5(H20 ) 5]

aldotetrosa [C4(H20 )J

aldodiosa

N o hidrolizables (m on osa cá rid os)

I CHOH I CHOH I CHOH I CH2OH

Los monosacáridos son sustancias polihidroxiladas. En la naturaleza se encuentra solamente pentosas y hexosas. Son sustancias muy solubles en agua; en alcohol y en éter son insolubles. En disolución acuosa tie­ ne en general sabor dulce. Por acción del calor se carbonizan. Sus propiedades químicas son las propias de los alcoholes y aldehidos o cetonas. Los monosacáridos más importantes son los isómeros: Glucosa Fructuosa (levulosa)

No hidrolizables. No se hidrolizan en el agua, para for­ mar otros más sencillos.

Glucosa (CeH,20 6 => C6(H20 )e

M onosacáridos. Son hidratos de carbono más sim­ ples, su molécula no se desdobla en otras menores, pueden ser:

(hexanopentol - al).

Aldosas: posee el grupo aldehido Cetosas: posee el grupo cetona terminación ...osa Son:

Es el azúcar de la uva y de la miel. Es una aldohexosa

Fórmula: CH2O H - C H O H - ■C H O H - ■CHOH- ■CHOH 4 6 5 3 Otras estructuras:

Triosas: 3 C Pentosas: 5 C Tetrosas: 4 CHexosas: 6 C HO -

Con dos carbonos:

<

C2(H20 ) 2

H H I I C B- C 4 I I H OH

H I C2■ I OH

c, = O

Se le asigna fórmula cíclica: + estable. El grupo carbo­

H I C5

Triosas

C 3(H20 ) 3

H I. ?« HO \

aldehido glicérico

OH I C3 I H

( - O H ) del C5.

aldehido glicólico

CHOH

H I C4 I OH

nilo se abre y se forma una unión semiacetálica con el

c h 2o h

A , i

//° C— H

- C H 2O H

OH OH

l

„°1

— I 3' H

?/ c, OH

C ,— H

forma abierta

536

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

CHO

CHO I

H—C-OH OH - C - H I

H- C - O H i

OH - C - H

OH — C — H i H

X

H — C — OH

I -oI o

Cíclica: glucopiranasa (por tener el ciclo del pirano)

H- C - O H

c h 2o h

CH2OH U n a de las form a s en la na tu raleza se encuentra en las plantas. P o r la fotosíntesis qu e es un reacción endotérm ica (ab ­ sorben calor: el C 0 2 y el H 20 absorbido por las plantas y el ca ta lizad o r clorofila, convierten en a zú c a r, que sir­ ve n d e alm acén d e e n erg ía que es liberada d esp ué s por digestión.

6C O , + 6 H ,0

galactosa

fSflRS&Wl

gulosa

__

La glucosa presenta carbono asimétrico, tiene activi­ dad óptica sobre el plano de luz polarizado. E s dextrógira: desvía 52,3° a la derecha. La cantidad de movimiento e impulso tienen igual di­ mensión.

clorofila luz solar

glucosa

F r u c t u o s a ( C 6H 120 6) L e v u l o s a : es el he xano p ento l - o n a:

Propiedades: glucosa o dextrosa

,c h 2O H

II

en el a g u a .

O

-O -

S e presenta co m o cristales b lancos, m u y solubles

H O — 3C — H

S e ca rb o n iza en H 2S 0 4 caliente:

X

1

X 0

f

I

H

O

f

L a glucosa a parece en la sangre en cantidades p e ­ q u eñ a s.

H

-o--o-

I

C 6H , 20 6 —► 6 C + 6 H 2C

6c 2o h

Y en el líquido céfalo raquíde o ( 0 ,1 % ) , el a um ento al 10% o casiona la diabetes que se localiza en la

T am b ié n p ose e fórm ula cíclica:

orina. P o r el sab o r dulce se usa en la fabricación d e cara­

U

m elos, ja ra b e s , co nse rvas. S e e m plea para o btener alcohol etílico. S u presencia se reconoce por el reactivo de Fehling (es reductora) por el grupo funcional ( - C H O ) . S e obtiene por hidrólisis del alm idón y celulosa.

6C — O H

' / A 5° u !\ V H0 44C w I OH

II

C , — C H -O H

(abierta)

V

3| OH

C H ,O H

(C 6H 10O 5)n + n H 20 alm idón

O

glucosa

(cíclica)

Isómeros de la glucosa Posición del ( O H )

H OHH H -

CHO I - C - O H I - C - H I -CC - O H I -Cc - O H I c h 2o h

glucosa

OH OH

CHO I -C H I H -c

H

C OH I H — C — OH C H 2O H m añ osa

CHO O H - - C - ■H I O H - C - H I O H - - C - ■H I H - C - O H I C H 2O H talosa

L a fructuosa se encuentra en dulces y en la miel. S e obtiene por hidrólisis d e la insulina (isóm ero de a lm idón). E s sólido de color blanco, m u y dulce, soluble en a g u a , pero difícil d e cristalizar. P o s e e fuerte actividad óptica: levógira (d esvía el plano d e lu z 92° a la izquierd a).

Hidrolizables S o n aquellos carbohidratos que p or hidrólisis se p u e ­ den fo rm ar 2 o m ás m oléculas d e m o nosacárid os.

Q

S e d e n o m in an , tam b ié n, osidos.

■

537

|bZ| íüsiíB B B I

S e clasifican en: Holósidos. Q u e por hidrólisis originan e xclusivam ente m o nosa cá rid os. En tre los holósidos se encuentran: •

u ím ic a

O ligosacáridos. P o r hidrólisis dan m o n o s a c á ri­ dos.

E s el disacárido más importante, se encuentra en los jugos de la remolacha o de la caña de azúcar. E n su molécula el resto de la glucosa y fructuosa se hallan unido por 1 átomo de oxígeno formando el enlace glucosídico. E n un sólido blanco, cristalino, soluble en el agua y en alcohol.

Ejem plo: Dicasáridos

(2 m onosacáridos)

Trisacáridos

(3 m onosacáridos)

Cuando se calienta a 200 °C , se transforma en caramelo (color moreno). E n H 2S O „ se carnoniza en frío.

•

Polisacáridos. Q u e resulta de la conden sación de n m oléculas de m o nosacáridos con pérdida de a g u a (n > 10).

La inversión es catalizada por el enzim a de invertasa a sacarosa. N o tiene poder reductor; por lo tanto no reduce el licor de Fehling.

Ejemplo: ( C 6H i 0O 5)n "r n H ¿ 0 —► n C 6H 120 6 polisacárldo

La disolución es levógira: glucosa (+ 5 3 °) y fruc­ tuosa ( -9 2 ,0 ° ) se invierte.

E n ácido diluido (H CI o H 2S 0 4) se descompone en glucosa y fructuosa.

monosacárido

El azúcar se usa como alimento diario.

Disacáridos (C^H^O ,,) S o n a zú c a re s m ás com plejos fo rm a do s por unión de dos m oléculas de m o nosa cá rid os; elim inando una m o ­ lécula de a g u a entre a m b a s:

E n la fabricación de dulces, confiles, caramelos, bebidas alcohólicas, jarabes, etc.

Maltosa (C^H^O ,,) (azúcar de malta)

Hidrólisis. Pro d u ce 2 m oléculas de m o nosacárid os.

E s dextrógira y se hidroliza fo rm a nd o 2 m oléculas de g lucosa.

Lo s disacáridos m ás im portantes son 3: unidos por el enlace glucosídico. S a c a ro s a = glucosa + fructuosa

R e d u c e al licor de Feh lin g (es reductor) C , 2H 22O ii + h 2o

maltosa

m altosa

M a ltosa = glucosa + glucosa

uj s~\

glucosa

E s un sólido cristalizado soluble en H 20 . S e e m plea en las leches m altosas. Fab ricación de la c e rve za com o m ateria prim a por o btenerse de la ce b ad a.

La c to s a = glucosa + galactosa L o s 3 están form a do s por he xo s a s.

Sacarosa (0,211220,,)

Lactosa (azúcar de leche) (C,2H220 ,,)

P o r hidrólisis:

P o r hidrólisis se d esdobla:

C , 2H 220 „ + H 20

invertasa . C 6H 120 6 + C 6H , 20 6

sacarosa

glucosa

lactosa

fructosa

glucosa

m altosa Fo rm a c ió n d e la sacarosa: c h 2o h

CH 2O H / o

0

:h

:O H :

- H 20 " + h 2o

^

galactosa

S e encuentra en la leche, en una proporción del 3 % . C u a n d o se d e sco m p o n e por la ferm entación for­ m an ácido acético y ácido láctico (avina gra d o d e la leche). E s un sólido cristalino de color blanco y sabor dulce. E s dextrógira y reduce el licor de Feh lin g.

Polisacáridos S o n polím eros naturales q ue se encuentran unidos por m uchas unidades de m onosa cá rid os (glucosa, m o nóm ero) y a lc a n za n altas m a sa s m oleculares. c h 2o h

Fó rm u la global:

( C 6H 10O 5)n n: elevado

538

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

L o s m ás im portantes son : celulosa; alm idón y glucóg e­ no , cuya hidrólisis dan m oléculas d e a gua:

SI el algod ón pólvora e s soluble en la m e zc la de alcohol - éter d an soluciones d e colodión.

(C 6H , 0O 5)n + n H 20 —> n C 6H 120 6

E l colodión alcanfor recibe el nom bre d e celuloide (inflam able).

polisacárldo

glucosa

E l algod ón tratado con una m e zcla de anhídrido acético, ácido acético y ácido sulfúrico form a el a cetato d e celulosa; usa do en la fabricación d e te­ las, e n v a s e s , ... etc.

Difieren de los a zú c a re s sencillos en sus p rop ied ad es. N o tiene sab o r dulce y no son solubles al a g u a , es decir, dan soluciones colldales.

L a celulosa tratada con s o d a caústica y sulfuro de ca rb ono , form a d e viscosa (ra yó n ), utilizada en la fabricación d e telas.

Celulosa (C 6H 10O5)„ n: m ínim o = 200

o

300 < n < 500

E n form a de láminas o de hojas constituye un celofán. P o r hidrólisis: ( C 6H 120 6)„ -> n C 6H , 20 6 C o m o m ínim o, la celulosa se halla fo rm ada por 200 m o ­ léculas de glucosa. L a celulosa es el polisacárido q ue constituye d os m e m ­ b ran as celulares de los ve g e tale s, com o la m a d e ra , el alg o d ón , de la m édula del sau ce. E l algodón presenta 1 0 0 % de celulosa, m ateria prima para su e m pleo en la industria textil, la celulosa de la m ad e ra sirve para la obtención del papel. Tien e estructura fibrosa, cristalina.

N o es reductora.

Almidón (C6H10O5)„ E l alm idón es un polím ero de la glucosa. Hidrólisis:

( C 6H 10O 5)n + n H 20 -> n C 6H 120 6 alm idón

glucosa

C on stitu ye la reserva m ás im portante en las plantas, enco ntránd o se tanto en las raíces com o en los tubér­ culos, frutos y sem illas, com o en la p ap a, el c a m o te , el m a íz, el trigo y el gran núm ero d e g ram ínea s legum ino­ sas com o producto d e la fotosíntesis. Trigo 5 5 % , m a íz (6 5 % ), a rro z ( 7 5 % ) , p ap as ( 1 5 % ) Estructura:

CELULOSA

E s un sólido d e color blanco insoluble en el a gua . S e hincha cu a nd o se sum e rge en ella (absorción). L a hidrólisis d e la celulosa e s m uch o m ás difícil qu e la del alm idón. E l hom bre y otros m am íferos no pued e n hldrolizarla en la digestión para transform arla en glucosa, por carecer d e las e n zim a s necesarias para catali­ z a r la hidrólisis. L a hidrólisis com pleta solo se logra tratándola con ácidos co ncentrados (sulfúrico o clorhídrico).

Derivados de la celulosa 1. 2.

So m e tid o a la acción d e ácido sulfúrico concentra­ d o , se obtiene papel pergam ino. T ra ta n d o el a lgodón con una m e zc la de ácido nítri­ co y ácido sulfúrico p ueden llegar a d ar nitrato de celulosa o algod ón pólvora.

A L M ID Ó N H a y dos tipos de polím eros d e alm idón: (cua nd o se tra­ ta en a g u a caliente). •

Am ilosa: 2 0 % alm idón soluble en a g u a .

•

Am ilopectina: 8 0 % alm idón es insoluble al a g u a . alm idón

amilasa. m altasa

L a e n zim a am ilasa, q u e es seg re ga d o por el páncreas y tam bién se halla en la saliva, d eg ra da al alm idón a m altosa. E l alm idón no reduce el licor d e Feh lin g y por ello se adm ite q ue los g rupos a ld eh id os d e la glucosa no se hallan libres. Su aplicación

[C6H70 2(0H )3Jn + 3nHN03

algodón

[C6H70 2(N 0 3)3]n + 3nH20

trinitrocelulosa

Material inflam able y se usa co m o explosivo Si el grado de nitración es m e n o r que en el caso anterior, el producto se llama piroxíllina.

1. 2.

C o m o alim ento entra en el p an , fideos, harinas, etc. E n las pastas a d h e siva s: co las, g o m a s , etc.

3.

E n la industria textil para el e nco la do y alm id on ad o d e la ropa. E n la preparación de b eb id as fe rm e n tad as: chicha, m a sa to , etc.

4.

Q

G lucógeno (C6H,0O5)n. C o n s titu ye la sustancia de re­ s erva alm ac en a d a en el hígad o d e los m am ífe ros. P ro c e d e de la co nd en sación d e las m oléculas d e gluco­ sa proced en te s de la digestión de los hidratos d e car­ b on o. E l e xc e s o de a zú c a r se alm acena en form a de g lu có g eno tam bién llam ado alm idón anim al.

1.

m o e xp erim en ta la hidrólisis y se transform a en glucosa q ue se d eg ra da hasta anhídrido carbónico. ( C 6H i 0O 5)„

—»

glucógeno

n C 6H 120 6 glucosa

RESUELTOS

PROBLEMAS

Identificar com o ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) según c orresponda:

539

C u a n d o dism inuye la aportación d e a zú c a r el o rganis­

. . ■ ■

ESI

■

u ím ic a

2.

O ""

¿ C u á le s son co m pu estos alifáticos? II. r

I.

L a fórm ula co n d e n sa d a C H 3C ( C H 3)3 contiene 4 carb ono s prim arlos. II. E l carbono terciario es aquel que está e n la za d o a 3 hidrógenos. III. S e clasifica a los hidrógenos de una cad ena carb onad a en prim arlos, secundarios y tercia­ rlos porque ellos tienen diferente reactividad.

Resolución: C lasificación d e los hidrocarburos: • Alifáticos: llam ados así por su aspecto g raso , agrupa a los hidrocarburos lineales, ram ifica­ d os y cíclicos (alicíclicos) ya sean saturados o insaturados:

Resolución: D e acuerdo con las proposiciones: I. V e rd ad e ro

ciclohexeno

ciclohexano

D e acuerdo a su reactividad, los carb ono s sp 3 se pu ed e n ca te g orizar seg ún: Tipos Prim ario ( 1 o)

Notación

n.° H

-c h 3

3

Aro m á tic o s : llam ados tam bién frag ante s, agru­ pa a los co m pu estos de la serie del b enceno ( C 6FI6) y sus d erivad o s.

O S e cu n d a rio (2o)

—

c h

2—

b en cen o

2 S o n alifáticos: I y II

Terciario (3o)

C u aternario (4o)

— CH — I

1

I —c — I

0

3.

C H 3-

E l hidrocarburo C H 3C ( C H 3)3 p ose e 4 c a rb ono s ter­ ciarios: C H 3 -

II. V e rd ad e ro Re a ctivid a d d e los c a rb ono s y sus hidrógenos. C (3 °) > C (2 °) > C ( 1 ° )

CH3

E n el hidrocarburo:

C H 3-

II. Fa ls o O b s e rv a n d o el cuadro anterior, se tiene que el carbono terciario (3o) solo pose e un H . i -CH-

CH I ch3

CH3 I CH, — CH, — C — CH, I ch3

Resolución:

CH3 I c h 3— c — c h 3 I ch3

I -C I H

E n la siguiente estructura, indicar la cantidad de carbonos primarios y secundarios respectivam ente.

CH I ch3

CH3 I CH, — CH, — C — CH, i ch3

CH3

S e o b s e rva : C (1 ° ) : C H 3 - : 5 C (2 °): C H 2 - : 3 4.

Indicar ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) se g ú n co rre s­ ponda: C H 3C H 3, c h 2 = c h - c h 3 II. S e trata d e hidrocarburos arom áticos:

540

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

CH2 / \

III. Lo s hidrocarburos alifáticos son sustancias de ca d ena s abiertas, lineales o ram ificadas y ta m ­ bién cíclicas com o por ejem plo: C H 3— C H = C H — C H 3 Resolución:

II. C nH 2nl2: alcanos

R e s p e c to a las proposiciones: I.

C H 3 — C H 2 — C H 3 ~ C 3H 8

Verd ad e ro Lo s hidrocarburos: C H 3— C H 3: etano C H 3 = C H — C H 3: propeno son alifáticos.

III. C nH 2n 2: alqu inos-cicloalquenos. C H s C - C H 3 ;

HC = CH

.-. L a relación correcta es: I. b, d II. a

ciclohexano (alifático)

í f i l b enceno l\_,(aromático)

7.

III. V e rd ad e ro E l siguiente hidrocarburo insaturado de cad ena abierta es: C H 3— C H = C H — c h 3

I. S o n co m pu estos orgánicos binarios. II. S o n fu entes de e nerg ía . III. Lo s alqu eno s y alquinos son hidrocarburos acíclicos insaturados. Resolución: H idrocarburos: V e rd ad e ro S o n co m pu estos orgánicos binarios del carbo­ no e hidrógeno ( C x H y) cuya principal fuente de obtención es el petróleo y el g as natural.

II. V e rd ad e ro L a m ayo ría de ellos se em plean com o co m bu s­ tibles por su alto pod e r calórico: C 3H 8: prop a no (gas dom éstico)

c

Indicar con ve rd ad ero (V ) o falso (F ) I. U n a clasificación de los hidrocarburos sería com o alifáticos y arom áticos. II. O tra clasificación sería com o acíclicos y cíclicos. III. L o s alcanos se consideran hidrocarburos insa­ turados.

R e sp e c to a los hidrocarburos: I. V e rd ad e ro S e p ueden clasificar com o: • Alifáticos (grasos). • Aro m átic os (fragantes) II. V e rd ad e ro O tra form a d e clasificación es: • Acíclicos: c a d ena carb onad a abierta. • Cíclicos: c a d ena carb onad a cerrada. III. Fa ls o Lo s hidrocarburos alcanos se consideran satu­ rados ya que cada carbono (sp ) form a 4 e nla­ ces sim ples.

E n relación con los hidrocarburos, indicar ve rd a d e ­ ro (V ) o falso ( F ) , seg ún corresponda:

I.

III.

R e s o lu c ió n :

2 - bu teno (alifático) 5.

CH2

/ \

c 3h ,

II. Fa ls o Lo s hidrocarburos:

O

: C H 2= C H - C H 3

8.

S e ñ a la r la relación incorrecta: I.

C H , — C H 2 — C H 3 : alcano

II. C H 2 = C H — C H 3 : alqu eno

III. V e rd ad e ro S o b re la base del tipo de hibridización del car­ • •

6.

bono se p ueden clasificar: S a tu ra d o s : alcanos (C : sp 3) Insaturados: alqu eno s (C : s p 2) alquinos (C : sp)

C orrelacionar las colum nas ade cu a d am e n te : I.

C nH 2n

II. C nH 2nt2 III. C „ H 2n ,

a. A lc a n o s

R e s o lu c ió n : L o s hidrocarburos saturad os e insaturados se re­ co no cen por el tipo de unión ca rb ono , carbono:

b. A lq u e n o s c. Alq uin os d.

Cicloalcanos

Alc a n o s

So lo enlaces sim ples

C H 3 — C H 2 — C H 3: propano

Resolución: Fó rm u la s generales d e hidrocarburos: I.

C „ + H 2n: cicloalcan os-alquenos.

ciclopropano

Q

A lq u e n o s

A l m e n o s un enlace d oble. |

■

u ím ic a

541

Resolución: P a ra el hidrocarburo:

I

X

o

*L

nf

o

i CIH -

, : ciclo

1 ,3 -h e x a d ie n o .

c h 37

Alq u in os

CH3 I ' c h - c h 3

1

C H 3: p rop e no.

A l m e nos un enlace triple.

C H = C — C H 3: propino.

c h 2-

c h 25

6

c h 24

CH3

3

Ra d ica le s: 2 ,3 - dimetil C a d e n a principal: heptano .-. N o m b re : 2 ,3 - dim etilheptano.

E s incorrecto V 9.

Indicar el grupo alquilo que está escrito en form a errada: I.

Isopropil

C H 3— C H — C H ¡

II. Propil

12. ¿ C u á n to s g rupos alquilo diferente pueden derivar­ se del iso he xa no ? Resolución: El iso h e xa n o p ose e por estructura:

:

C H 3— C H 2— C H 2—

IV. Ter-butil

:

I ( C H 3)3 C -

V . n-pentil

:

( C H 3)3 C H 2 -

C H 3 — C H — C H 2 — C H 2— C H 3

III. Sec-butil *c h 3 P u e d e form ar radicales (s) al perder un H en las posiciones: * 13. D a r el no m bre IU P A C para el siguiente alcano:

R e s o lu c ió n : Lo s radicales alquilo se producen cua nd o un hidro­ carburo alifático pierde un átom o de H , q u ed a n d o

C H 3-

I

I7c h x

c 2h 5

dicho co m pu esto con una valencia libre (R ):

ch3 I.

C H 3— C H 2 — C H 3 —

C H 3- C H - C H 3 2 - propil sec - propil (isopropil)

C H 3- C H 21

I IC H - C. H 2- CIH -

2

C H 2-

C H 3 ( C H ,) . C H 2 -

C H 3- C H - C H 3 I ch3

E s incorrecto: V

C H 2-

5

C H 27

6

C H 3( C H 2)„ C H 2CI

H I H —C - N H I H

10. E l nom bre del g rupo alquilo: C H 3 —C H 2 - C H — C H 3 R e s o lu c ió n :

C H ,( C H 2)4C H 3

E l siguiente radical tiene su origen de: C H , - C H , - C H 2- C H , -a C H 3- C H 2- C H - C H 3 C(2” ) n-butano

4

CH3 8*

14. T eniend o en cuenta el tipo d e fórm ula utilizada para la representación de los siguientes co m p u e s­ tos o rgánicos, indicar la(s) pareja(s) incorrecta(s).

V . E l n-pentil pose e por fórm ulas:

I

3

CH — CH3

Ra d ica le s : 5 - isopropil A 3 - metil C a d e n a principal: octano .-. N o m b re : 5 - isopropil - 3 - m etiloctano

CH3 I IV. C H 3— C — : ter - butilo ' I CH3

C H 2-

ch3

CH3

CH3

2 - Butil sec - butil

CH, -

ch3

A d e c u a m o s la estructura del hidrocarburo d ad o y ten e m o s:

Hl C H 3 — C H — C H 2 — C H 3

C H 2-

C H 2— C H 2

Resolución:

II. C H 3 — C H 2 — C H 2 — : propil.

C H 3-

'I

C H — C H 2— C H -

H - C I H

I

2 - butilo sec - butilo

I I I I II HI H

h - c - c - c - h

I.

H

M etilpropano: fórm ula sem idesarrollada.

II. N e o p e n ta n o : fórm ula desarrollada. 11. N o m b ra r el siguiente alcano: C H ,( C H ; ) C H ( C H ( C H 3) ) C H ,

III. C loruro de n-hexilo: fórm ula co n d e n sa d a. IV. n -h e x a n o : fórm ula sem idesarrollada.

542

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

R e s o lu c ió n : I.

C H 3— C H — C H 3 | ch

- c h 2c h .

C H ,C H ,

P a ra las estructuras siguientes: metilpropano (fórmula semidesarrollada)

C H 3C H 2

3 H

I

H - C H I

H H neopentano (fórmula desarrollada)

ii I I I "■ H — C - C - C - H I I I H I H

I.

H - C - H

I H

III. C H 3(C H 2)4 c h 2c i

cloruro de n-hexllo (fórmula condensada)

IV. C H 3( C H 2)4C H 3

n-hexano (fórmula condensada)

II. C orre cto E l ciclo de 4 c a rb ono s con 2 radicales se llama 1 ,3 - dietilciclobutano. III. C orre cto Y a que todos son isóm eros, p ose en igual fór­ m ula global: C 8H 16.

E s incorrecto: solo IV. 1 5 . D a r el no m bre oficial del siguiente alcano:

IV. Incorrecto D e n tro de los cicloalcanos son m á s estables los de 5 C , 6 C .

(C H 3)2C H C H 2C H (C H 3)C H (C H 2C H 2C H 3)2

R e s o lu c ió n : L a fórmula semidesarrollada del hidrocarburo dado es: CH3 I ch2 ch3

ch3

I c h 3“1

ch

-

2

c h 23

I

CH -

ch

4

.-. S o n correctos: I, II, III 1 7 . S e ñ a la r el hidrocarburo alicíclico cuyo no m bre es incorrecto. ..

ch2

I

C orre cto To d o s son satu ra d os, en total p ose en 8 ca rb o ­ n os, son Isóm eros.

- c h 2-

~

c h 2-

6

7

ch3 8 *

\ ciclopropeno

1 - metilciclobuteno

Ra d ica le s: 2 ,4 - dimetil A 5 - propil C a d e n a principal: octano N o m b re : 2 ,4 - dimetil - 5 - propiloctano 16. ¿ Q u é proposiciones correspond en a los cicloalcanos m ostrados?

H ,C

IV.

C-'22,15 H5 3 - etilciclopenteno

ciclobutadieno

1,1 - dimetilciclopentano R e s o lu c ió n : D e la lista de hidrocarburos alicíclicos del problem a p o se e nom bre incorrecto: H 3C , I.

To d o s son isóm eros.

J \ 3 ___

II. E l n o m b re d e uno d e ellos es: 1 ,3 - dietilciclobutano. III. L a fórm ula global d e todos ellos es C 8H 16. IV. E l anillo de cuatro carb ono s es m ás estable que el de cinco y este es m ás estable que el de seis carb ono s, y este último m ás que el ciclooctano. R e s o lu c ió n : R e s p e c to a los siguientes cicloalcanos:

4

1

S u no m bre correcto e s: 3 - m etilciclobuteno. 1 8 . Indicar la proposición incorrecta respecto al b e n ­ ceno. I. S u fórm ula es C 6H 6. II. P re sen ta resonancia.

Q

III. Ex is te n 3 enlaces t i y 1 2 enlaces tipo sigm a. IV. E l tipo d e hibridación en el átom o d e carbono es sp2. V . E l enlace C - C es d e m a y o r longitud que el e nlace C = C .

IV.

C H 3

,Q

cr

CH,

u ím ic a

■

543

lOJ Cl

m - clorobenceno

o - xileno NO,

Resolución: R e s p e c to al b en cen o. I. C orre cto. Q u ím ic a m e n te co rresponde al ciclo: 1 ,3 ,5 - hexatrieno.

0 ,N

„oj

p - dinitrobenceno

Resolución:

H

E n la lista siguiente d e hidrocarburos arom áticos d e riva d o s del b e n c e n o , p o s e e n o m bre incorrecto:

A

: C BH fi

cr

isóm ero m eta (m)

'Cl

S u nom bre correcto e s: m -dicloro b en cen o. II.

C orre cto D e b id o a la deslocalización d e sus electrones k presenta resonancia y se representa seg ún:

21. Indicar verdadero (V ) o falso ( F ) según corresponda. I.

D o s co m pu estos arom áticos son m u y e stables, debido a los electrones que p ose e el anillo ben cénico.

e 7t d eslocalizados

II. L a s reacciones que sufren los co m pu estos aro­ m áticas d e sp.

III. C orre cto E n la estructura inicial se cuentan 3 enlaces n y

CH,

III. E l co m pu esto

12 enlaces cr

Jo f

se den om in a

Br

IV. C orre cto C a d a uno de los 6 á to m o s de carbono está h¡b rid izad o sp2. V . Incorrecto L a resonancia explica la equivalencia en longi­

p - b rom o m etilb enceno , seg ún la nom enclatura IU P A C . Resolución: R e s p e c to a los hidrocarburos arom áticos I.

tud d e los 6 enlaces C - C . E s incorrecto: V .

V e rd ad e ro A pesa r d e su alto g rad o de insaturación, los hi­ drocarburos arom áticos son b astan te estables

1 9 . Identificar un probable co m pu esto arom ático: I.

C 6H 12

II.

III.

C 6H , 2C I 12

V.

C 6H 6CI

C 6H 10

esto es debido al fe n ó m e n o de resonancia. II. V e rd ad e ro

IV. C 6H 4C I 2

P o s e e n un com portam iento quím ico m u y conúm a los a lcanos, siendo un tipo d e reaccióncaracterístico el de sustitución.

Resolución: L o s hidrocarburos arom áticos son derivad o s del ben cen o C B H 6 que resultan de sustituir uno o m ás H del ben cen o por un radical. El n.° H asociados al benceno en el derivado es < 6 . E s arom ático: C 6H 4C I 2

IV. Fa lso E l co m pu esto:

Cl

P o s e e nom bre ( IU P A C ) 1 - brom o - 4 - m etilbenceno

20. Indicar cuál de los siguientes co m pu estos arom áti­ cos e stá incorrectam ente no m brad o: I.

CH,

Cl

fo clorobenceno

tolueno

22. L o s isóm eros o rto-, m e ta -, y para- se p ueden iden­ tificar determ inando el núm ero de co m pu estos que p ued e n form arse de cada uno d e ellos, cua nd o se introduce un tercer grupo en el anillo bencénico. ¿ C u á n to s productos isom éricos en total se prod u­ cen cua nd o se introduce un tercer g ru p o, cloro, en el o - d ibrom oben cen o?

544

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Resolución: A l a gre ga r un radical cloro al o - dibrom o b enceno se tienen los Isóm eros:

III. Verd ad e ro E l petróleo es una m e zcla com pleta de hidro­ carburos sólidos, líquidos y g a se s a d e m á s de otros co m po ne ntes en m e nor cantidad. 25. Indicar si las proposiciones siguientes son ve rd a ­ deras (V ) o falsas ( F ) , seg ún co rresponda: I.

II .

2 ¡som éros trisustituidos. 23. L a reacción característica de los hidrocarburos arom áticos es: I. L a sustitución sin uso de ca ta lizad o res. II. L a adición para obte ner co m pu estos saturados. III. L a elim inación con la cual se obtienen co m ­ puestos de m e nor m asa m olecular. IV. L a sustitución de hidrógeno usando catalizadores. V . L a hidrogenación.

S e trata del ciclopropeno:

E l nom bre del co m pu esto p - clorotolueno

III.

S e trata del 3-m etil-2-penteno: CH3-

CH2-

C = CH -

CH3

ch3 R e s o lu c ió n : R e s p e c to a los enunciad o s: I. V e rd ad e ro E l co m pu esto siguiente es el:

R e s o lu c ió n : Lo s hidrocarburos arom áticos, pese a su alto grado de insaturación, presentan co m o reacción caracte­ rística la sustitución de sus hidrógenos e m pleand o ca ta lizad o res com o: • H 2S 0 4

• A IC I 3

• Fe

• S03

E n procesos com o: • Nitración • Alquilación

• Brom ación • Sulfonación

ciclopropeno

II.

III.

P o r lo tanto, es correcto IV

Fa ls o El co m pu esto siguiente

R e s o lu c ió n : Petróleo: I. Fa ls o E l octanaje de la gasolina m ide su p od e r antide­ tonante respecto a una m e zc la patrón de isooctano y n - he p ta no ; la gasolina de 84 o ctanos no p ose e 84 partes de octa no , pero sí la eficiencia de una m e zcla de 84 partes de isooctano y 16 partes de n - hep tano. II. Fa ls o L a gasolina es un corte o fracción m edia del petróleo ya q ue está co nform ado por hidrocar­ buros q ue va n d e C 8 - C 10

es el

ci

1 - cloro - 2 - m etllbenceno (o - clorom etilbenceno)

Verd ad e ro E l co m pu esto siguiente: CH3-

24. Indicar verdadero (V ) o falso (F ), según corresponda: I. L a gasolina qu e se ve n d e en los giros rotulada com o de 84 o cta no s; nos indica q ue está co m ­ puesta por 84 partes de octano y el resto, heptano. II. L a gasolina es una fracción del petróleo que consta d e hidrocarburos cuyo núm ero d e car­ b on os está com prendido entre uno y cinco. III. El petróleo es una m e zcla de hidrocarburos g a ­ s e o s o s, líquidos y sólidos.

ch,

CH2-

C = CH — C H 3

^____________ C H 3 5

4

3

2

1

E s el: 3 - metil - 2 - penteno. 26. R e s p o n d a ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) a las siguien­ tes proposiciones: I.

L a refinación del petróleo representa un típico proceso d e separación físico-quím ica. II. El núm ero de octano está definido com o el porcentaje en vo lum e n de 2 ,2 ,4 - trlmetiloctano que pose e la gasolina. I I I . E l g as natural contiene un alto porcentaje de hidrocarburos livianos los q u e , debido a su baja m asa m olar y a polarid ad , se encuentran en e s­ tado g a s e o so . R e s o lu c ió n : I.

Verd ad e ro L a refinación del crudo del petróleo corre spo n­ d e a un proceso físico-quím ico d o n d e se elimi­ nan las im p u re za s com o a g u a , sales, c o m p u e s­ tos sulfurosos antes d e separar sus fracciones útiles.

Q

II. Fa ls o El índice de octano d e la gasolina se m ide sobre ia b ase de una m e zc la patrón de isooctano y n - heptano. III. V e rd ad e ro E l g as natural está fo rm a do por hidrocarburos d esd e C . A C 4. 2 7 . R e s p e c to al petróleo, señ alar las proposiciones in­ correctas. I.

E s una m e zcla h o m o g é n e a com pleja.

II. U n o de sus principales d erivados es el ácido sulfúrico. III. El cracking catalítico se utiliza para a gra nd ar el ta m a ñ o de las m oléculas que form an la m e zcla . R e s o lu c ió n : R e s p e c to al petróleo: I.

Incorrecto E l crudo es una m e zc la com pleja q ue no solo pose e hidrocarburos, tam bién p ose e H 20 , codo sólidos en su sp ensión lo que lo hace h e tero gé ­ neo.

II. Incorrecto L o s co m p o n e n tes del petróleo se obtienen m e ­ d iante la destilación fraccionada, siendo los co­ m u ne s:

V.

R e s o lu c ió n :

• A l 20 2, S i 0 2

P o r lo tanto, es correcto: I 29 . Indicar qué proposiciones son incorrectas: I. El petróleo es una m e zcla líquida, viscosa y com pleja de hidrocarburos alifáticos y arom áti­ cos, es decir, saturados e insaturados. II. E l petróleo o aceite crudo contiene, a d e m á s , co m pu estos o xig e n a d o s, nitrogenados y sulfu­ rado s, y es un com bustible de gran poder calo­ rífico. III. Lo s c o m po n e n tes del petróleo se p ued e n se ­ parar a partir de una destilación primaria (d e ­ n o m ina d a destilación a presión atm osférica), luego una destilación al va cío d o n d e se realiza el cra qu eo catalítico y cra qu eo térm ico. R e s o lu c ió n : D e acue rdo a los e nunciados.

• Ke rose n e

I.

• D iese l, etc.

I.

• Silicatos de alum inio

• Ze o lita s .

• Llgroina

2 8 . ¿ Q u é entiende por cracking catalítico? U n tratam iento de las fracciones p e s a d a s del petróleo a tem peraturas m o d e rad a s y en pre­ sencia de ca ta lizad o res d e alum inio que per­ miten rupturas d e los alcanos d e ca d en a larga para g en e ra r otros alcanos dentro d e los c o m ­ p onentes de la gasolin a.

II. U n tratam iento de las fracciones livianas d e la gasolina a tem p eratura s m o d e rad a s y en pre­ sencia de ca ta lizad o res de alum inio para g e n e ­ rar fracciones m ás p e sa d a s . III. U n tratam iento de las fracciones p e sa d a s de la gasolina a tem p eratura s m o d e rad a s y en pre­ sencia de ca ta lizad o res d e alum inio para g e ­ nerar hidrocarburos arom áticos que elevan el octanaje de la gasolina. IV. E s el tratam iento d e la gasolina para la adición del plom o tetraetílico y así elevar el octanaje de la gasolina.

545

C racking catalítico: consiste en la ruptura de ca­ d e n as c a rb o n a d a s largas (del gasoil gene ra lm en­ te) fo rm á n d o se ca d e n a s ligeras dentro del rango de la gasolina e m plea n d o m e nor tem peratura (T < 400 ° C ) que en el cracking térm ico esto es gracias al em pleo de ca ta lizad o res com o:

• G a solin a

P o r lo tanto , son incorrectos: I, II, III.

■

E s el tratam iento d e las gasolinas con ca ta liza ­ d ores de platino, para a u m e n ta r su octanaje.

• G a s licuado ( G L P )

III. Incorrecto La s fracciones pesadas se someten al cracking térmico o catalítico donde ocurre la ruptura de m o­ léculas pesadas form ándose moléculas ligeras.

u ím ic a

Correcto E l petróleo cálido es una m e zc la d e aspecto oleaginoso y viscoso que contiene hidrocarbu­ ros en tod as las va rie da d es d esd e los alifáticos hasta los arom áticos.

II. C orre cto E l uso co m o com bustible del petróleo se d eb e a los hidrocarburos co nstituyentes, pero a d e m á s p o se e co m pu estos o xig e n a d o s , nitrogenados y sulfurados. III. Incorrecto L a destilación al va cío se lleva a cabo con la finalidad de sep a rar las fracciones de hidrocar­ buros p e sa d o s sin em plea r altas tem p eraturas, e vitan do d e este m o do el cracking térm ico. P o r lo tanto , es incorrecto: solo III. 30. Indicar cuál d e las siguientes proposiciones es In­ correcta: I.

L o s hidrocarburos insaturados presentan enla­ ces dobles o triples.

II. L a alta reactividad de los hidrocarburos insatu­ rados se d e b e a los enlaces pi (n). III. L o s a lqu eno s presentan doble enlace. IV. Lo s alquinos son m ás reactivos que los alquenos. V. L a fórm ula general de los hidrocarburos insatu­ rados e s: C nH 2n.

546

■

C o le c c ió n

U n ic ie n c ia S

a p ie n s

Resolución:

CH,

Respecto a las proposiciones: I. Correcto A los alquenos y alquinos se les denomina insaturados debido a que poseen carbonos que no completan los 4 enlaces. II. Correcto Los hidrocarburos ¡nsaturados son más reacti­ vos que los alcanos debido a la presencia de enlaces n menos estables. III. Correcto En los alquenos se presenta al menos un doble enlace. IV. Correcto En cuanto a reactividad, se tiene: alquinos > alquenos > alcanos V. Incorrecto Los alquinos y alquenos (¡nsaturados) en con­ junto no poseen una fórmula general definida. .-. Es incorrecto: V. 31.

Señalar cuáles de los siguientes hidrocarburos es­ tán mal nombrados: I.

CH 2 / \ H,C — CH, HC

-C H

H,C -

-C H ,

I

ciclopropano

ciclopentano

5

ch2

ch2

ch

3

Radicales: 4 - metil a 5 - propil Cadena principal: ciclohexeno. .-. Nombre: 4 - metil - 5-propilciclohexeno. 33. Respecto a los cicloalcanos, señalar las proposi­ ciones correctas: I.

Los cicloalcanos son hidrocarburos cíclicos con enlaces simples únicamente. II. Son hidrocarburos saturados. CH, III. El cicloalcano r

y

es el 1,2 - dimetilciclohexano. Resolución: De acuerdo a las proposiciones: I. Correcto Los cicloalcanos al igual que los alcanos linea­ les son saturados ya que poseen en su estruc­ tura solo enlaces simples. II. Correcto Todo alcano acíclico y alicíclico es saturado. III. Correcto El cicloalcano siguiente: CH,

^ CHx HC CH

I

II

HC

A

,

CH CH

es el 1,2 - dimetil ciclohexano. .-. Son correctos: I, II y III.

Resolución: Nombres de hidrocarburos cíclicos: I.

c H

ciclohexano

CH2 / \ H2C — CH2

ciclopropano

H C --------- CH II.

I I H ,C ---------CH,

III.

^ CHx HC CH | || HC CH

ciclobutano

34. Respecto a las propiedades del átomo de carbono, indicar la correlación correcta: I. Capacidad del carbono de unirse con otros áto­ mos de carbono para formar cadenas carbona­ das muy estables. O

II

II. En los compuestos H — C — H y H - C s H — C la hibridación del carbono es ... respectivamente. III. Capacidad que tiene el átomo de carbono de formar 4 enlaces covalentes con átomos igua­

ciclo - 1 ,3 ,5 - hexatrieno

CH .-. Son incorrectos: II y III.

les o diferentes. a. Tetravalencia. b. Autosaturacíón. c. sp2 y sp

32.

¿Cuál es el nombre IUPAC del compuesto siguiente?

Resolución:

Resolución:

Propiedades del carbono:

Se tiene el hidrocarburo cíclico insaturado:

I.

Autosaturacíón: capacidad del carbono para formar las cadenas carbonadas por unión con

otros carbonos. II. Hibridización: del carbono en las estructuras:

Q

O

O H —C = C t i sp sp

H —C — H

35.

Tetravale ncia: el ca rb ono en co m pu estos o rg á ­ nicos p ued e form a r hasta 4 enlaces covalen tes (valencia: 4) L a relación correcta e s: l - b ; 11—c; Ill a

Indicar con ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) seg ún corres­ p on d a . I. L o s prim eros 4 alcanos (m e ta n o , e ta n o , pro­ p a n o , butano) a tem p eratura am biental se e n ­ cuentran en e sta d o g a s e o s o . II. L o s alquenos son m ás reactivos que los alcanos. III. E l nom bre correcto del co m pu esto. CH, — CH, e s 3 - etil - ciclobuteno

Resolución: D e acue rdo a las proposiciones: I. V e rd ad e ro E n la serie d e los alcanos son g as e s los 4 pri­ m eros co m pu estos. II. V e rd ad e ro L a presencia del enlace pi (jt) en los alquenos hace que estos sean m ás reactivos que los al­ cano s. III

V e rd ad e ro E l nom bre correcto del co m p u esto e s: C H 2— C H 3

á

y ' 3

¿

J

3 - etil - ciclobuteno.

■

547

CH3 I C H 3— C H 2— C H = C H — C — C H 2 — C = C H I CH3 —8

III.

u ím ic a

7

6

5

4

3

2

i""*"

R a d ica le s : 4 ,4 - dimetil C a d e n a principal: 5 - octen - 1 - ino .-. N o m b re : 4 ,4 - dimetil - 5 - octen - 1 - ino 38. R e s p e c to a los alca nos, señalar las proposiciones v e rd a d e ra s (V ) o falsas ( F ) . I. A tem p eratura am biente son poco reactivos. II. S o n insolubles en a g u a . III. U n a reacción típica d e ellos es la com bustión. Resolución: H id roc arb uro s alcanos: I. V e rd ad e ro A condiciones am bientales presentan baja reactividad, por e so se les d en om in a parafinas. II. V e rd ad e ro S u s m oléculas son apo la res, por esta ra zó n no son insolubles en a g u a , pero sí en ben cen o y C C I 4(solven te s a p o lares). III. V e rd a d e ro L a m ayo ría d e ellos son u sa d o s co m o c o m b u s ­ tible por su alto p od e r calórico. 3 9 . R e s p e c to a las p rop ie d ad e s d e hidrocarburos no s atu ra d os, re spo nd er ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) se ­ gún co rre spo nd a: I. U n alquino p o s e e , al m e n o s , un ca rb ono con hibridación sp. II. D e b id o a su m ayo r polaridad, un alquino tiene un punto d e ebullición m a y o r q u e el alcano con el m ism o núm e ro d e ca rb ono s. III. U n alqu eno p o se e al m e n o s un carbono con hi­

36. I.

p rop a dieno

C H 3= C = C H 2

Resolución:

II. C H 3 — C H = C H — C H 3

2 - buteno

H id roc arb uro s no satura d os.

III. C H = C — C H 2 — C H 3

butino

I.

p ropadieno

.-. - C

Resolución: H id rocarburos no saturad os: I.

3 7.

bridación sp 2.

Indicar verdadero (V ) o falso ( F ) según corresponda:

C H 2= C = C H 3

II. C H j — C H = C H — C H 3

2 - buteno

III. C H = C — C H 2 — C H 3 .-. S o n correctos los 3 no m bres.

butino

Indique el no m bre I U P A C que corre spo nd e al si­ guiente hidrocarburo: CH, I

F a ls o E n los alquinos se p resenta p or lo m e n o s un enlace triple entre dos á to m o s d e C : * sp

= C i sp

2 C (sp)

II. V e rd ad e ro E n cuanto a la polaridad m olecular: alquino > a lqu eno > a lca n o , esto se refleja en los puntos d e ebullición. C H 3 — C H 3 :T e b : - 88,6 ° C C H 2 = C H 2 : T e b : - 5 3 ,1 °C C H = C H : T e b : - 2 3 ,2 ° C

CH3 Resolución: P a ra el hidrocarburo no saturad o siguiente:

III. Fa ls o E n los alqu eno s se p rese nta, al m e n o s , un e n ­ lace d ob le entre 2 ca rb on o s.

548

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III. —C = C — sp 2 sp 2

2 C (sp2)

40. R e s p o n d e r ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) seg ú n corres­ p onda: I. L a fórm ula general C xH y d o n d e x es un entero e y es igual a 2 x , co rrespond e a los a lcanos. II. Si el com pu esto C 3H X es un alcano la com bustión com pleta de 1 mol utiliza 5 m oles de oxígeno. III. E n una serle h om olog a gene ra lm en te el punto de ebullición a um enta con la m asa m olecular.

l

i

l

i

l

i

l

i

I

— c —c — c — c —

?

I

—c — c — c — I

I

I

—c — I VVV

Resolución: R e s p e c to a los enunciad o s: I. F a ls o E n los alcanos la fórm ula: C xH y es correcta si se cum ple q u e : y = 2 x + 2 II. V e rd ad e ro Pa ra qu e el c o m pu esto: C 3hlx sea un alcano; x d e b e ser: x = 2(3 ) + 2 = 8 , y por com bustión:

V e rd ad e ro P u e d e form ar m illones de c o m pu estos, esto es debido a que p u e d e unirse a otros carb ono s for­ m an do ca d e n a s c a rb on a d as múltiples: a esto se den om in a “autosaturación".

42.

R e s p o n d a ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) seg ún corres­ p on d a . I.

U n hidrocarburo saturad o de cad ena abierta presenta una relación de átom o H /C m ayo r que un hidrocarburo de ca d en a cerrada con el m is­ m o núm ero d e á to m o s de carbono.

II. U n hidrocarburo saturad o lineal presenta una estructura espacial plana.

C 3H 8 + 5 0 2 —> 3 C 0 2 + 4 H 20

III. U n hidrocarburo saturado cíclico p resenta una estructura espacial plana.

(1 mol) - (5 mol)

III. V e rd ad e ro Lo s a lca nos form an una serle ho m olog a ya que

Resolución:

difieren entre sí en un (— C F I 2 — ):

D e a cuerdo a los enunciad o s:

C H 4:

I.

H - C H 2- H

C H 3 C H 3:

H - C H 2- C H 2- H

C H 3C H 2C H 3:

H - C H2- C H 2- C H 2- H

P o r esta ra zó n sus p ro p ie d ad e s, co m o el p un­ to d e ebullición, va ría n d e form a directa con el p eso m olecular (M ).

Abierto

cíclica

c „ h 2i„ 2

C „ H 2n (n > 3)

S e o b se rva que el prim ero posee m ás hidróge­ no que el se g u n d o

41. E n relación con las características del á to m o de ca rb ono , indique ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) según c orresponda: I. F o rm a cuatro e nlace s covalen tes. II. P re s e n ta hibridación al unirse con otros átom os de carb ono . III. L a autosaturación le perm ite fo rm ar m illones de c o m pu estos.

II.

F a ls o E n tod o hidrocarburo saturado (alcano) el car­ bono p ose e hibridización s p J por lo que su e s­ tructura no es plana sino tetraédrica:

III.

F a ls o L o s ciclos saturad os (alcanos) no son planos debido al carbono sp 2 .-. V F F

Resolución: C o n relación al á to m o d e carbono: I. Verd ad e ro M e d iante la “covalencia" el ca rb ono p ued e unir­ se a otros áto m os por com partición de electro­ nes, fo rm a n d o hasta 4 enlaces sim ples:

V e rd ad e ro Fó rm u la s de hidrocarburo saturado (A lc a n o ) de ca d ena abierta y cíclica:

43.

C o n relación al co m pu esto siguiente: Br

II. V e rd ad e ro P re s e n ta los siguientes tipos d e hibridización: Indique verdadero (V ) o falso (F ) a las proposiciones:

o II

— C =

sp 2 \ /

sp

sp 3 I

I.

E s un co m pu esto orgánico.

II. L a fórmula global que le corresponde es C 14H 26Br. III. E s una ca d en a c a rb on a d a acíclica. ram ificada.

Q

u ím ic a

■

549

Resolución:

Resolución:

S e tiene la form ula sem idesarrollada de cierto co m pu esto:

L a s parejas siguientes de c o m pu estos presentan los tipos de isom etría

Br I CH

CH, CH, '

CH I CHj

I. CH2 CH, ‘

CH

CH

CH3 CH I CH

/ CH

D efun ció n: C H 3C H 2C H 2O H

: Alcoh ol

C H 3O C H 2C H 3

: É te r

II. De cadena: \ CH2

I.

V e rd ad e ro E s un d erivad o h a lo ge na do de un hidrocarburo, es un co m pu esto orgánico. II. Fals o S u fórm ula global o total e s: C 14H 27Br III. V e rd ad e ro S e trata de un hidrocarburo ram ificado de c a d e ­ na abierta (aciclico) VFV

CH3 I CH, — C — CH3 I CH,

: N e o p e n ta n o

C H 3C H 2C H 2C H 2C H ,

: n - P e n ta n o

III. De posición: C H , — CH — C H , I OH

: 2 - Pro p ano l

C H 3C H 2C H 2O H

: 1 - Prop anol

4 6 . S e ñ a le la(s) relación(es) incorrectas(s). 44.

D e term ine la correspond encia fórm ula-n om b re de los siguientes isóm eros.

I.

n-pe n ta n o :

a. CH-, — C — C H , CH,

II. N e o p e n ta n o :

b. CH3— CH, — C H ,— CH2— CH,

hl

c. C H , — C H — C H , — C H 3

I.

A lc a n o s

Alifáticos

II.

Fe n o le s

Aro m átic os

III. A lq u e n o s

Alifáticos

IV. C iclo alcano s

Aro m átic os

Resolución: R e s p e c to a los tipos de hidrocarburos tene m o s: •

Isop enta no:

I CH3 R e s o lu c ió n :

•

El pe ntan o: C 5H 12 p o se e 3 is ó m e ro s q u e son: I

A lifáticos (grasos): - A lc a n o s - C iclos alcanos - A lq u e n o s .

n — P e n ta n o

A rom áticos (fragantes) - Fe n o le s .-. E s incorrecto: S o lo IV

CH-, — C H 2 — C H , — C H , — C H 3

II

N e o p e n ta n o : CH

4 7 . R e s p e c to a los hidrocarburos alicíclicos, responda ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) seg ún corresponda: I.

I CH, — C — CH3 CH, III Is o p e n ta n o C H , — CH — C H 2 — C H 3

I ch3 P or lo tan to, la re la ció n c o rre c ta es: l-b; Il-a; lll-c

U n hidrocarburo saturad o cíclico, a diferencia d e un hidrocarburo saturad o de c a d ena abierta, p ose e al m e nos un ca rb ono con hibridación sp 2 (de ahi su fórm ula global C „ H 2n)

II. U n hidrocarburo ciclico en el que un hidrógeno (e n la za d o a un ca rb ono del ciclo) se ha consti­ tuido por un alquilo p ose e al m e n o s un isóm ero de ca d e n a . III. E l nom bre del siguiente co m pu esto:

45.

S eña le , en cad a caso , el tip o de is o m e ría q u e re­ presenta: I.

C H ,C H ,C H 2O H y C H 3 — O — C H 2 — C H 3 es isoproplliciclopentano

ch3 ! II. C H , —

c

— CH3 y CH3— CH2— CH2— OH3

I CH3

III. CH., — CH — C H , y C H 3 — C H 2 — C H 2 — OH i OH

Resolución: H id rocarb uros alicíclicos (Alifáticos cíclicos): I.

Falso T o d o hidrocarburo saturad o (A lc a n o ) ya sea cí­ clico o no presenta tod o s sus carbonos sp 3.

550

■

C

U

o l e c c ió n

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

II. Falso II.

Los d e riv a d o s m o n o s u s titu id o s de los cic lo s a l­ c a n o s no p o s e e n is ó m e ro s , ya q u e to d o s sus

h 2c — c h 2 | | H 2C — C H 2

C iclo p entano

c a rb o n o s so n e q u iv a le n te s .

^ CH HC III. | HC ^ C H

III. Verdadero El c o m p u e s to sig u ie n te : Ó ^ N -C H -C H 3

' ------- '

x CH || CH ^

C iclo h e xan o

Resolución:

ch3

N o m b re s d e hidrocarburos cíclicos: P o se e p o r no m b re : iso p ro p il c ic lo pe ntan o.

48. In d iq u e v e rd a d e ro

(V )

CH, I.

o fa ls o (F), s e g ú n c o rre s ­

ponda: I.

CH2=

CH2

II. C H 3 — C H =

: E teno C H — C H jC H j

III. C H 3 — C H 2 — C =

II.

: 3 - p e n te n o

CH

: 3 - b u tin o

/ \ H 2C — C H 2 h 2c — c h 2 | | H 2C — C H 2

Resolución:

CH2=

III

C H 2 : E te n o o “ E tile n o ”

^ HC

C \ CH

I

II. C H 3 — C H = 1

2

3

4

Ciclo 1 ,3 ,5-hexatrieno

H

5~*

2

CH

T

1 - B utino .-.

CH

.-. S o n incorrectos: II y III.

III. C H 3 — C H 2 — C = 3

II

HC

CH — CH2— C H 3

2 - P en te n o

*4

C iclo b utano

H

N o m b re s d e h id ro c a rb u ro s in saturad os: I.

C iclo p rop a no

V F F

49. ¿ C u á l e s e l n o m b re IU P A C d e l c o m p u e s to s i­ g u ie n te ?

5 1.

Indicar la proposición incorrecta respecto al benceno. I. S u fórm ula es C 6H 6 II. P re se n ta resonancia. III. Ex is te n 3 enlaces n y 1 2 enlaces tipo sig m a. IV. El tipo de hibridación en el átomo de carbono es sp2. V . E l enlace C — C es d e m ayo r longitud q u e el enlace C = C . Resolución: R e sp e c to al b en cen o: I. C orre cto Q u ím ic a m e n te corre spo nd e ai ciclo 1 , 3, 5, - H exa trien o H

Hv J L /H :

C 6H 6

"H

1 k ^ ^ / j - C H , — C H 2— C H 3

H sp2

II. C orre cto D e b id o a la deslocalización d e sus electrones it, presenta resonancia y se representa según:

6 Ra d ica le s: 4 - metil 5 - propil C a d e n a principal: ciclo he xeno .-. N o m b re : 4 - metil - 5 -propil ciclohexeno 50.

S e ñ a le cuáles d e los siguientes hidrocarburos e s­ tán mal n o m brad os: CH2 I.

/ \ H 2C — C H 2

C iclo p rop a no

v desloca lizad o s III. C orre cto E n la estructura inicial se cuenta 3 e nlace s n y 12 enlaces a . IV. C orre cto C a d a uno de los 6 á to m os de carbono están hibridizados sp2.

Q

1

X

o

O X

1

1

X2 0

III

o

1

0

III

o

X

551

A m b o s co m p u e s to s son h id ro c a rb u ro s no s a tu ­ rados.

II. El n o m b re de A es p ro p e n o y el de B es

1 ,3 - p e ntino. III. La fó rm u la g lo b a l d e A y B son re s p e c tiv a m e n te

c 3h 6 y C 5H 4 Resolución:

CH3 III. El cicloalcano

X

R e s p e c to a los cicloalcanos, señale las proposicio­ nes correctas: I. L o s cicloalcanos son hidrocarburos cíclicos con e nlaces sim ples únicam ente. II. S o n hidrocarburos saturad os

I.

■

C o m p u e s to B

C o m p u e s to A o

5 2.

Incorrecto L a resonancia explica la equivalencia en longi­ tud d e los 6 e nlaces C — C . E s incorrecto V

0 1

V.

u ím ic a

R e sp e cto a los co m p u e sto s:

CH-

1 ,2 - dimetilcidohexano

A. C H 2 = B. C H =

R e s o lu c ió n :

I.

D e acue rdo a las proposiciones: I. C orre cto L o s cicloalcanos al igual que los a lca nos linea­ les son saturad os y a que pose en en su estruc­ tura solo e nlaces sim ples. II. C orre cto T o d o alcano acíclico y alicíclico es saturado. III. C orre cto CHj CH,

CH — C H 3 C — C =

C — CH3

Verdadero C o rre s p o n d e n a un a lq u e n o y a lq u in o re s p e c ti­ va m e n te , so n h id ro c a rb u ro s ¡n saturados.

II. Falso N o m b re s:

A: P ro p e n o ; B: 1 ,3 - P e n ta d iin o

III. Verdadero F ó rm u la s g lo b a le s.

A: C 3H6 ; B: C 6H4

55. S e ñ a le lo correcto : I.

El c a rb o n o del d o b le e n la c e d e un a lqu eno , e s tá h ib rid iz a d o e n sp 2

II. La fó rm u la g e n e ra l d e un d ie n o e s C „H 2„_2

E l ciclo alcano siguiente:

III. Lo s a lq u in o s y d ie n o s son isó m e ro s.

E s el 1 ,2 dimetil ciclohexano

Resolución:

.■. S o n correctos: I, II y III. 53.

D e a c u e rd o a los e n u n cia d o s:

E n el m e ta no C H 4, se cum ple la tetravalencia y saturación del á to m o d e c a rb ono . ¿ Q u é m o m e nto dipolar tiene el m e ta n o en D e b ye ?

I.

C o rre cto En to d o a lq u e n o los á to m o s q u e fo rm a n el e n la ­ ce d o b le se h ibridizan:

I

R e s o lu c ió n :

— C =

E l m e ta n o ( C H 4) e s un g a s apolar, insoluble en H zO d e g eo m etría tetraédrica, en d o n d e sus longitudes y á ngu los de e nlaces son e quivalente s. E l carbono cum ple su tetravalencia deb id o a que form a cuatro e nlace s y es saturad o por tener solo e nlaces sim ­ ples.

I C —

i

5

sp2

sp 2

II. C o rre cto Un d ie n o p o se e 2 á to m o s d e H m e n o s q u e un a lq u e n o d e un s o lo e n la c e do b le , p o r lo q u e su fó rm u la es: C nH2n_2 III. C o rre cto Lo s a lq u in o s de un s o lo e n la c e trip le son is ó m e ­ ros de los dienos:

H

CH =

Hk C Í H

n un

C

CH2=

CH2

CH — CH =

CH3

1

CH2j

4 6

H .-. S on co rre c to s : I, II y III

56. R e s p e c to a las p ro p ie d a d e s de l á to m o de ca rb o n o , Dónde: m o m e nto dipolar resultante del gráfico

in d iq u e la co rre la c ió n correcta : I.

C a p a cid a d del ca rb o n o de u n irse con o tro s á to ­ m o s de ca rb o n o pa ra fo rm a r ca d e n a s c a rb o n a ­

Pr = 0 su m ódulo p „, se e xp re s a en D e b y e . p R = 0 ,0 0 D e b y e 54.

Indique ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) en relación cor los co m pu estos siguientes:

da s m u y esta b le s. II. E n los c o m p u e sto s:

O II H — C — H y H — C =

C — H, la h ib rid a ció n

de l ca rb o n o e s .... re sp e ctiva m e n te .

552

■

III.

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

C a p a c id a d q ue tiene el átom o d e ca rb ono de form ar 4 enlaces covalen tes con á to m os igua­ les o diferentes.

Resolución: R e sp e c to a las proposiciones: I. C orrecto A los alquenos y alquinos se les den om in a insa­ turados debido a que p oseen carb ono s que no com pletan los 4 enlaces. II. C orrecto L o s hidrocarburos insaturados son m ás reacti­ vo s que los alcanos debido a la presencia de enlaces n m e nos estables. III. C orrecto E n los alqu eno s se p resenta al m e n o s un doble enlace. IV. C orrecto E n cuanto a reactividad, se tiene: Alq uin os alqu eno s > alcanos V . Incorrecto L o s alquinos y alquenos (insaturados) en c o n ­ junto no p ose en una fórm ula general definida. .-. E s incorrecto: V

a . Tetravalencia. b. Autosa turac ió n. c. sp 2 y sp Resolución: P ro p ie d a d e s del carbono: I.

Autosaturación: C a p a c id a d del carbono para fo rm ar las c a d e ­ nas c a rb on a d as por unión con otros carbonos.

II

Hibridización: Del carbono en las estructuras: O H — C — H i sp2

III.

5 7.

H ■- C = C - - H i i sp sp

Tetravalencia: El carbono en co m pu estos orgánicos puede form ar hasta 4 enlaces covalen tes (valencia: 4) L a relación correcta e s: I —b; II - c ; III - a.

59.

Indique ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) para la siguiente m olécula:

Indique ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) , seg ú n corresponda: I. C H , = C = CH_ P ro p a d ie n o II. C H , — C H = C H — C H , 2 - B ute no III. C H = C — C H 2 - C H , Butino Resolución:

I.

Su fórm ula sem idesarrollada es: C H ,C H ,C H = C H C H — C H — C H ,

II

Tien e 18 e nlace s sigm a y 2 enlaces pi.

III.

S u nom bre IU P A C es 2 ,4 - hepteno.

Hidrocarburos no saturados: I. C H , = C = C H , Pro p ad ie no II. C H , — C H = C H — C H , 2 - B ute no III. C H = C = C H , — C H , Butino

Resolución: E n relación con la siguiente estructura topológica

.-. S o n correctos los 3 nom bres I

V e rd a d e ro

60.

Su fórm ula sem idesarrollada es: CH, — CH, — "T II

6

CH= CH — CH = CH — C H , 5

4

3

2

T"

V e rd a d e ro

S e o b s e rva n los enlaces:

III.

los siguientes alcoholes es primario? CH, — OH CHOH — CH, C ( C H ,) ,O H

Resolución: S e g ú n la posición del — O H en la cad ena ca rb o n a ­ tada se tiene:

• 2 dobles (2o y 2 n), en total: 18 cr y 2 n.

I.

F a ls o

Indique cuál d e las siguientes proposiciones es in­ correcta: I.

de — — —

• 16 sim ples (incluyendo los H ): 16 rr

S u nom bre IU P A C e s: 2 ,4 - heptadieno 58 .

¿Cuál I. C H , II. C H , III. C H ,

II. R — C H — R : C H , — C H O H — C H , I OH

R

ces dobles o triples.

IV. Lo s alquinos son m ás reactivos que los alquenos. V . L a fórm ula general d e los hidrocarburos insatu­ rados e s: C .H 2n

2 propanol o sec - propanol

alcohol 2 °

Lo s hidrocarburos insaturados presentan enla­

II. L a alta reactividad de los hidrocarburos insatu­ rados se d eb e a los enlaces pi (n). III. L o s alqu eno s presentan doble enlace.

R — C H 2 — O H : C H , — C H 2— O H Alcoh ol 1 o Etan o l

III.

R — c — R I OH alcohol 3°

;

CH, I C H, — c — OH " I CH,

2 - metil - 2 - butanol o ter butanol P o r lo tanto , es prim ario: solo I

Q

®

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISIÓN UNI

PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II) ¿ C u á n to s carbonos terciarios y cuántos carb ono s con hibridación s p 2 se presentan respectivam ente en el co m pu esto m ostrado?

I. II. III.

CH, — CH — C H , — C — NH,

■

553

®

L a sustancia Y se llama éter dimetílico. L a sustancia X es constituyente del pisco. L a s e species quím icas m o stradas son isóm eros de posición.

A) V V F D) F V F

O

u ím ic a

B) V F V E) FFV

C) FV V

Resolución: D e acuerdo a las sustancias:

I. A) 2 y 3

B) 2 y 2

C) 1 y 3

D) 1 y 2

(V)

E )3 y 3 C o m p u e s to (Y ) É te r dimetílico

Resolución: C a rb o n o s terciarios son aquellos carbonos saturados unidos a 3 ca rb ono s. P o r lo tanto, en la estructura:

II.

(V) L a sustancia (X ) es alcohol etílico, principal co m p o n e n te de las b eb id as alcohólicas com o el pisco.

III.

(F) L o s co m pu estos X e Y son isóm eros de función. Clave: A

O

II

C H , — CH — C H , — C — NH,

H H I ¡ H — C — O — C — H I I H H

PROBLEMA 4 (UNI 2 0 1 2 - II)

Clave: A

A continuación, se representan las estructuras lineoangulares para 3 hidrocarburos isóm eros d e fórm ula glo­ bal C ,H ,, .

PROBLEMA 2 (UNI 2012 - I) Identifique el nom bre correctam ente escrito, según las no rm as de la nom enclatura IU P A C . A ) 2 ,6 ,6 - trim etilheptano B) 3 - metil - 3 - buteno C ) 3 - etll - 6,6 - dim etilheptano D) 3 - pentlno E) 3 - metil - 2 - pentanol

A partir d e ello, ¿cuál de las siguientes afirm aciones es la correcta? A ) E n el hidrocarburo P las fu e rza s interm oleculares son m ás Intensas.

Resolución:

B) E l hidrocarburo Q tiene el m ayo r punto de ebullición.

E l nom bre IU P A C escrito correctam ente es: 3 - metil - 2 - pentanol

C ) E n el hidrocarburo R las fu e rza s dlpolo-dipolo son m ás im portantes que las fu e rza s de Lo n d o n . D ) P o r su form a geom étrica, el hidrocarburo Q d esa rro ­ lla fuertes interacciones de Lo n d o n . E ) L o s 3 h idrocarb uros prese ntan igual punto de e b u ­ llición.

CH,

OH I C H 3— C H 2 — C H — C H — C H :, 5

4

©

2

1

Clave:

E

PROBLEMA 3 (UNI 2 01 2 - II) Indique la secuencia correcta d e sp u é s de determ inar si la proposición es ve rd ad era (V ) o falsa ( F ) sobre las siguientes especies quím icas: H I

H I

■c — c I H

H

I O — H (X )

H I -C ii H

H I

- O -

-cI H

(Y )

Resolución: La s fu e rza s interm oleculares características en los al­ ca no s son las fu e rza s de dispersión (Lo n d o n ). Es ta s fu e rza s d e p e n d e n : 1. Del área efectiva de contacto (longitud d e la cadena ca rb on a d a). 2. D e la polarizabilidad de la m olécula (form a d e la m o ­ lécula, a sociada al g rad o d e ram ificación q ue pre­ sente). P a ra los isóm eros del p enta no: según la intensidad de las fu e rza s de Lo n d o n .

554

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

PROBLEMA 6 (UNI 2 0 1 3 - 1)

[+ < A /< /V \ (Q)

E l asp a rta m e es un co m pu esto orgánico e dulcorante no calórico.

(P)

(R )

Aumenta el punto de ebullición

O

Clave: A

r V

PROBLEMA 5 (UNI 2 01 3 - 1)

A) V W

B) V V F

C) FFV

D) V F F

E) F FF

Verdadero (V) A m in a prim aria: R - N H 2, ejem plo C H 3- N H 2

II.

Falso (F)

H

S e ñ a le la alternativa que p resenta la secuencia correc­ ta, d e sp u é s d e determ inar si las proposiciones son ve r­ d ad e ras (V ) o falsas ( F ): I.

E l edulcorante presenta al g rupo funcional am ida.

II.

E l co m pu esto orgánico contiene al g rup o funcional alcohol.

III.

E l asp a rta m e contiene a los g rupos funcionales éter y éster.

Resolución: I.

Q

k ~ * V 0CH-

OH

Indique la secuencia correcta d e sp u é s d e determ inar si las proposiciones son ve rd ad e ras (V ) o falsas (F ): I. U n ejem plo de am ina primaria e s: C H 3N H 2. II. E l co m pu esto 1 ,4 - d ib rom o b en cen o es m ás polar qu e el 1,3 -d ib ro m o b e n c e n o . III. E l b en cen o, C 6H 6, e s m ás polar que el b rom o b en ce no , C 6H 5Br.

a

O

A) V W D) W F

B) V F V E) F W

C) V FF

Resolución:

Br

S e g ú n el gráfico:

i0 1 ,4 - d ib rom o b en cen o m (total) = 0 (apolar)

1 ,3 - d ib rom o b en cen o m (total) A 0 / (polar)

'''..OH

/ G ru po fun cio na l á cido carb oxílico

Falso: (F)

ÜpH, NH

y -V j

|

G ru po fun cio na l e ste r

G ru po fun cio na l am ida

Verdadero G ru p o funcional am ida ( R — C O N H 2)

c^ ( o ) B e n ce n o m = 0 (apolar)

Falso G ru p o funcional alcohol ( R — O H ) B ro m o b e n ce n o m A 0í (polar) Clave: D

III

Falso G ru p o éter (R — O — R ) y éster ( R , — C O O — R 2)

S o lo e nco ntram o s éster, pero no éter ( R , - O — R 2) Clave: C

Q

PROBLEMAS

>D 1.

Hallar el núm ero d e isóm eros que presenta la fór-

A) 5 2.

E) 4

B) 2

C )6

D) 3

E)5

B) 2

C )1

D) 3

E)4

D e term inar cuántas am ina s terciarias se asocian a la fórm ula C 5H 13N . A) O

5.

D) 3

D e term ine cuántos alcoholes terciarios están a so ­ ciadas a la fórm ula global C 5H 120 A) O

4.

C) 1

Hallar el núm ero d e alcoholes que están asociados a la fórm ula C 4H 10O A) 4

3.

B) 2

B) 2

C )1

D) 3

E) 4

Identificar un aldehido: A ) C H 3C H O H C H 3

B ) O H C C H 2C H 3

C ) C H 3C H 2O C H ( C H 3)2

D ) C H 3C O C H 2C H 3

E ) C H 3C H 2C O O H 6.

H alla r el núm ero de carb ono s prim arios que tiene la siguiente estructura: ( C H 3)3C C H 2C H ( C H 3) C H C I C H 2C H ( C H 3) C H 2C H 2CI A) 3

7.

B) 4

C) 5

D) 6

E)

8.

CH3 I CH, ■ CH I ,C H 3 C H , -C H 'C H , 6 ,7 - dicloro - 2 ,4 ,7 - trim etiloctano 2 ,3 - dicloro - 2 ,5 ,7 - trim etiloctano 2 ,3 - dicloro - 2 ,5 ,7 ,7 - tetram etilheptano 6 ,7 - cloro - 2 ,4 ,7 - m etiloctano. 2 ,2 - dicloro - 3 ,5 ,7 - trim etiloctano.

N o m b ra r el siguiente co m pu esto: CH3 I C H 3C H 2C H 2C H C H 2C H — C H ( C H 3)2 C H ( C H 3)2 A )

B) C) D) E)

4 ,6 1 ,3 2 1 ,2 5-

1 0 . ¿ Q u é g rup os funcionales pued e n estar p resentes en un co m pu esto d e fórm ula C 3H aO ? A ) É te r y a ld eh id o. C ) Alc oh ol y ald eh id o. E ) Alc oh ol y cetona.

B ) É te r y alcohol. D ) A ld e h id o y cetona.

1 1 . D o s co m pu estos orgánicos son isóm eros ópticos cua nd o al com pararlos: A ) L a sum a relativa d e sus á ngu los de desviación del plano de la lu z p olarizad a es cero. B ) M uestra un a um ento el ángulo d e desviación del plano d e la lu z polarizad a . C ) N in g u n o ejerce actividad óptica sobre el plano d e la lu z polarizad a . D ) L a m olécula del uno es la im agen especular no superponible del otro. E ) L a s m oléculas no son im á ge ne s especulares entre si. 1 2 . ¿ C u á n to s g rupos funcionales no están a so ciad os a la a drenalin a, una horm ona adrenal? I. Alc oh ol III. A m in a II. Fe n o l IV. Éter.

NHCH,

- diisopropilhexano. - diisopropihexano metil - 5 - isopropilhexano - dimetil - 5 - isopropilheptano isopropil - 2 ,3 - dim etiloctano

C )2

A) O D) 3 1 3 . C o m p le ta r el siguiente párrafo:

de uno S e llama g rupo funcional a tod o . o m ás á to m os de una m olécula q ue confiere a é s ­ tas u n a s ________ y un c o m p o rta m ie n to ________ característico. A) B) C) D) E)

co m pu esto co m pu esto a g re g a d o a g re g a d o a g re g a d o -

- p ropiedades - físico - p rop ied ad es - quím ico estructuras - físico p ropiedades - quím ico p rop ie d ad e s - físico

1 4 . ¿ Q u é estructura presenta 1 carbono secundario? A ) n - decano B ) 2 ,2 ,4 - trim etilpentano C ) 2 ,2 - dim etilhexano D ) 3 ■ etilpentano E ) 2 ,2 ,3 ,3 - tetrametilbutano 1 5 . De term in ar la fórm ula global de:

9.

¿ Q u é alcano presenta enantiom ería? 2 - m etilbutano B ) 3 - etilpentano C ) 3 - m etilhexano D ) 2 ,2 - dim etilhexano E) 2 ,2 ,3 ,3 - tetrametilbutano

A )

555

E) 7

Cl Cl I I - C - CH — C H , I CH3

B) C) D)

■

PROPUESTOS

N o m b ra r el siguiente co m pu esto:

A )

u ím ic a

c:

556

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

A ) C 6H „ 0 2

B ) C 6H 120 2

D ) C 6H 60 2

E ) C 6H 80 2

S

a p ie n s

C ) C 6H 10O 2

22. N o m b ra r: C H , — C H 2-

16. D eterm inar la fórm ula global de: CH,

XX A ) C 8H , 0N 2O 2 D ) C 9H 14N 20 2

CH,

B) 5 - iso p ro p il - 3,4 - d lm e tllo c ta n o

B ) C 9H , 0N ,O 2 E ) C 9H , 6N 20 2

D) 4 - iso p ro p il - 5,6 - d lm e tllo c ta n o

C ) c 9h 12n 2o 2

E) 3 - etil - 4 - iso p ro p il - 3 - m e tilh e p ta n o

23. D e te rm in a r cu á n to s c a rb o n o s s e c u n d a rio s p re s e n ­ ta la s ig u ie n te estru ctu ra 3 .3 ,5 - trie tilu n d e c a n o

V

B ) 12 E) 9

A ) 11 D ) 10

C )8

24. D e term inar cuántos carb ono s secundarios p rese n­ ta la siguiente estructura

C H 3O O C HOOC

5 - etll - 2 ,2 .5 - trimetiloctano B) Cetona D ) Ácido carboxíllco

A ) Am ina C ) Ester E ) Alcohol

A) 3 D) 6

1 8 . ¿ C u á n to s carb ono s terciarios están p resentes en la siguiente estructura? ( C H 3)2C H C H 2C H C I C H 2C ( C H 8)2C H 2C ( C H 3)3 B) 3

CH,

C ) 2 - etll - 4 - Isop rop il - 3 - m e tilo c ta n o

CN

2

CH, — CH — CH — CH I I CH C H 2C H , / \ 2 3 CH, CH,

A ) 2 - etll - 4 - iso p ro p il - 3 - m e tilh e p ta n o

17. ¿ Q u é g rupo funcional no está a sociado a la si­ guiente estructura:

A)

CH,

C )4

D) 5

25.

B) 4 E )7

C )5

N o m b ra r C H 3(C H 2)7 \

,Q / (C H 2)-

CH

C

/ c _ c \ H

E) 1

O — CH — CH. | CH,

H

A ) 9 - o cta d e c e n o a to de propilo B) C is - 9 - o c ta d e c e n o a to de iso p ro p llo

19. De term inar la fórm ula global:

C ) C is - 9 - o cta d e c a n o a to d e iso p o p ilo

D ) C is - 9 - o c ta d e c e n o a to d e p ro p ilo E ) T ra n s - 9 - o c ta d e c e n o a to d e Is o p ro p ilo 26. N o m b ra r: OH

A ) C 9H 10O N D ) C .H . O N 20.

B ) C ,H . ,O N E ) C 8H 9O N

C ) C cH ,0 N

CH — C H , C H, — CH

De term inar la fórm ula global:

Br

I CH

O

A) B) N — CH,

C)

D) E) O A ) C 9H 60 2N D ) C 9H 90 2N 21.

B ) C 9H 80 2N E ) C 9H „ 0 2N

C ) C ,H 70 ,N

33333-

b ro m o - 1 - etll - 4 - p ro p ilciclo cta n o l b ro m o -1 - etll - 4 - is o p ro p ilc ic lo o c ta n -1 - ol b ro m o - 1 - etll - 4 - iso p ro p ilciclo cta n o l b ro m o - 1 - etil - 4 - ¡so prop iloctan ol b ro m o -1 - etll - 4 - Isop rop il - 1 - ciclo o cta n o l

27. N o m b ra r: ■C H — C O O H I NH

¿ Q u é h e xa n o por m onocloración produce solo dos productos m onoclorad os? A) C)

n - h e xa n o 3 - m etilpentano

E ) 2 ,3 - dim etilbutano

B ) 2 - m etilpentano D ) 2 ,2 - dim etilbutano

A ) Á c id o 3 fenilpropan - 2 - am ino - 1 - carboxílico B ) Á c id o 2 - am ino - 3 - fenllpropanoico C ) Á c id o 2 - am in o p ro p an o b en zolco

Q

A) B) C) D) E)

D ) Á c id o 2 - am ino - 3 - b en cen op rop anoico E ) Á c id o 2 - am ino - 2 - benclletanoico 2 8 . N o m b ra r: C H (— C O — C H — C O — C H , I ch

A) B) C) D) E)

33333-

2— c h = c h 2

alil - 2 ,4 - p entanon a vinil - 2 ,4 - pentanon a alil - 2 ,4 - pentanod iona vinil - 2 ,4 - p entanodiona vinil - 2 ,4 - he xano d lo na

2 ,4 1 ,3 1,2 2 ,4 5 ,7 -

u ím ic a

■

ciclo - 1 - octadienona ciclooctadlen - 4 - ona ciclooctadlenona ciclooctadienona ciclooctadienona

35. N o m b ra r: ( C H ,) 2C = C H — C H ( C I) — C H 2 — C O O H A) B) C) D) E)

2 9 . ¿ Q u é alqu eno es m ás volátil?

Á c id o Á c id o Á c id o Á c id o Á c id o

3 3 3 4 4

-

cloro cloro cloro cloro cloro

-

5552 5-

metil metil metil metil metil

-4 -4 -4 -2 - 3

- hexanoico - hexenoico - he xen - 1 - oico - hexenoico hexenoico

36. N o m b ra r: A ) 1 - h e xen o B ) C ls - 2 - he xeno C) 2 - metil - 1 - penteno D ) 2 - metil - 2 - penteno E ) 2 ,3 - dimetil - 2 - buteno 30. ¿ Q u é alqu eno presenta ¡som ería geom étrica? A) 1 - buteno C) 1 - d ec eno E ) C iclo p ente no

B ) 2 - metil - 2 - octeno D ) 1 - cloro - 1 - buteno A ) 2 - ¡sobutilclclopentanona B ) 1 - isobutil - 2 - ciclopentanona C ) 2 - butilciclopentanona

3 1 . ¿ Q u é alternativa representa un isóm ero del 2 ,2 -d im etll-3-heptino. A) B) C) D) E)

3 ,3 - dimetil - 1 - hepteno 3,3 - dim etllciclohepteno 1,1 - dim etllcicloheptano 1 ,3 - oc.tadieno 3,3 - dim etilcicloheptano.

D ) 1 - butilciclo - 2 - pentanon a E ) 2 - isobutilciclo - 1 - p enta non a 3 7.

N o m b ra r: O

3 2 . N o m b re : OH

/

y

NH2

v

í 0

OH A) B) C) D) E)

3 - etil - 3 ,5 - dihidroxipentanam ida. 3 - hidroxi - 3 - 3 - (2 - hidroxietil) p e nta nam ida . 3 - etil - 3,5 - hidroxlpentanam lna. 1 - amino - 3 - hidroxi - 3 - (2 - hidroxietil) pentanona. 3 - etil - 3 ,5 - dihidroxipentanam ida.

A) B) C) D) E)

3 3 3 3

- fenil - 4 - isopropilciclopentanona - isopropil - 4 - fenilciclopentanona - fenil - 4 - propilciclopentanona - fenll - 4 - n - propilciclopentanona 1 - fenil - 2 - isopropilciclopentanona

38. N o m b ra r: C H 2— C H 2— C H 2— C O O H

3 3. N om b ra r: C H ,— C H — C H — C H 2 — C H — C H , OH A) B) C) D) E)

3 3 3 3 4

-

fenil fenll fenil fenil fenil

3 4 . N o m b ra r:

-

2 5552 -

ifi

CH,

hidroxi - 5 - m e tilhe xano m etllhexan - 3 - ol m etllhexanol metil - 2 - hexanol metil - 5 - hexanol

557

Br A) B) C) D)

Á c id o Á c id o Á c id o Á c id o E) Ácico

1 - (p - brom odenil) - 4 - butanoico

4 4 4 4

-

(p (p (p (o

- brom obencii) - butanoico - b rom o b en c en ) - butanoico - brom ofenil) - butanoico - brom ofenil) - butanoico

39. N om b ra r: ( C H ,) ,C H C H N H 2C O O H

5 5 8

■

A) B) C) D) E) 40.

C o l e c c ió n

Ácid o Á c id o Á c id o Á c id o Á c id o

3 2 2 2 2

-

U n ic ie n c ia S a p ie n s

metilbut - 2 - am ino - 1 - oico am ino - 3 - m etilbutanocarboxílico am inoisobutírico am ino - 3 - m etilbutanoico am ino - 2 - isopropiletanoico

FV F D) V W

4 6 .

/C H 3 C H 2= C H - C H — C H = C H — C H I ^C H 3 ch2 I CH3

/O C H 3

A )

C = CH — CH

- brom o - bencil - 3 ,3 - dim etoxi - 1 - propeno - brom o - 1 - bencil - 3 ,3 - d im e to xíp rop en o - b rom o - 1 - fenil - 3 ,3 - d im etoxip rop en o - brom o - 3 - fenil - 1 , 1 - dim entoxi - 2 - propeno - fenil - 1 - brom o - 3,3 - d im etoxip rop en o

C ) 3 - etil - 6 - metil - 1 , 4 - heptadleno D ) 2 - metil - 5 - vinil - 3 - hepteno E) 3 - etil - 5 - vinil - 1 , 4 - heptadleno 4 7 .

ch3

42. ¿ Q u é proposición es fa lsa , respecto al ácido butanodioico? A ) Su B) S u C) Es D) Es E) Es

fórm ula global es C 4H 60 4 peso m olecular es 11 8 g/mol. isóm ero con el 1 ,2 ,3 ,4 - ciclobutanotetraol. un ácido dicarboxílico. soluble en a g u a .

43. ¿ Q u é proposición es flasa , respecto al 2 - he xanal? A ) E s ¡nsoluble en el a gua . B) P re s e n ta isom ería geom étrica. C ) S u fórm ula global es C 6H 10O . D ) E s isóm ero con la ciclohexanona. E ) P re sen ta d os á to m os de ca rb ono con hibrida­ ción s p 2. 44. S e ñ a la r la com posición centesim al del ca rb ono en el estireno (vinilbenceno) A) D) 45.

90% 79 ,6 %

B) 9 2,3%

C )8 8 ,7 %

C ) 1 ,3 - he xad ie no D ) 2 - metil - 1 ,3 - butadieno E ) 3 - metil - 2 ,4 - he xad ie no 4 8 .

S e ñ a la r el nom bre del co m pu esto

A ) 2 - metil - 1 - he xen - 3 - ino B) 2 - metil - 3 - hexin - 1 - e no C ) 5 - metil - 5 - h e xe n - 3 - ino D) 5 - metil - 3 - hexin - 5 - e no E ) 2 - metil - 2 - he xe n - 4 - ¡no 49. R e s p e c to al siguiente hidrocarburo, indicar la res­ p uesta correcta:

A )

Es un d ie n o c o n ju g a d o

B) S u fó rm u la glo b a l es C ,3H 20 C ) T ie n e 4 e le c tro n e s en o rb ita le s p D ) 5 - iso p ro p il - 8 - m etil - 2 ,4 ,6 ,8 - n o n a te tra e n o E) Es un p o lie n o aislad o.

50. 4 5 g ra m o s d e c a rb u ro d e c a lc io con im p u re z a s se ha ce re a c c io n a r con a g u a y se p ro d u c e 9 litro s de a c e tile n o re co g id o s s o b re a g u a a 2 7 °C, 780 torr, co n un a h u m e d a d re la tiva de l 80 %. D e te rm in a r el p o rc e n ta je d e im p u re z a s en la m u e s tra inicial. D ato : P vH20 = 2 5 to rr

E) 77,4 %

S e ñ a la r ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) seg ú n corres­ p ond a : I. U n a d e las p rop ie d ad e s m ás notables del b en­ ceno es su relativa baja reactividad. II. L a estabilidad del ben cen o e s el resultado de la deslocalización electrónica. III. Varios co m pu estos arom áticos son carcinogénicos.

2 ,4 - he xad ie no

B) 1 ,3 - pentadieno

H 2N —C H 2— C H 2— C H 2— C H 2—-C H —C H 2— C H 2—C O O H

8 - am ino - 4 - cetooctanoico 8 - am ino - 4 - etoxioctanoico 4 - acetiloxi - 8 - am inooctanoico 4 - aceto - 8 - octanoam inoico 4 - acetil - 8 - a m inoaotanoico

¿ Q u é m olécula presenta 12 hidrógeno por m olé­ cula? A )

4 1 . N om b ra r:

A ) Á cid o B) Á c id o C ) Á c id o D ) Á c id o E ) Ácid o

2 - metil - 5 - etil - 3 ,6 - heptadleno

B) 2 - metil - 5 - etil - 3 ,6 - d ienheptano

X QCH3

A) 1 B) 1 C) 1 D) 3 E) 1

C) V FV

E )F F V

N o m b ra r:

N om b ra r: Br |

B )V F F

A )

A )

6 3 ,3 %

D)

4 5 ,8 %

(t = 2 5 °C )

B) 52 %

C ) 5 4 ,2%

E ) 48%

51. D e te rm in a r el n o m b re co rre c ta m e n te fo rm u la d o : A )

4 - h e xln o

B ) 4 ,4 - dim e til - 2 - pe n tln o C ) C is - 2,3 - dim e til - 2 - b u te n o D) 1,2 - dim e til - 2 - b u te n o E ) T ra n s - 2 - m etil - 2 - p e n te n o

Q

52. ¿ Q u é hidrocarburo no presenta isomería geométrica? A ) 1,2 - d im e tilc ic lo b u ta n o B) 3 - h e x e n o

A ) I y II D ) S o lo II

B ) S o lo I E ) II y III

u Im i c a

■

559

C ) S o lo III

59. S e ñ a la r el núm ero de enlaces sigm a(s) en el 4 ,5 ,5 trimetil - 2 - h e xe n o .

C ) 3,4 - d ie til - 3 - h e x e n o D ) 1,3 - d ic lo ro c ic lo p e n ta n o

A ) 12

E) 1,4 - d im e tilc ic lo h e x a n o 53. Lo s is ó m e ro s orto, m e ta y pa ra se p u e d e n id e n ­ tific a r d e te rm in a n d o el n ú m e ro de c o m p u e s to s qu e p u e d e n fo rm a rs e d e ca d a un o e llo s, c u a n d o se in tro d u c e un te rc e r g ru p o en el a n illo b e n c é n ico. ¿ C u á n to s p ro d u c to s is o m é ric o s se p ro d u c e n cu a n d o s e in tro d u c e un te rc e r g ru p o c lo r en el od ib ro m o b e n c e n o ? A) 2

B) 1

D) 4

E) 5

C) 3

54. In d ic a r cu á l de los s ig u ie n te s h id ro c a rb u ro s a lifá tico s e s un die n o c o n ju g a d o

B ) 16

C )2 0

D ) 26

E ) 30

60. C o n respecto a los siguientes co m pu estos: I. 2 - deceno II. 1 ,2 - dicloropropeno III. 1 - penteno Pre se n ta n isom ería geom étrica. A ) I y II D ) S o lo II

B ) I y II E ) I, II y III

C ) II y III

6 1 . C o n respecto al p ropeno: I. P re s e n ta 2 carb ono s con hibridación sp 2. II. P re s e n ta ¡som ería geom étrica. III. P o s e e 8 5 ,7 1 % de carb ono . E s correcto afirm ar:

A ) C H 2 = C H -C H = C H — C H ,

A ) I y II D ) S o lo I

B) C H 2 = C = CH — C H 3 C ) C H 3— C H = C H — c h 3 D ) C H 3 — c h 2-

2-

ch

ch

3

E ) (C H 3)3 — C — C H 3

55. S e ñ a la r cu á n to s a lq u e n o s e x is te n con fó rm u la

B ) I y III E ) I, II y III

C ) II y III

6 2. C o n respecto al etileno: I. L a m olécula tiene form a plana. II. S u s á ngu los d e enlace son d e 10 9 ,5 ° III. L o s carb one s p ose en hibridación s p 2.

C 4H e, c o n s id e ra n d o to d o tip o d e isom e ría. A) 1

B) 2

D) 4

E) 5

C) 3

56. S e ñ a la r v e rd a d e ro (V ) o fa ls o (F ) seg ún c o rre s p o n ­ da, re s p e c to a los alq u e n o s: I.

Los a lq u e n o s son s o lu b le s en s o lv e n te s a p o la re s c o m o la ac e to n a .

II. G e n e ra lm e n te el p u n to de e b u llic ió n del is ó m e ­

A ) I y II D ) S o lo II

B ) I y III E ) S o lo III

C ) II y III

63. ¿ C u á l d e los siguientes co m pu estos es aliciclíco? A )A n tr a c e n o D ) N a fta le n o

B ) Tolu en o E ) Cicloalcano

C ) Fe n o l

64. Indicar el no m bre IU P A C del co m pu esto: C H , C H 2- C H 3

ro c is - es m a y o r q u e el del is ó m e ro tra ns-, III. El p u n to d e e b u llic ió n d e los a lq u e n o s s e in c re ­

I

I

I

I

ch 2c h 2

m e n ta con el a u m e n to de la ca d e n a carb o n a d a .

C H 3— C H — C — C H 2— C H 3 A)

FVF

B) F F V

D)

VFV

E) W V

C ) VFF

ch3

57. S e ñ a la r el n o m b re del s ig u ie n te co m p u e sto : ch

3

c h 2c h

3

/ C -C x c h 3c h

2

ch

3

A ) c is - 2 ,3 - d ietil - 2 - b u te n o B ) c is - 2 ,4 - dim e til - 3 - he x e n o C ) tra n s - 3, 4 - d im e til - 3 - h e xeno D) tra n s - 2,3 - d ietil - 2 - b u teno E) tra n s - 2 - etil - 3 m etil - 2 - p e n te n o

58. D ado s los n o m b re s de los s ig u ie n te s c o m p u e s to s . I.

A) B) C) D) E)

4 - etil - 3 ,4 - dim etilheptano Undecano Decano 2 - etil - 2 - butilpentano 3 ,4 - dimetil - 4 - propilhexano

65. E l butadieno es un co m pu esto que tiene: A) B) C) D) E)

T re s e nlace s sim ples. D o s enlaces sim ples y uno doble D o s enlaces dobles y siete enlaces sim ples. T re s enlaces dobles. D o s enlaces dobles y uno sim ple

3 - buteno

II. 2 - e til - 2 - p e n te n o III. 2 ,4 - dim e til - 2 - p e n te n o ¿ C u á l o c u á le s e s tá n c o rre c ta m e n te n o m b ra d o s ?

66 . C ierta sustancia contiene 8 5 ,7 % d e C y 1 4 ,3 % de H: 1 ,4 gram o s de esta sustancia decolora 64 gra ­ m os de una solución que contiene 5 % en peso de

560

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

brom o (B r2). D e term inar la fórm ula m olecular de

73 .

¿ Q u é nom bre recibe el siguiente c o m pu esto:

dicha sustancia. P A (Br = 80) A ) C 5H 10 D ) C 4H 8

B ) C 5H 12 E ) C 3H 6

C ) C 6H s C H 2- C H 2- C - C H - C H 2- C H 3

67. L a com bu stión com pleta de una m e zcla d e 4 4 ,8 litros de C 2H 2 y 6 7 ,2 litros de C 3H 3 requiere la pre­ sencia d e un 20 % en peso de o xig e n o en e xc e so . De term in ar la fracción m olar del o xíg e n o residual una v e z re alizada la com bustión. S u p o n e r C N para las m ediciones de cada gas. A) 2 /15 D )2 /2 7

B )4 /3 1 E) 4 /17

C )4 / 2 7

E ) 1 ,2 ,5 - triclorobenceno 69. C o n respecto al ciclopenteno: I. E s isóm ero con el me.tilciclopentano II. E s isóm ero con el m etilciclopentano III. E s isóm ero con el 1 ,3 - p entadieno E s correcto afirm ar:

75. R e sp e c to a los a lquinos, m arcar la proposición ve r­ d ad e ra:

C ) Solo II y III

70. C o n respecto a la m olécula del b en cen o: E s plana y todos los enlaces C - C tienen la m is­ m a longitud. II. Todos los enlaces C - H tienen la m ism a longitud. III. E s m ás reactivo que un a lqu eno. E s correcto afirm ar:

0

B) 1

C) 2

D) 3

E) 4

72. Quím icam ente los hidrocarburos son com puestos de: A) C y O C ) C y sustancias nitrogenadas D ) A ce ites y g rasa s

A ) Pre sen ta n isom ería cis/trans. B ) S u s reacciones típicas son sustituciones elec­ trofílicas. C ) E l acetileno, d en om in ad o tam bién etileno, es el alquino industrialm ente m ás im portante. D ) Ex is te n 2 butinos, los cuales son isóm eros de posición. E ) L o s alquinos son isóm eros de los cicloalcanos. 76. ¿ Q u é alqu eno presenta isom ería geom étrica?

C ) IIy III

71. R e s p e c to a los hidrocarburos: I. U n mol el tercer alqu eno de c a d ena abierta pre­ senta 4 8 g de carbono. II. S o la m e n te los alqu eno s presentan isom ería g eom étrica. III. Lo s d ienos co njug ad o s presentan una estabili­ d ad adicional lo cual se justifica por la re son a n ­ cia qu e presentan las m oléculas de este tipo. IV. L o s a lca n os, a lqu eno s y alquinos del m ism o núm ero de á to m o s de carbono presentan dife­ rente tem peratura de ebullición. S e ñ a la r el núm ero de proposiciones incorrectas. A)

C ) 2 ,3 ,5 - trim etilpentano

S o n solubles en solventes orgánicos y el a gua . S o n m enos reactivos que los alcanos. S o n hidrocarburos no inflam ables. S u s puntos de ebullición p erm a ne cen co n s tan ­ tes con el increm ento del peso m olecular. E ) S o n volátiles y sus reacciones típicas, las a di­ ciones electrofílicas, están g o b e rn a d a s por la regla de M arko vniko v.

D ) 1 ,2 ,4 - triclorobenceno

B ) I y III E ) I, II y II

B ) 2 ,3 - dietil - 3 - m etilheptano

A) B) C) D)

C ) 1 ,3 ,5 - triclorobenceno

A ) I y II D ) S o lo II

3

74. R e sp e c to a los a lqu eno s, m arcar la proposición ve rd ad era:

B ) 1 ,4 ,5 - triclorobenceno

I.

ch

A ) 1 ,3 ,4 - trietil - 3 - m etilpentano

E ) 2 ,3 ,5 - trimetil - 3 - m etilnonano

A ) 1 ,3 ,4 - triclorobenceno

B ) So lo I y III D ) S o lo III

2

D ) 4 etil - 3 ,4 - dim etiloctano

68 . N o m b ra r al siguiente co m pu esto:

A ) So lo I y II C ) I, II y III

ch

B jC y N E) C y H

A ) 1 - buteno C ) 1 - dec eno E) ciclopenteno

B ) 2 - metil - 2 - octeno D ) 1 - cloro - 1 - buteno

77. ¿ C u á l es el octano que solo presenta hidrógenos prim arios? A) C) E)

n - octano B ) 2 ,2 - dim etilhexano 2 - m etilheptano D ) 2 ,3 - dim etilhexano 2 .2 ,3 ,3 - tetram etilbutano

78. ¿ Q u é grupos funcionales podrían e sta r p resentes en un co m pu esto cíclico de fórm ula C ,H 10O ? A ) A ld e h id o y cetona. C ) C e to n a y alcohol E ) Alcoh ol y éter.

B ) A ld e h id o y alcohol D ) A ld e h id o y éter.

79. ¿ Q u é g rup o(s) funcional(es) no p u ed e (n ) estar presente(s) en un co m pu esto de fórm ula C 4H ilO ? A ) A ld e h id o D ) É te r cíclico

B ) C e to n a C ) C e to n a cíclica E ) Alcoh ol y enlace doble

Q

80. ¿ Q u é propiedad del átom o d e carbono justifica la existencia d e una diversidad de co m pu estos o rgánicos? A ) C o va le n c ia C ) Au tosa tu rac ió n E ) Isotopía

B ) Tetravalencia D ) Hibridación

D ) C H 3C H 2C H C H 2C H 3 I E ) C H 3 — C ( C H 3)2C H 2 —

C ) 2 :4

D ) 4 :2

: Neopentil

C H — C H 3— I CH — CH 3 I C H 3— C H — C H 2—

CH — CH3 I CH2 I CH — CH — CH3 ch3

E ) 4 :1

82. E n la siguiente estructura, indique el núm e ro de carb ono s prim arios, sec und arios, terciarios y cua ­ ternarios. H I C H 3— C H 2— C H = C H — C — C H 2— C H — C H 3 I ^ ch3 A ) 4 : 3 : 2 :1 D ) 3 : 4 : 3 :0

B ) 2: 4 : 2 : 1 E ) 3 :4 :2 :2

C ) 3 :4 :0 :3

83. Indique el núm ero de enlaces sigm a (cr) y p¡ (n) en H A ) 21 : B ) 18 : C ) 37 : D) 19 : E) 2 9 :

9 9 9 18 18

A) B) C) D) E)

2 , 3, 7 - trimetil - 5 - isopropiloctano 3 - isobutyl - 5 - isopropil - 2 - metil 2 - isopropyl - 4 - isobutil - 5 m etilhexano 2 ,5 dimetil - 4 - isobutil heptano 2 ,4 di isopropil - 7 - metil heptano

88 . Indique la proposición incorrecta respecto a las ca­ racterísticas generales de los com puestos orgánicos. A) B) C) D) E)

S o n solubles en el alcohol, éter, b en cen o. S o n m alos conductores de electricidad. S e d e sco m p o n e n a bajas tem peraturas. N o presentan el fe n ó m e n o d e ¡som ería. F o rm a n enlaces covalen tes g ene ralm en te .

89. R e s p e c to a las fu ente s de carbono natural, indique el que p resente m ayo r porcentaje de carb ono . A ) G ra fito D ) Lignito

84. E n la siguiente estructura, halle cuantos carbonos son secundarios y cuantos carb ono s presentan or­ bitales híbridos de tipo sp 2 en C H 3C H C H C H C C H C H 2C H 3 A) 1 y 4

561

: 3 -Pentil

C H 3— C H = C H — C H 2 — C = C H B ) 2 :1

■

87. ¿ C uá l es el nom bre oficial de la siguiente estructura?

81. E n la siguiente estructura, indique cuantos enlaces (sp 2 - s) y (sp - sp) existen.

A ) 2 :3

u ím ic a

B) 2 y 3

C) 4 y 1

D) 1 y 3

85. Indique las proposiciones correctas. A ) L o s hidrocarburos p ose en atom icidad igual a dos y están fo rm a d o s por carbono e hidrogeno. B ) Lo s hidrocarburos pocos reactivos son los etilénicos. C ) L o s alcanos se obtienen principalm ente por la destilación de la hulla D ) L o s hidrocarburos acetilénicos son m ás reacti­ vo s que los parafínicos. E ) E n general los hidrocarburos son utilizados

A ) C H 3— C H — C H 2 — I CH3

D) 4

E) 5

B) F F W E) V F F F

C) F V W

: Isobutil 92. D e las siguientes reacciones, señ ale ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) . I.

ch3

C )3

alquitrán d e hulla. A) V F V F D) F V F V

B ) C H 3 — C H 2 — ( C H 2)5 — C H 2 — : n - Octil I C ) C H 3 — C — C H 2C H 3 I

B) 2

91. D e las siguientes proposiciones, indique ve rd a d e ­ ro (V ) o falso ( F ) respecto a las p rop ie d ad e s del carb ono . I. S o n carb ono s naturales, cristalinos y am orfos re spe ctivam en te , la antracita y el diam ante. II. E l gráfico es buen conductor d e la corriente eléctrica, por la presencia d e electrones libres. III. E l d iam ante presenta estructura tetraédrica cristalina siendo esta conductora d e calor. IV. E l b e n c e n o , toluen o, xileno se encuentran en el

principalm ente com o reactivos quím icos.

86 . S e ñ a le lo incorrecto

C ) Turba

9 0. Indique la cantidad de ca rb ono s am orfos presente en la siguiente relación: G rá fic o , negro de h u m o , carbón a ctiva do , lignito, turb a, carbón vegetal. A) 1

E )2 y 4

B ) Antracita E ) Hulla

: Isobutil

C H 3C H = C H 2 + H C I —

C H 3C H C I — C H 3

II. C H 3C H = C H 2 + H B r

C H 3C H 2 — C H 2Br

III. C H 3C H = C H 2 + H 20 (v) —

C H 3C H O H — C H 3

A) VFV D) FVF

B) VFF E) F W

C) W V

562

93.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

¿ Q u é reacciones son necesarias para la síntesis del butano a partir del acetileno? I. H id rog e nació n catalítica. II. A d ición M arko w niko ff. III. R e a cció n con sodio (W u rtz) IV. H alog en aclón en presencia de lu z solar. V . Síntesis d e G rig n a rd . A) D)

II, III y IV I, II, III

B ) II, IV, V E ) II, IV y I

C ) l , IV, III

A ) I y II D ) S o lo II

94. ¿ C u á l es el no m bre I U P A C del siguiente hidrocar­ buro insaturado? C H , — C = CH — CH — CH — C H 3 I I i CH, C H , CH I ¡ I CH, CH, CH, A) B) C) D) E)

7 - etil- 3,6 - dlm etiloctadieno 3 - etil - 2 ,5 - dimetil - 1 ,5 - octadieno 4 ,6 - dietil - 3 - metil - 1 ,5 - heptadieno 2 ,4 - dietil - 5 - metil - 2 ,6 - heptadieno 4 - etil - 3 ,6 - dimetil - 1 , 5 - octadieno

95. U n a de las siguientes propiedades corresponde a que el carbono se encuentre en dos estructuras diferentes. A ) C o va le n te D ) Alo trop ía

B) V V F F E)V FV F

B ) I y III E ) S o lo III

C ) II y III

98. Indique si las proposiciones siguientes son ve rd a ­ dera s (V ) o falsas ( F ). I. L a representación espacial del carbono tetraédrlco m ás aceptada fu e ia que propuso V a n t.\H o ff, según la cual el carbono es un tetraedro. II. E l carbono tetraédrico se p ued e e n la za r com o enlace sim ple, enlace d ob le , enlace triple y e n ­ lace cuádruple. III. L o s tipos de ca rb on o , seg ún la posición y nú­ m ero d e hidrógenos q u e contienen, pued e n ser prim ario, secund ario, terciarlo y cuaternario. A) F V F

B) V V V

C) V F F

D) V F V

C H 3— C H — C H 3 + C l2 - Ü ü * . . . + H C i CH3 A) B) C) D) E)

2 - cloro -

3 2 3 1 -

cloro cloro cloro cloro

3 -metil prop a no 3- metil prop a no 2- metil prop a no - 1 - metil prop a no 2 - metil prop a no

100 . E n la siguiente reacción q uím ic a, indique cuál es el producto principal seg ún la síntesis d e G rig n a rd . H,0„, C H 3C H 2C H 2CI + M g + M g C IO H A ) C H 3C H 3 C ) C H 3C H 2C H 3 E ) C H 3C H 2M g C I

C )F F V V

B ) C H 3C H 2C H 2C H 3 d ) c h 3c h 2c i

1. E

14. B

27. B

40. C

53. A

66. A

79. C

92. C

2. A

15. E

28. C

41. E

54. A

67 . E

80. C

93. c

3. C

16. D

29. E

42. C

55.

E

68 . D

81. B

94. E

4. D

17. A

30.

D

43. E

56. C

69 . C

82. D

95. E

5. B

18. E

31. B

44.

B

57. C

70. A

83. C

96. D

6. D

19. E

32. A

45. D

58. c

71. B

84. A

97. B

7. B

20. C

33. D

46. C

59.

D

72. C

85. D

98. D

8. E

21. E

34.

47.

E

60. A

73. D

86. C

99. C

9. C

22. E

35. B

48. A

6 1. B 62. B

74. E

87. A

100. C

75. D

88. D

E

76. D

89. B

64. A

77. E

90. E

65. C

78. E

91. C

D

10. B

23. D

36. A

49. B

11. A

24. C

37. A

50.

12. D

25. B

38. D

13. D

26. C

39. D

E 51. B 52, C

E) FV V

99. D é el nom bre del producto principal en la reacción:

B ) Tetravalencia C ) Autosaturación E ) Hibridización

96. Se ñ a le ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ). I. Tod o c o m pu esto que tiene á to m o d e carbono es orgánico. II. L a autosaturación es una propiedad del ca rb o ­ no que explica p or qué hay m ásc om p u e sto sorgánicos qu e inorgánicos. III. E n cuanto a la e nerg ía relativa del ca rb ono h¡brid izad o sp 3 < s p 2 IV. E n la siguiente estructura C H 3 — C H 2= C H 2hay solo híbridos s p 3 y sp 2 A) FV FF D )FV V F

97. Indique las proposiciones correctas. I. E n el isobutlleno h a y carb ono s hibridizados en s p 3 y sp. II. E n el tetram etilbutano h a y 2 carbonos terciarios y 6 carbonos prim arlos. III. Lo s ciclo alcanos son isóm eros funcionales de los a lqu enos.

63.

Ecología y contaminación ambiental Química descriptiva Química aplicada

1

?

a o o

Richard Phillips Feynman (11 de mayo de 1918-15 de febrero de 1988) fue un físico teórico esta­ dounidense conocido por su tra­ bajo en la formulación integral de la trayectoria de la mecánica cuántica, la teoría de la electro­ dinámica cuántica y la física de la superfluidez del helio líquido subenfriado, así como en la física de partículas para el que propuso el modelo Parton. Por sus contri­ buciones al desarrollo de la elec­ trodinámica cuántica, Feynman, en forma conjunta con Julián Schwinger y Sin -ltiro Tomonaga, recibió el Premio Nobel de Física en 1965. Él desarrolló un esquema de representación pictórica am­ t t . U U ., 1ÜIU UU„ / pliamente utilizado para las expre­ siones matemáticas que rigen el comportamiento de las partículas subatómicas, lo que más tarde se conoció como «los diagramas de Feynman». Asimismo, ayudó en el desarrollo de la bomba atómica durante la Segunda Guerra Mundial y se hizo conocido ante un amplio público en la década de los ochenta como miembro de la Comi­ sión Rogers, el panel que investigó el desastre del transbordador espacial Challenger. Además de su trabajo en física teórica, Feynman se ha acreditado con pioneros en el campo de la compu­ tación cuántica e introdujo el concepto de nanotecnología. Ocupó la cátedra de Richard Chace Tolman en Física Teórica en el Instituto de Tecnología de California. Fuente: Wikipedia

564

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

<4 ECOLOGÍA E s una parte d e la biología que estudia las relaciones oxida ntes entre los o rganism os y el m edio en que viven . L a población d e cualquier especie anim al d e p e n d e de la disponibilidad d e alim entos y del núm e ro de d ep re ­ ciaciones naturales. C u a n d o estos dos factores per­ m an ec en c o nstante s, la tasa de natalidad y la tasa de m ortalidad son iguales. E n el ám bito de la salud pública, la p erso na hum ana es el objetivo principal: la protección del individuo y el m edio en qu e se d e s e n vu e lve . D e a quí que sea nece­ sario m an te ne r su m edio am biente: el suelo, el aire, el a g u a , los alim entos y los e lem entos exte rnos que usa, d e b id a m ente p rotegidos de contam inación. E n el objetivo de lograr lo anterior, la participación de la quím ica es prep o nd era nte para la identificación y cuantificación de las sustancias, la a daptación de las m is­ m as a los requerim ientos del ser hu m a n o a la adición d e cantidades definidas de ellas. A d e m á s , en cuanto a la identificación y cuantificación de los o rga n ism o s vi­ v o s , la aplicación d e la quím ica es ne ce saria, por c u a n ­ to e sto s se identifican p or los cam bios quím icos que producen en el m edio en el cual viven o por los ca m ­ bios producidos por el u so d e d ete rm inadas sustancias q u ím icas. T o d o lo descrito anteriorm ente requiere la realización d e análisis quím icos d e acue rdo a norm as especiales. L a presión creciente sobre las e xte n sio n es cultivables disponibles, el au m en to del uso d e productos quím i­ cos, la e xp an sió n d e los desiertos y la d eforestación , están dism inu ye nd o la productividad del suelo en m u­ chas partes del m u n d o . E l talado d e b o s q u e s , el uso poco cuidadoso de productos quím icos y fertilizantes y la erosión están d estru yen do el suelo y el potencial agrícola de la tierra, p or lo cual en los últimos a ñ o s se ha hecho hincapié en la necesidad d e e ncontrar m edios con los cuales se p u ed a d etener e invertir e sto s proce­ sos d e deterioro ecológico.

<4 CONTAMINACIÓN QUÍMICA C u a n d o h a b la m o s d e contam in ac ión o polución nos referim os a cualquier tipo d e im p u re za p rese n te en el aire, el suelo o el a g u a y q u e altera o d a ñ a los e c o ­ sistem a s a fe c ta n d o a los seres h u m a n o s , p la nta s y a nim a le s. P o r extensión tam bién aplicam os el térm ino a otros c a s o s , com o la contam inación d e los a lim entos, de nuestros ve stid o s, m ateriales d ive rsos, etc. M uc ha s sustancias d añina s o v e n e n o s a s se encuentran en for­ m a natural, sin q u e sea n co nsecuencia d e la actividad h u m a n a , pero cu a n d o ha b la m o s d e contam inación nos referim os esp ecíficam en te a la presencia d e sustancias tóxicas que se encuentran en nuestro a m b iente por causa del h o m b re , las cuales tienen e fectos m ás rápi­ d o s y notorios que los q u e pued e n c a u sar sustancias tóxicas naturales, las q u e m u ch as ve c e s toleram os por­ q u e nos he m os a d a p ta d o a ellas.

N u e stro propio cu e rp o, en form a natural, contiene sus­ tancias tóxicas co m o arsénico, m ercurio y otros m e ­ tales p e s a d o s sin q ue afecten nuestra salud. M u c h a s ve c e s contiene tam bién nuestro o rganism o productos quím icos co m o el insecticida D D T en cantid ad es que toleram os. H istóricam ente, la contam inación de nuestro planeta así e nte nd id a , se inicia con la R e vo lución industrial que tiene lugar a m ediad os del siglo p a s a d o , al introducirse en las fáb ricas, m áq uinas accio na da s por e nerg ía obte ­ nida de com bustibles sólidos (carbón) cuyo s residuos afectan a la biosfera. A esto h a y que añadir la migración d e los habitantes del c a m po a la ciudad, tal com o viene ocurriendo en nuestro país en las últimas d é c a d a s , for­ m á n d o se g ran d e s centros urb anos e industriales d on de los h o m b res se aglo m e ran rom piendo la arm onía con la n a tu ra le za ; luego con el au m en to de producción de b ienes y el c o n su m o , a um enta n tam bién los d es e ch o s industriales que contribuyen a au m en ta r la c o ntam ina ­ ción. E s te último fe n ó m e n o se a gra va con el desarrollo a lc a n za d o en el último m edio siglo por las industrias q uím ic as, cu yo s residuos son altam ente c o ntam inan­ tes. A c tu a lm e n te , el problem a de la contam inación ha al­ c a n za d o niveles a larm a ntes, en tod a extensión g e o g rá ­ fica, p u e s cubre tod o el planeta incluyendo los o céa n o s. P o r ello, los ecologistas m ás p reo cup a do s por la d e ­ gradación del m edio am biente afirm an que el hom bre v a en cam ino de e n ve n e n a r tod a la Tierra, autodestruyéndose.

<4 CONTAMINACIÓN DEL AIRE En tre los co ntam inantes prim arios del aire, es decir, q ue ca usan la m a y o r parte de la contam inación , en u na proporción m ayo r del 9 0 % se señalan 5 tipos de sustancias: m o n óxid o d e ca rb on o , ó xido s d e nitrógeno, óxido s de a zu fre , m acropartículas y freones.

Monóxido de carbono E s un g a s m u y peligroso para el ho m b re, en prim er lu­ g a r por su toxicidad, p ues en alta concentración en el am biente p ued e o casionar la parálisis d e los ó rgano s d e respiración y tam bién sofocación por insuficiencia de o x íg e n o , llegando incluso a c a u sar la m uerte, a d e m ás d e ser peligroso p or sus p rop ie d ad e s e n g a ñ o s a s , ya que es inodoro, insípido e incoloro. E l m o n ó xid o d e ca rb ono ( C O ) se encuentra en el aire en form a natural, p roveniente d e la putrefacción d e la m ateria orgánica y la clorofila de las p lantas, pero sin llegar a niveles peligrosos; sin e m b a rg o , este g as es tam b ié n producido por los autom óviles y otros ve h íc u ­ los con m o tores a petróleo o gasolina. D e allí que las zo n a s u rb a n as m uy p ob la d as con e levad a circulación de auto m óvile s y otros ve híc ulo s de transporte p re s e n ­ tan m a y o r concentración am biental del m o n óxid o de carb ono .

Q

Óxidos de nitrógeno Lo s ó xido s de nitrógeno m o n óxid o ( N O ) y dióxido ( N 0 2) son tam bién contam inantes del aire por ser tóxicos. O tro s ó xidos de nitrógeno existentes tam bién en el aire no son tóxicos. L a toxicidad del N O es relativam ente baja, pero su p e ­ ligro radica en qu e p ued e o xidarse con el o xíg e n o del aire, convirtiéndose en N O z cu ya toxicidad e s 4 ve ce s m ayor. E l N 0 2 produce irritaciones en na riz, garg an ta y o jos, c a u s a n d o congestión y e n fe rm e d a d e s p u lm o n a ­ res q u e , en caso de contam inación e xtre m a , p ueden ca usar la m uerte. C o m o s a b e m o s , el aire c o n tie n e N 2 y 0 2 en g ra n ­ d e s c a n tid a d e s , p ero la re a c c ió n e n tre a m b o s g a s e s p ara p ro d u c ir ó x id o s no se p ro d u c e a las te m p e r a ­ tu ra s a m b ie n ta le s , sino q u e re q u ie re d e a ltas te m ­ p e ra tu ra s . L u e g o , los p ro c e s o s d e c o m b u s tió n , y a s e a e n los m o to re s d e los a u to m ó v ile s o en las p la n ­ tas té rm ic a s d e e n e rg ía e léc trica en q u e se q u e m a g ra n d e s c a n tid a d e s d e p e tró le o , p ro v e e n la e n e rg ía (c a lo r) n e c e s a ria p a ra q u e el N 2 del aire p ro d u zc a N O q u e lue g o se c o n vie rte en el aire en N 0 2. D e allí la im p o rta n c ia d e la p ro d u c c ió n d e e n e rg ía e léctrica en c e n tra le s h id ro e lé c tric a s q u e no c o n ta m in a n el aire.

Óxidos de azufre E l ó xido de a zu fre qu e se e ncuentra en m ayo r pro­ porción en la atm ósfera es el dióxido ( S 0 2), el cual se oxida en el aire convirtiéndose en trióxido ( S 0 3) y este rápidam ente reacciona con la hu m e d ad am biental para convertirse en H 2S 0 4. E s te último cam bio se favo rec e en lugares d e alta h u m e d ad atm osférica, co m o es el ca so de la costa central del Pe rú . A d e m á s de los efectos tóxicos sobre los seres h u m a ­ nos y las plantas, la presencia d e S 0 2 y S 0 3 en la at­ m ósfera causa un problem a d e contam inación a m b ie n ­ tal que se conoce com o el fe n ó m e n o d e la lluvia áclda, un indicador es la determ inación del p H del agua de lluvia, que con la sola presencia del C 0 2 en e sta d o de equilibrio es un valor d e 5 .5 . E l principal d año que ca u sa el S 0 2 en el ho m b re e s la irritación de las vías respiratorias y es m ayo r aun cu a n ­ do las p ersonas respiran por la b oc a, por lo que afecta m ás a las p ersonas qu e tienen m ales respiratorios (as­ m áticos), así com o a los anciano s q ue tienen tendencia a respirar m ás por la b oca. El H 2S 0 4, de otro lado, afecta tam bién las vía s respira­ torias y es corrosivo. C o m o ya se ha dicho, un elem ento esencial para la vida es el a zu fre y com o los c o m b u s­ tibles m ás c o m une s: ca rb ón , petróleo y g as natural provienen de los o rganism os vivos contienen algo de a zu fre , al arder se form arán el S 0 2 y el S 0 3. E s por eso que los principales co ntam inantes del aire con ó xidos de a zu fre son los com bustibles fósiles ya m encio na do s qu e se q u e m a n en g ran d e s cantid ad es en las plantas térm icas de energía eléctrica.

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E s ta e s , a d e m á s , la ra zó n por la cual el petróleo que tiene alto contenido de a zu fre se co tiza a m ás bajos precios, p orq ue requiere de una refinación previa (para elim inar parte del a zu fre ) si se quiere evitar la contam i­ nación del aire. M u c h a s Industrias, así com o los a utom óviles y otros v e ­ hículos em iten g a se s tóxicos y d e n sa s h u m a re da s que p asan a la atm ó sfe ra. C u a n d o estos hum os tóxicos se m e zcla n con la niebla frecuente en m u c h o s lugares d e alta h u m e d ad a tm o sfé ­ rica, se produce una e sp e sa niebla llam ada e sm o g (en inglés: smoke = h u m o ; fog = niebla) q ue no solo dificul­ ta la visibilidad, sino que causa trastornos respiratorios sobre tod o en los ancianos y p erso na s con afecciones p ulm o nares. B a s ta señalar que el e sm o g fo rm a do so ­ bre Lo n d re s en diciem bre d e 19 5 2 , causó m ás de 4000 m uertos.

Freones E s un tipo d e sustancia quím ica q ue contiene cloro, flúor y ca rb on o , que es utilizada por la industria en m uchos productos de uso d om éstico, siendo el m ás Im portante (por la contam inación que produce) su em pleo com o im pelente en las latas de a ero soles o sp rays, lo que hace que continuam en te se pulvericen en la atm ó sfe ra. L o s freones son co m pu estos estables a tem peraturas bajas, por lo que no ca usan ningún d a ñ o inm ediato pero una v e z en la atm ó sfe ra, se dispersan y llegan a la estratosfera d o n d e se encuentran una ca p a de o zo n o que nos p reserva d e los efectos de las radiaciones ul­ travioletas q ue irradia el S o l, las q u e por su alta energía son perjudiciales para los seres vivos.

Ozono (0 3) E s un g as inestable de color a zu l claro a tem peratura am b iente . S e form a al hacer pasa r una d escarga eléc­ trica por 0 2(g). E l o zo n o tiene m a y o r densidad que el 0 2(g) y es un agente oxidante m u y fuerte. E l o zo n o se d e sc o m p o n e con facilidad en el a m biente: 203 -

2 (0 2+ O *) -

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L a s radicales d e o xíg e n o ( O * ) que son á to m os interm e­ dios en esta reacción y con gran capacidad para captar electrones, actúan así com o fuertes oxida ntes, siendo em p lea d o s en la destrucción d e bacterias en el proceso de purificación del a g u a . Destrucción de la capa de ozono de la atm ósfera. Ubicación d e la ca p a d e o zo n o q u e rodea d e Tierra. R e ­ co rd em o s las siguientes g ene ralid ade s: la Tierra y su entorno pued e n e ntonces ser divididos en las siguien­ tes regiones: A. B.

Lito sfe ra : L o s suelos (continentes). H id rosfera: E l a g u a (m are s, lago s, ...) .

C.

A tm ó s fe ra : En v o ltu ra g a se o s a que rodea la Tierra. A su v e z , esta contiene las siguientes sub ca pa s: a. Tro p o sfe ra : su b ca p a Interior (unos 15 km de e sp e so r). V ivim o s Inm ersos en ella, aquí hay

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n ic ie n c ia

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a p ie n s

una concentración de C 0 2 y de va p o r d e agua m ayo r qu e en las otras su b ca pa s.

eléctricos), representa en el aire q ue respiram os un tipo se contam inación , p ues contribuye a la form ación de

Es tra to s fe ra : su b ca p a interm edia (de 15 km a 40 km d e altura). C o n tie n e en su parte inferior, a u nos 20 km sobre el suelo terrestre, una con­ centración o ca p a fo rm a da por o zo n o , que a c­ túa com o filtro d e la m a y o r parte d e radiaciones ultravioleta del So l. Ionosfera: su b ca p a superior (de 40 km a

e sm o g urbano (una m e zc la contam inante d e niebla y h u m o ). C u a n d o la concentración d e o zo n o en el aire a u m e n ta , se produce irritación en todo el tracto respi­ ratorio.

4 0 00 km d e altura). C o n tie n e g a s e s io nizad os. E l o zo n o se form a en la a tm ósfera superior (estratos­ fera) cua nd o las m oléculas de 0 2 abso rb en radiación electrom agnética ultravioleta ( U V ) p roveniente del S o l, fo rm a nd o una capa constante de p e q u e ñ o e sp e so r que e n vu e lve la Tierra. E s ta capa de o zo n o a bso rb e parte d e la radiación U V en lo que constituye una operación d e filtración esencial para la vida en el planeta. D e llegar esta radiación con m ayo r intensidad a la s u ­ perficie, provocaría d a ñ o s en los seres vivo s. S e estim a q u e la incidencia d e cáncer a la piel se eleva en form a directam ente proporcional a la dism inución de la con­ centración d e o zo n o en dicha capa. L o s co m pu estos orgánicos clorofluorocarbonados exis­ ten en la sociedad d e co n su m o en la tom a co m ún de rociadores (spray) para diversos uso s. L o s co m pu estos g a s e o s o s freones ( C F C I 3, C 2F 4C I2, e tc .), al ser libera­ d o s de sus recipientes, se difunden lentam ente hacia la estratosfera. A h o ra bien, la radiación U V que llega a la Tierra p rovo ­ ca diversas reacciones fotoq uím icas en la estratosfera, c o m o la form ación natural d e o zo n o , seg ún las reac­ ciones: 0 2 + lu z - 2 0 * o 2+ O * —0 3 A l incidir la radiación U V sob re los fre o n e s, se libera el cloro atóm ico altam ente reactivo el cual ataca al o zo n o g e n e ra n d o el siguiente ciclo de reacciones: C F C I 3 + lu z - C F C I 2 + C l* Cl* + 0 3 —* CIO* + o 2 CIO* + O* - Cl* + 0 2 E l g as de clorofluorcarbono d estruye la capa d e o zo n o , perm itiendo que la radiación U V llegue con toda su in­

Efecto invernadero. E n nuestros estudios d e quím ica no he m o s consid erad o ve n e n o s o s al dióxido d e ca rb o ­ no ( C 0 2) y el aire ha a u m e n ta d o un 1 2 - 1 4 % e n los cien a ñ o s p a sa d o s. E l C 0 2 en la a tm ósfera p u e d e funcionar co m o el vidrio de un in vern adero d e plantas que deja p a sa r la lu z solar, pero no sus radiaciones infrarrojas. Lu e g o , los rayos infrarrojos producidos en el in vern ad e ­ ro e levan la tem peratura en el interior d e este con refe­ rencia al m edio am b iente. E n igual fo rm a , el C 0 2 tran s­ mite la lu z visible pero no los rayos infrarrojos, por esto se dice que m ayo res concentraciones d e C 0 2 en el aire p odrían producir un efecto in vern adero. L o s científicos esp e culan q u e una elevación en la tem peratura en la atm ó sfe ra y por consiguiente en la superficie terrestre, p odría originar que la nieve d e los glaciares y el hielo de los polos d e la Tierra se derritieran, a u m e n ta n d o el nivel d e los o cé a n o s que inundarían sectores continentales.

<4 CONTAMINACIÓN DEL AGUA L a s a g u a s naturales no son p uras sino q u e contienen una serie d e sustancias disueltas, principalm ente sales, y a d e m á s suelen tener sólidos en su sp en sión , m uch os d e ellos d e origen orgánico (residuos ve g e tale s o ani­ m ales). Tal co m o se ha dicho antes para el ca so del aire, c u a n ­ do ha b la m o s de la contam inación del a g u a , nos refe­ rim os a la presencia en ella d e sustancias que por su n a tu rale za o por su cantidad la hacen perjudicial para sus diversos u so s, y a sea co m o a g u a p otab le, d e uso agrícola o industrial. E n el ca so de ríos, lago s, m ares u o c é a n o s , la contam inación afecta o im pide tam bién el desarrollo de plantas o anim ales acuáticos. D e b e m o s a n otar que a lgu nos co ntam inantes se d e s ­ co m p o n e n gracias a p rocesos quím icos o biológicos q ue ocurren e n el a g u a , p asa n d o a fo rm as m ás sim ples q ue p u ed e n perder su efecto perjudicial. A estos co n­ tam in antes se les d en om in a degra da b les o bio de g ra-

tensidad (no filtrada) a la superficie de la Tierra. A s í, au n q u e el o zo n o p ued e re m ove rse en form a natu­ ral en la atm ósfera (m erced a la m ism a e nerg ía d e la radiación U V ) , su velocidad d e d escom p osición actual en la capa de o zo n o a ca usa de los co m pu estos orgá ­ nicos clorofluorocarbonados g e n e ra d o s por el hom bre e s d em a sia d o e le v a d a , por lo q ue h a y partes en la capa d e o zo n o qu e presentan a gujeros, cuya reparación será m uy lenta.

d ab le s. L a biodegradación de la m ateria orgánica en el

Exceso de ozono. Si bien el 0 3 es necesario en la e s ­ tratosfera, el o zo n o fo rm a d o por las reacciones entre d iversos co m pu estos orgánicos e inorgánicos prod u­ cidos (y tam bién producto d e reacciones en ca m po s

En tre los principales co ntam inante s del a g u a ten e m o s: residuos que requieren o x íg e n o , m icroorganism os, p a ­ tó g e n o s , sustancias quím icas y m inerales, s ed im e nto s, d e te rge ntes, etc.

a gua se produce en especial por acción d e bacterias y otros orga nism o s presentes en ella. C u a n d o se trata d e bacterias a eróbicas, q u e a ctúan en presencia del o xíg e n o disuelto en el a g u a , los prod uc­ tos resultantes de la biodegradación son in ocu os, en cam bio en ausencia de o xíg e n o actúan bacterias a n a e róbicas que liberan g a se s perjudiciales, a g ra va n d o la contam inación y em itiendo m alos olores.

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Residuos que requieren oxígeno E l o xíg e n o disuelto en el agua es indispensable para la vida d e ve ge tale s y anim ales acuáticos, siendo los p ece s los q ue requieren o xíg e n o en m ayo r cantidad, por tanto, se considera que el a g u a está contam inad a cua nd o su nivel de o xíg e n o disuelto es m uy bajo y a fe c­ ta la vida d e los seres acuáticos. L a principal ca u sa de la falta de o xíg e n o en el a gua es la presencia de sustancias b io degradables que se d e s ­ c o m p o n e n fácilm ente por acción de bacterias aeróbica s , las cuales c o nsum e n el o xíg e n o y pued e n agotarlo con ra p id e z. E n caso de ago tarse el o xíg e n o entran en acción bacterias anae ró bicas que originan la putrefac­ ción del a g u a . En tre los principales co ntam inantes de este tipo te n e ­ m os los d e s a g ü e s d e las cloacas urb a n as, residuos de cam ales e industria de alim entos, curtiem bres, papel, e tc ., con alto contenido de m aterias orgánicas.

Microorganismos patógenos E l a g u a p u ed e contener m uch os tipos de bacterias saprofitas (que se alim entan d e residuos orgánicos en desco m p osició n) q ue arrastran del suelo y otras p rove ­ nientes de las a gu a s ne gras d e los d e sa g ü e s que llevan d esperdicios hu m a n o s y anim ales y, com o es m uy fre­ cuente en nuestro p a ís, se desca rg an en los ríos m ás cercanos o en el mar. M u c h a s d e las bacterias a las q u e nos referim os son be n ig n as , es decir, no producen e n fe rm e d a d e s al h o m ­ bre; pero en cam bio otras, lo m ism o que a lgu nos virus qu e tam bién contam inan el a g u a , p ueden c a u sar se ­ rias e nfe rm e d a d e s com o gastroenteritis, tifoidea, fiebre paralítica, d isentería, cólera, poliomielitis, hepatitis, salm onelosis, etc. L o s m icroorganism os ca usan te s d e estas e n fe rm e d a ­ d e s se encuentran en las heces fecales y en la orina d e las p ersonas infectadas y a través de los d e s a g ü e s producen la contam inación s eñ alad a.

Partículas metálicas y no metálicas y sus efectos A lg u n o s m etales y no m etales d esca rg ad o s a los ríos y lagos p or la industria y la m inería actúan com o co n­ tam in antes. M ercurio. L o s residuos en relaves m ineros llegan a los ríos y lagos. L o s co m p u e sto s d e m ercurio son fácilm en­ te asp irad os por toda la superficie del cuerpo. E s tóxico. Plomo. C o m o ya se co n o c e , es em itido aún en regular cantidad por los g as e s d e e sc ap e d e ve híc ulo s. S e a cu­ m u la así en el o rganism o , intoxicándolo g rad ua lm e nte . Cadm io. A fe c ta al sentido del olfato. Arsénico. M etaloide que form a c o m pu estos ácidos su ­ m am e n te ve n e n o s o s . Crom o. E n e xc e s o , afecta los suelos (contam inación de suelos).

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L o s m etales residuales: tra za s y el hollín (residuos de ca rb ón), provenientes de las ch im en eas de la industria, contam inan al a g u a y al suelo. La s ciudad es situadas en cue ncas cerradas p ueden retener su propia atm ósfera y así producir co ntam ina­ ción del aire, deb id o a la inversión d e tem p eratura . Es to se conoce com o contam inación por inversión térm ica (d ond e una capa de aire q u e d a a m e n o r tem peratura que su capa superior). D e s d e 19 4 0 se lucha por reducir la em isión de S 0 2 de las plantas industriales, lo q ue se ha logrado en parte; m ás de otro lado, a um enta la contam inación producida por los e sc a p e s de los autom óviles. O tro problem a d e contam inación am biental lo p rovocan las exp lo sio nes nucleares. S e constató que el isótopo S r - 9 0 d ispersado en la a tm ósfera e sta b a siendo a b ­ sorbido por la ve g e tación , de allí p a s a b a el g a n a d o y finalm ente llegaba al h o m b re, principalm ente a través de la leche. L a s em isiones de radiación beta (p) p rovo ­ can la descalcificación d e los hue so s y la dism inución de los glóbulos rojos (leucem ia).

Contaminación del mar El hom bre a travé s d e los a ñ o s , ha vertido al a g u a todo tipo d e residuos sólidos, líquidos y g a se o so s. Lle g a n al m ar a través d e los ríos, los residuos d e las plantas industriales. A lg u n a s industrias para evitar c o n ­ tam inar los ríos llevan barcos m ar ade ntro para arrojar allí sus desperdicios, Inclusive se está arrojando resi­ d uos nucleares (por lo que si los co ntene d ore s respec­ tivos llegaran a partirse o perforarse, las consecuencias serían funesta s para la h u m a nida d ). U n o de los m ayo res co ntam inante s lo representan los d erram e s d e petróleo, y a sea por accidente o por d escu id o. E l petróleo flota sobre el a g u a (debido a su m e nor d en sid ad ), im pidiendo la disolución del o xíg e n o ; a d e m á s , dism inuye el p aso d e la lu z solar, d estruyen do el fitoplancton, prim er eslabón de la ca d en a alimenticia m arina. E n las playas form a un y o d o que m ata miles de a ve s m arinas. Un caso: A lg u n a s sustancias tóxicas co m o el m ercurio, se arrojaban al m ar en una planta industrial en M in am a ta (Ja p ó n ). E s te m ercurio se convirtió en m etilm ercurio, el cual fue a bsorb id o por los pece s y m ariscos, y de allí llegó a la m esa de los p esca d ore s y al resto d e la población. L a alim entación con pesca d o contam inado produjo nacim ientos de niños con deform a cione s; en algu nas p erso na s produjo trastornos cerebrales y en otras la m uerte. Fin a lm e n te ,b la planta en cuestión fue cerra da , pero se calcula que existen a p ro xim ad a m ente unas 600 tone la d as de m ercurio en el fondo del m ar. Agentes eutroflcantes. E l fósforo contenido en los d e ­ tergentes es perjudicial para el m edio am b iente , p ues, produce la eutrofización d e las a g u a s . L a eutrofización es un e sta d o en el que se produce crecim iento e xc e ­ sivo de ve ge tación debido a la e le va d a concentración d e fó sfo ro , el cual, com o s a b e m o s , al igual que el nitro-

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a p ie n s

g e n o , es un factor nutriente en las plantas. E s te creci­ m iento excesivo im pide que se disuelvan suficiente 0 2 en el agu a (debido a su captación por los ve ge tale s) y elim ina grad u a lm e nte la vida acuática adicional.

E l p roblem a no es solo que el exc esivo crecim iento de las algas y plantas acuáticas, d e n o m in a d o e utro fiza ción, p ued e llegar a cubrir las a g u a s de lagos o lagu­ n a s, sino que a d e m á s se c o nsum e excesivo o xíg e n o disuelto del a g u a y se produce la m uerte de los peces.

Contaminación por plaguicidas L o s productos utilizados para com batir las plagas se d e n o m in an , en form a genérica plaguicidas. S u uso es h o y m u y com ún tanto en el hogar co m o en las fábricas, oficinas, e tc ., pero su m ayo r c o nsum o lo realizan los agricultores para com batir las plagas q u e atacan los cultivos. S e g ú n el ca so, se den om in an insecticidas si se e m plean contra los insectos: fungicidas si se usan para controlar las e n fe rm e d a d e s c a u sad a s por ho ng os; herbicidas si co m ba ten las m alas hierbas, etc. E l e m pleo de los plaguicidas se ha e xte ndid o en las últimas d é c a d a s , y se calcula que existan m ás d e 300, de los cuales se e m plean en m ás d e 10 000 fórm ulas distintas. Si bien los plaguicidas cum plen un rol benéfico y en m u ch os casos han s alva d o co sechas en peligro o po­ blaciones Infectadas ya sea por insectos o por ratas. S u uso presenta un a sp ecto peligroso deb id o a su toxicidad, el cual se p u ed e concretar en los siguientes efectos: A fe c ta no solo a los insectos perjudiciales, sino tam bién a las e species útiles que en form a natural, controlan otras plagas de los que son e n em ig a s. De este m o d o , al reducirse su población se contribuye a la aparición de n u e va s plagas. C o m o ocurre con el uso de los narcóticos en el ho m b re, los insecticidas d eb e n aplicarse cada v e z en m ayo res dosis, y con m ayo r frecuencia, a m e ­ dida que los insectos desarrollan tolerancia y se hacen resistentes, de m o do que el uso m asivo de dichos productos quím icos afecta seriam ente los e cosiste m as. C o n ta m in a n no solo el aire sino tam bién las a g u a s , por lo qu e son peligrosos no solo para el hom bre y los insectos b en éficos, com o ya se ha señ alad o, sino tam bién para las a v e s , los p ece s y otros o rg a ­ nism os acuáticos. A lg u n o s plaguicidas se d eg ra da n (se d e s c o m p o ­ nen) y pierden su toxicidad en p oco s d ía s, pero otros son persistentes (no deg ra da b les) y m a n ­ tienen su peligrosidad por m ucho tiem po (incluso varios a ñ o s ). En tre estos últimos te n e m o s princi­ palm ente los insecticidas a b ase d e cloro, co m o el DDT.

Detergentes L o s d etergentes d e uso com ercial contienen un tipo de sustancias qu e se conocen com o fo sfatos q u e son m uy nutritivos para las p lantas, de m o do que ai pasa r por los d e s a g ü e s hacia las a g u a s de lago s, lagunas o el m ar, propician el rápido desarrollo d e algas y plantas acuáticas.

<4 CONTAMINACIÓN DEL SUELO E l hom bre d e p e n d e del suelo para obte ner los recur­ sos naturales requeridos para la satisfacción de sus ne ce sid ad es. El suelo, sin e m b a rg o , no e s un depósito in agotable, constituye un m edio com plejo en co n s tan ­ te cam bio y p ued e perder su productividad cu a n d o se altera su equilibrio. E l uso indiscrim inado d e ve n e n o s contra plantas e insectos ha producido serios trastornos en los suelos fértiles. Consecuencia: el e xc eso de a b o n o y plaguicidas a ca ­ ba con los o rganism os benéficos del suelo, los cuales se encargan de d e sco m p o n e r la materia orgánica que cae y pone a disposición de otras plantas, los m inerales que necesitan para su desarrollo.

<4 OTROS TIPOS DE CONTAMINACIÓN Contaminación radiactiva E s el au m en to de la radiación por la utilización por el ho m b re d e sustancias radiactivas naturales o produci­ das artificialm ente. D o s son las principales fu ente s d e contam inación ra­ diactiva: La s pruebas nucleares: com o es el caso de las bo m b a s atóm icas y de hidrógeno. L a m anipulación de sustancias radiactivas, com o en los reactores nucleares. Consecuencia: esta contam inación Involucra al aire, ag u a y sue lo s, siendo sus efectos: Aco rtam iento de la vida. A u m e n to d e e n fe rm e d a d e s ca nce ríg en as. Tran sm u ta cio n e s g enéticas. C o nta m ina ció n de alim entos.

Contaminación de alimentos L o s alim entos p ued e n servir d e vehículo transm isor de o rganism os para el h o m b re. Tanto por m edio d e a nim a ­ les infectados com o debido a los m icroorganism os que pululan en el m edio am b ien te , ca u san d o por ejem plo la salm on elosis, etc.

Contaminación química E s to es debido tanto a la frecuente contam inación q u í­ mica del m edio am biente co m o al e m pleo de sustancias adictivas a los alim entos.

Contaminación por ruido C o n el desarrollo de la civilización industrial y urb a na, el ruido ha adquirido cada v e z m a y o r im portancia. L a s conse cuen cia s del ruido son de orden fisiológico com o

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psicofisiológico, afectan cada v e z m ás a m ayo r n ú m e ­ ro de p e rs o n a s, en particular a los obreros industriales. L o s efectos de ruido son : sorde ra s, fatiga auditiva, alte­ raciones ritmo cardiacas, etc.

Contaminación electromagnética E s debido al congestionam iento de las o n d as electro­ m agnéticas que provienen de señ ales d e radio, televi­ sión, satélite celulares, e tc ., es decir, todo lo concer­ niente al cam po de las telecom unicaciones.

<4 SOLUCIONES A LA CONTAMINACIÓN Compuesto biodegradable E s aquel que p u ed e ser d esco m p u esto en sustancias m ás sim ples e Integrales en el ecosistem a por acción de bacterias en la na tu raleza . Pa ra no contam inar tanto el ecosiste m a, se im pone a c­ tualm ente el uso de d etergentes con ca d ena s ca rb o n a ­ das lineales, los que son biodegradables (ecológicos). L o s d ete rge ntes sulfurados con radicales de anillos de b en cen o, aún en u so, no son b io degradables (el anillo de b en cen o es difícil de deg ra da r), y form an e sp u m a s nocivas en las agu as. Tie m p o qu e tom a la biodegradación (en el m edio natu­ ral) d e a lgu nos productos: P a p e l - 3 m e se s C iga rro - 2 años Plástico - 10 0 años Fru ta - 1 año La ta — 10 a ñ o s Vidrio no se degrada

Tecnologías no contaminantes S o n las que tratan d e ser establecidas actualm ente en la industria. A lg u n a s de ellas, ya fam iliares en su uso en paíse s industrialización, son: Ab sorc ió n de co ntam inantes con carbón activado. O xid a c ió n del o zo n o . Tratam iento biológico. Lixiviación de m inerales por bacterias (proceso de biotecnología) C om b u stión en q u e m a d o re s d e alta eficiencia (m e ­ nor generación d e N O x) U n proceso general relativam ente simple y no con­ tam in ante: reciclaje.

Reciclaje E l objetivo del reciclaje es ne utralizar m aterial, tratán­ dolo con un sim ple ciclo de cam bios físicos, d e m odo que se ahorre energía y se proteja al m edio am biente. U n proceso inicial para la eficiencia en el reciclaje es colocar los residuos en com partim ientos se p a ra d o s: pi­ las (b aterías), papel, latas, plásticos, vidrios, etc. Algunos com puestos reciclados Alum inio: U n 4 0 % es reciclado actualm ente. El reciclaje para una lata es m ás barato q ue la fabrica­ ción de una n u e va . R e q u ie re m e nos e nerg ía . Acero: U n 1 5 % es reciclado. E l acero es 1 0 0 % re­ ciclable y puede ser reprocesado indefinidam ente.

u ím ic a

■

569

Papel: U n 3 0 % del papel producido es reciclado en el m und o (no confundir con una hoja hecha 100% de papel reciclado). El papel no colorado es 10 0 % reciclable y h a y una m ayo r biodegradabilidad, si la tinta d e im presión es natural (proveniente de e x ­ tracto d e s o ya ). Plástico: U n 3 % en reciclado. P re s e n ta algunos problem as para su procesam iento en reciclaje: Flay una am plia g a m a de plásticos, lo que hace difícil su clasificación. A d e m á s , los productos quím icos originales en los plásticos co ntene d ore s pueden contam inar el material reciclado. Vidrio: U n 2 0 % es reciclado. S e le re húsa , inclusi­ ve , en m e zc la con asfalto para pavim entación.

<4 TRATAMIENTO DE RESIDUOS NUCLEARES E n gene ra l, cualquier aplicación industrial genera re­ siduos. T o d a s las form as de generación d e energía nuclear tam bién los g e n e ra n . Tanto los reactores nu­ cleares de fisión o fusión (cua nd o entren en funciona­ m iento) co m o los G T R gene ra n residuos co nve nciona ­ les que son traslad ad os a ve rd a d e ro s o instalaciones de reciclaje, residuos tóxicos convencionales (pilas, liquido refrigerante d e los tran sform ad ore s, etc.) y resi­ duos radiactivos. E l tratam iento d e todos ellos, con e x ­ cepción hecha de los residuos radiactivos, es idéntico al que se da a los residuos del m ism o tipo g ene ra do en otros lugares (instalaciones industriales, c iu d a d e s ,...). E s diferente el tratam iento q ue se e m plea en los resi­ duos radiactivos. P a ra ellos se desarrolló una regula­ ción esp ecífica, g estio nán do se de form a s diferentes en función del tipo de radiactividad que em iten y del sem i­ periodo que p o s e e n . Es ta regulación englob a todos los residuos radiactivos, ya p rocedan de instalaciones de generación d e electricidad, de instalaciones industria­ les o de centros m édicos. S e han desarrollado diferentes estrategias para tratar los distintos residuos que p roceden de las instalaciones o dispositivos g ene ra do re s de e nerg ía nuclear:

Baja y media actividad E n este caso se trata d e residuos con vida corta, poca radiactividad y em isores de radiaciones beta o g am m a (pudiendo contener hasta un m áxim o de 4000 Bq g ! d e em isores alfa d e sem iperiodo largo). Su ele n ser m a ­ teriales utilizados en las ope racio nes norm ales de las centrales, com o g u an te s, trap o s, plásticos, etc. E n g e ­ neral, se prensan y secan (si es necesario) para reducir su vo lu m e n , se horm igonan (fijan) y se em bido na n para ser a lm ac en a d os durante un periodo de 300 o d e 500 a ñ o s, seg ún los p a íse s , en a lm acena m ie ntos controla­ d os. E n E s p a ñ a este a lm acenam ie nto se encuentra en la provincia de C ó rd o b a (E l Cabril).

Alta actividad E s to s residuos tienen sem iperiodo largo, alta actividad y contienen e m isores de radiaciones alfa (si son de

570

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

sem iperiodo largo solo si superan concentraciones de actividad de 400 0 Bq g 1). S e gene ra n en m ucho m enor volum en pero son altam ente nocivos inm ediatam ente d e sp u é s de ser g en e ra d o s. G e n e ra lm e n te , au n q u e no son los únicos, se trata de las propias barras d e c o m ­ bustible de los reactores de fisión ya utilizadas. Pa ra ellos se han desarrollado diversas estrategias:

Almacenamiento temporal E n las piscinas de las propias centrales (a ve ce s llam a­ d os A T I) , durante la vida de la central (habitualm ente 40 a ñ o s ) o en alm acena m ie ntos construidos a propósito. ( E n E s p a ñ a aún se encuentra en proyecto el A T C ) .

Reprocesamiento E n este proceso se lleva a cabo una separación fisi­ coquím ica d e los diferentes e lem e ntos, se p a ra n d o por una parte aquellos isótopos a pro ve cha b les en otras a plicaciones, civiles o militares (plutonio, uranio, co ­ balto y cesio, entre otros). E s la opción m ás similar al reciclado. Sin e m b a rg o , en el proceso no tod o s los e lem e ntos reciclados son totalm ente reap ro vec hab les, com o por ejem plo el neptunio o el am ericio. P a ra estos, en volu m en m uch o m e n o r que el inicial, es necesario aún el uso de otras o pcion es com o el alm acenam iento geológico p rofundo.

Almacenamiento geológico profundo (AGP) E s te proceso consiste en estabilizar las barras d e co m ­ bustible g astad a s en contened ores resistentes a trata­ m ientos m uy severo s qu e posteriorm ente se introducen en localizaciones sim ilares a las m inas, ya existentes (co m o en el caso d e m inas p rofundas) o construidas para tal fin. S u e le n estar en m atrices geológicas de las que se s a b e q u e han sido estables durante millo­ nes d e a ñ o s . L a m ás c o m une s son ca lizas, graníticas o salinas. Lo s técnicos estim an que estos A G P deberían p od e r p reservar íntegros los residuos durante los miles d e a ños en q ue sigan siendo tóxicos sin afectar a las p erso na s de la superficie. S u principal defecto es que sería m u y difícil o im posible recuperar estos residuos para su uso útil en el ca so de que técnicas futuras pue ­ d an apro ve charlo s eficientem ente.

Transmutación E n centros nucleares d e nue va generación (sistem as asistidos por a celeradores o en reactores rápidos): e s­ tos sistem as usan torio co m o com bustible adicional y d eg ra da n los d es e ch o s nucleares en un nu e vo ciclo de fisión asistida, pudiendo ser una alternativa ante la d e ­ pendencia del petróleo, au n q u e d eb e rán ve n ce r el re­ c h a zo de la población. El prim er proyecto será construi­ d o alrededor del 2 0 1 4 (M yrrh a ). E s ta técnica se estim a aceptable para aquellos radioisótopos d e sem iperiodo largo para los qu e no se ha hallado ninguna aplicación to d a vía . E s o s isótopos m ás problem áticos son los transuránicos com o el cuiro, el neptunio o el am ericio. Sin

e m b a rg o para em plear esta técnica se precisan m é to ­ dos adicionales, com o el re procesado previo.

<4 QUÍMICA DESCRIPTIVA Ácido sulfúrico (H 2S04) E s el insum o quím ico inorgánico m ás utilizado en las industrias m ode rna s debido a ello se le den om in a el term óm etro de la civilización o el parám etro que m ide el g rad o d e industrialización d e un p aís, fu e descubierto por el alquim ista Basilio Valentín. Propiedades: A. Físicas: E l producto e s un líquido incoloro a te m p e ­ ratura am b iente , d e a sp ecto oleoso. Tem peratura ebullición = 330 ° C Tem peratura solidificación = 10 ,4 9 ° C (cristales h e xag on ale s incoloros) P e s o específico = 1 ,8 4 g /m L S e d e s c o m p o n e por acción del calor a p ro xim a d a ­ m e nte a su punto de ebullición, produciendo hum us blancos de anhídrido sulfúrico. H 2S O „ -

H 20 + S 0 3

E l ácido sulfúrico e s soluble en el a g u a , en tod as las proporciones, siendo la disolución fuertem ente exo térm ic a, incluso llega a hervir la disolución. P o r dicho m o tivo, al a ñad ir a g u a sobre el ácido sulfúrico concentrad o se producen salpicaduras producidas por la ebullición repentina d e las g otas d e disolu­ ción que se fo rm a n , “nunca se d e b e añadir el a gua sobre el ácido”. S e a ñ a d e poco a poco ácido sobre el a g u a e vitán do se salpicaduras. B. Quím icas. E l ácido sulfúrico conce ntrad o es un deshidratante enérgico; c a rb o n iza el pap el, la m a ­ dera y los a zú c a re s . (C 6H 10O 5)n H 2 S ° 4(ci , 6 n C + 5 n H 20 celulosa o alm idón H 2S 0 4(c1 C 6H 120 6 — —

6 C + 6 H 20

P o r la m ism a ra zó n , p rod uce g rave s q u e m a d u ras en contacto con la piel. P u e d e n d ese ca rse g a s e s a travé s de él, haciéndolo burbujear; ejem plo: cloro y anhídrido sulfuroso. E l ácido sulfúrico co nce ntrad o y caliente tiene p rop ie d ad e s oxida ntes sob re m etales co m o el C u , H g , A g y sob re no m etales com o el C y el S . 2 H 2S 0 4 + H g 2 H 2S 0 4 + C -

S 0 4H g + S 0 2 + 2 H 20 2 S 0 2 + C 0 2 + 2 H 20

E n disolución diluida actúa com o un ácido di­ prótico fuerte. H 2S 0 4 + H 20 H S 0 4 + H 20 •

-

H S 0 4 + H 30 S O ¡ + H 30

R e a c c io n a con los m etales activos produciendo sales e hidrógeno.

Q

■

571

H 2S 0 4 + F e — F e S 0 4 + H 2

en equilibrio. L o s g ase s salientes se recogen sobre

H 2S 0 4 + S n — S n S 0 4 + H 2

H 2S 0 4. S 0 3 + H 2S 0 4 — H 2S 0 4S 0 -, (óleum )

y así m ism o con los ó xid o s, b ases y sales. H 2S 0 4 + M g O -

f

S 0 4M g + H 20

3 H 2S 0 4 + 2 F e ( O H )2 H 2S 0 4 + N a 2C 0 3 -

H 2S 20 7(ácido pirosulfúrico)

F e 2( S 0 4)3 + 6 H 20

Lu e g o se diluyen en a g u a :

N a 2S 0 4 + C 0 2i + H 20

H 2S 20 7 + H 20 -

C o m o agente desh idratan te con a lgu nos co m ­

Ejem plos: C 2H 5 — O H

H

2

4 > C 2H 5— O — C 2H 5 + H 20

C 2H 5 — O H ch2— ch2

2 H 2S 0 4

El ácido obtenido es prácticam ente puro (9 8 ,5 % ) y en la actualidad el m étodo está d e s p la za n d o el clá­ sico d e las cá m ara s d e plom o.

p u esto s orgánicos (alcoholes).

éter H SO

2

i alqueno

Industriales. F o rm a s d e utilización: S e e m plea ácido sulfúrico concentrado para o bte n er los ácidos clorhídricos, nítricos y fo sfó ­ ricos. H 2S 0 4 + C IN a -

- G a s entrante

G a s e n tra n te —» G a s saliente *■

4 ► c h 2 = c h 2 + h 2o

I I OH — OH C.

u ím ic a

Torre de contacto B.

Proceso de cám aras de plomo. S e fu nd am e nta en la com binación del g as sulfuroso con el 0 2 y el H 20 en presencia d e ó xido s de nitrógeno ( N 20 3), que actúan co m o catalizador.

N a H S O „ + H C I(g)

O b te n c ió n d e sulfato d e a m onio (a b o n o s, fertili­ za n te s ). H 2S 0 4 + 2 N H 3 -

S 0 4( N H 4)2

O b te n c ió n de superfostatos: H 2S 0 4 + C a 3( P 0 4)2 •

C a S 0 4 + C a ( H 2P 0 4)2 superfosfatos

O b te n c ió n del óleum com o m ateria prim a en la industria d e d ete rge ntes sintéticos. H 2S 0 4 + S 0 3(gj

• H 2S 0 4 S 0 3 (óleu m : ácido sulfúrico fu m ante )

M étodos de obtención A.

Proceso de contacto. E n este m étodo se com bina el anhídrido sulfuroso, procedente d e la tostación d e piritas, con el o xíg e n o en presencia d e un ca ­ taliza do r, fo rm á n d o s e anhídrido sulfúrico q ue se a bso rb e en ácido sulfuroso diluido: 2 S 0 2 + 0 2 — 2 S 0 3 + 4 5 000 cal L a reacción e s reversible y exotérm ica, realizándose a tem peratura am biente con gran lentitud. Si se a u m e n ta s e la tem p eratura , el equilibrio se d e s p la za ría hacia el prim er m iem bro, con lo que dism inuiría la form ación de S 0 3. E s preciso trabajar a tem peratura (450 ° C ) y en presencia d e catali­ za d o re s (asb e sto d e platino o V 20 5) a presión de 1 , 5 - 1 , 7 atm y con e xc e so de o xíg e n o . S e precisa em plea r S 0 2 m uy puro e xe n to d e polvo y anhídrido arsenioso , que e n ve n e n a ría el ca ta liza ­ dor y bien seco. L a m e zc la d e S 0 2 y 0 2llega a la cá ­ m ara d e catálisis (ve r figura) y atraviesa p or el lecho del catalizador, alcanzando la mezcla reaccionante

I: Horno de piritas II: C ám ara depuradora de polvo Esquem a de la fabricación de ácido sulfúrico por cám aras de plom o

L a instalación en la que se obtiene ácido sulfúrico consta de un horno rotatorio en el que se tuesta la pirita y en una cám ara d ep u ra d ora de polvos. U n a parte del g as sulfuroso reacciona con el ácido nítri­ co que se a ñ a d e por la parte superior en la torre de G lo v e r, obte nié nd ose ó xidos de nitrógeno. 2 H N O , + 2 S O , + H 20 «

N 20 3 + 2 H ,S 0 4

Producción del catalizador L a m e zc la g a se o sa fo rm a da por el anhídrido sulfu­ ro so, el o xig e n o y los ó xido s d e nitrógeno penetra en la torre de G lo v e r; esta se halla rellena d e ladri­ llos d e m aterial resistente al ácido. L o s g a s e s a s ­ cienden por ella y reciben una lluvia d e ácido sulfú­ rico diluido q ue procede de las cá m aras d e plom o.

El objeto de esta torre es aprovechar el contenido

572

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

calorífico del g a s sulfuroso entrante para la co n ce n ­ tración del ácido sulfúrico diluido y por su fo nd o se e xtrae el ácido sulfúrico concentrado. E l relleno de la torre perm ite hacer m ás Intimo el contacto entre el g as sulfuroso y la lluvia de sulfúri­ co , diluido. L o s gase s p asan a la cá m ara d e p lo m o, d o n d e reci­ b en una lluvia a b u n d a n te de a gua . E n prim er lugar se form a sulfato ácido de nitrosilo. 2 S 0 2 + 0 2 + H 20 + N 20 3 -

2HNOSO,

Q u e se hidrollza inm ediatam ente. 2 H N O S O „ + H 20 -

tróleos; tam bién lo tienen los a zú c a re s , p rote ínas, los á cid os, los hidróxidos, etc.

Preparación L a obtención de un elem ento quím ico se realiza, s ie m ­ pre que sea posible, a partir d e los co m pu estos del m ism o a b u n d a n tes y, por lo tanto, m ás b aratos. P a ra obte n er hidrógeno se podrá a partir del agua o d e los ácidos. E l hidrógeno se halla en form a d e H 30~ (en a m b o s ca ­ sos) y p asa a H 2, para ello capta. H 20 + + e~ -> H 2 + H 20 (reducción)

2 H 2S 0 4 + N 20 3

E n la cám ara se form a una lluvia d e sulfúricos di­ luido, que se e xtrae p or su fo n d o , e nviá nd ole a la parte superior del G lo v e r para que caiga en form a de lluvia sobre los g as e s entrantes. Lo s g ases qu e no han reaccionado en la primera cá m ara com pletan su reacción en las siguientes y

1.

C {S) + H 20 (v) 1000 °c . C O !gl + H 2(g) al rojo

no d eb e n contener finalm ente sino 0 2y a p e n a s S 0 4 y los ó xidos d e nitrógeno q u e actuarán com o catali­ za d o re s . E s to s g as e s entran por la parte inferior d e la torre de G a y -L u s s a c , qu e tam bién se halla rellena de ladri­ llos resistentes a la acción de los á cid os, y reciben d esd e su parte superior una lluvia de ácido sulfúri­ co co nce ntrad o . S e form a sulfato ácido de nitrosito o “nitrosa”, que se e xtrae por el fo nd o y se lleva, m ediante b o m b a s, a la parte superior d e la torre d e G lo v e r en d o n d e se deja caer junto con el ácido sulfúrico diluido d e cá m a ra s , sobre el g a s sulfuroso entrante. C o n el a g u a del ácido sulfúrico diluido de las cá m ara s se hidroliza la nitrosa, incorporándose los ó xidos d e nitrógeno a la m e zcla reaccionante. A s i se com pleta el ciclo del catalizador. E l ácido sulfúrico q ue se obtiene en la cá m ara de G lo v e r es de a p ro xim ad a m en te 8 7 ,8 % d e riq ue za; contiene Im p u re za s , principalm ente arsénico, por lo q u e no puede dedicarse a determ inadas industrias.

L a m e zc la : ,, se llam a „ C O (9) + H 2(g, ---------------► G a s de a gua y se e m plea com o com bustible. Si se hace reaccionar con m ás H 20 (al. C O (g) + h 2o (v) —

d ró g e n o (ge n e rad o r d e a gu a ).

Estado natural E l hidrógeno a b u n d a en el universo; el análisis de la lu z em itida por las estrellas indica que están constitui­ das pred o m inantem e nte por dicho e lem e nto. E l 9 0 % de la m asa del sol es hidrógeno. E n la tierra a b u n d a en m e n o r proporción, en un 0 , 88 % de la co rte za terrestre. L a cantidad de hidrógeno no co m bina da es m u y p e q u e ­ ñ a , a p e n a s se encuentra en el aire, tam bién se halla en los g a s e s volcánicos. S e encuentra co m bin a do en form a d e a g u a ; con el carbono form a los hidrocarburos existentes en los pe­

co 2 +

h2

S e p u e d e elim inar C 0 2 haciendo burbujear la m e z ­ cla g a s e o sa sobre a g u a a presión en la que se di­ suelve el C 0 2.

2.

<4 HIDRÓGENO (H) F u e descubierto p or H . C a ve n d is h , quien lo llam ó aire Inflam able; m ás tarde d em ostró que el arder con el aire corriente fo rm aba a g u a , por ello La vo is ie r lo llam ó hi­

S e hace pasa r sob re C calentando al rojo va p o r de agua.

S e hace pasa r H 2O lv! sobre hierro al rojo, se prod u­ ce H 2 seg ún la reacción: 3 F e (al rojo) + 4 H 20 (VI = F e 30 4 + 4 H 2

3.

L a electrólisis del a gua acidulada ( H 2S 0 4) o con una b ase ( K O H ) que actúan co m o electrolitos. Ánodo: 2 0 H - 2 e

* H 20 +

C á to d o : H 30 + 1 e

-> H 20 + H 2 (reducción)

0 2(oxidación)

Q

Obtención en el laboratorio

N a + H 20

C a + 2 H 20

-

b.

C a ( O H )2 + H 2

El F e y Z n se disuelven en ácidos:

- S 0 4Z n + H 2

Aparato Kipp E m p le a d o en la producción d e H 2 de m odo continúo:

Reacción del H2 y 0 2. A tem p eratu ra ordinaria es lenta; pero si se ha ce saltar una chispa eléctrica, la reacción es rápida y a lc a n za una violencia e x ­ p losiva. L a m e zcla de 2 vo lú m e n e s de hidrógeno y uno de o x íg e n o , se llama m e zcla d eto nan te . kcal 2 H 70 + 6 8 ,4 2H, + O , mol

F e + 2 H C I -> F e C I 2 + H 2 Z n + H 2S 0 4

573

C l 2 + H 2 - L Ü L . 2 H C I + 2 2 ,0 9 ¿ ¿ mol

* NaOH - | h 2t

11A: com o el C a , reaccionan lentam ente:

■

kcal mol

F 2 + H 2 - F 2H 2 + 6 3,99

L o s elem entos grupo IA , reaccionan violentam ente con el H - O :

u ím ic a

c.

C o n el S y el N 2 p uede co m bina rse, pero la reacción e s m ucho m ás lenta: S + H2 - SH2 N2+ 3H2 = 2N H 3 (form an enlaces covalentes)

d.

En

la

com binación

con

los

no

m etales

el

E O ( H ) - + 1 . A l com binarse con los m etales alcali­ n os, co m o el N a , siendo necesario calentar, se for­ m a hidruro sódico. 2 N a + H 2 300 °C . 2 N a H

Propiedades:

E O ( H ) = - 1 (los hidruros tienen E l IA y H A ).

Físicas. A tem peratura am b iente , el H 2 se halla en el e sta d o g a s e o s o , es incoloro, inodoro e insípido. S u s m oléculas están co m p u estas por 2 á to m os unidos por enlace co valen te (H . ,H ) . L a form ación de la m olécula de H 2 a partir de sus áto­ m o s es una reacción exotérm ica: 2H

• H 2 + 10 3 kcal/mol

P o r esta ra zó n el hidrógeno atóm ico es m ás activo quí­ m icam ente que el H 2 m olecular puesto que para d e s ­ com ponerlo se precisa aporte de energ ia. E l H 2 es m e nos d e n so q u e todos los g a s e s . A 0 ° C y 1 atm . L a m asa de 1 L de H 2 e s: = 0 ,0 8 9 g /L que e s 1/4 de la m asa de 1 L de aire. (1 L de aire = 1,2 9 3 g): por ello el e levad o p od e r a s ­ cencional del hidrógeno, que han hecho que se em plee para llenar g lobos dirigibles y para obse rva cio ne s m etereológicas. S u gran inconveniente es la inflam abilidad que puede p rovocar e xp lo sio nes. D e b id o a su (M H2 = 2) se difunde rápidam ente. Psoitdif = 1 4 ,1 K ,

P e b unlciún

= 2 0 ,4 K

E s ta s tem peraturas tan bajas prueban que entre sus m oléculas h a y m uy poca atracción. Y deb id o al enlace co valen te de su m olécula es m uy poco soluble en el a g u a . E l hidrógeno tiene 3 isótopos. Protio: deuterio y tritio, ya m e ncio na do s.

e. R e d u c e los ó xidos de m etales poco activos com o el C u , A g , e tc.: a m etal libre. C u O ■+■ H 2

C u + H 20

Aplicaciones: E n la industria S o p le te oxhídrico, que está constituido por una co ­ rriente d e o xíg e n o e hidrógeno q ue se com binan en la punta del soplete, se a lc a n za n tem peraturas alre­ d ed o r d e 2000 ° C , lo que perm ite fundir los m etales. S e utilizan g rand es cantidades de hidrógeno en la hidrogenación catalítica d e aceites de p escado para transform arlos en g rasas sólidas. L a hidrogenación catalítica del carbón perm ite o b ­ tener las gasolinas sintéticas. E m p le o en la síntesis del cloruro d e hidrógeno y a m o n íaco y en la obtención del m etanol. O, : 2 H ,0 *H 2 S o p le te oxhídrico

<4 OXÍGENO (O) F u e d escubierto por C . W . S c h e e le ( 1 7 7 3 ) quien lo lla­ m ó (aire d e fu ego): lo o btuvo calcinando m an g a n e so ( M n 0 2), nitro ( N O ,) 2C a y otros co m p u e sto s. C o m o sus experiencias no fueron públicas hasta 1 7 7 7 , en el inter­

Quím icas. E s electropositivo y reductor. S e co m bina , prefere nte m e nte, con los e lem entos no m etálicos.

valo J . Priestley descubrió en 1 7 7 4 , el o xíg e n o calen­ tan d o , ó xido m ercúrico con una potente lupa. La vo isie r

Halógenos. C o n el flúor, tiene m ayo r tendencia a reaccionar.

confirm ó el descubrim iento, d ánd o le el nom bre d e o x í­ g eno (ge ne rad o r de ácidos).

a.

574

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Estado natural E s el elem ento m ás a bun da nte en la co rte za terrestre, tanto en peso com o en núm eros d e á to m o s, siguién­ dole en a bun dancia el silicio. E l 4 9 ,5 % en peso de la co rte za terrestre es o xíg e n o . C on stitu ye el 2 0 % en vo lum e n del aire. C o m b in a n d o form a el a g u a , siendo uno de los constituyentes m ás im portantes para la vida com o el de los m inerales y p lantas.

Obtención Industrialm ente el 0 2 se prepara a partir del aire y del agua. A ir e . S e obtiene del aire por licuación d e este y d e s ­ tilación fraccionada. S e consigue la licuación del aire por com presiones y e xp a n s io n e s repetidas. D e los 2 co m po n e n tes del aire ( 0 2; N 2); el N 2 hierve a m enor tem peratura que el 0 2, de m o do que el va p o r que d e s ­ tila es m ás rico en N 2 q u e el líquido inicial y el residuo de destilación se enriquece en 0 2; re aliza nd o repetidas operaciones se obtiene 0 2y N 2 puros.

T am b ié n han dism inuido el E O (C l; N ) se han redu­ cido.

Propiedades: Físicas. A tem peratura am b iente , el o xíg e n o se halla en e sta d o g a s e o s o , es incoloro, inodoro e insípido. Fo rm a m oléculas biatóm icas, es poco soluble en a g u a (49 cm 3/l_), lo suficiente sin e m b a rg o para sub ve nir las n e ce sid ad es respiratorias de los peces. E l 0 2 líquido tiene color a zu la d o (punto de ebullición: - 1 8 3 ° C ) se solidifica a - 2 1 9 ° C . Q uím icas a. E l o xíg e n o ( 0 2) m olecular es bastante inerte, pero a tem p eratura e le va d a se d e s c o m p o n e en á to m o s y reacciona enérgicam ente con los e lem e ntos:

b.

PHj + 202

c. C o m p re so r

O btención del aire líquido

A 500 ° C el 0 2 es ca pta do por el ó xido d e bario y se form a el peróxido de bario, pero a tem peratura m ás ele­ v a d a (70 0 °C ) se d esp re nde el o xíg e n o ca pta do . 2BaO,

70 0 ° C En el laboratorio P o r calentam iento se obtienen p e q u e ñ a s cantida­ des d e o xíg e n o (óxidos d e m etales nobles) poco activos. A

4CuO 2Pb02

■2Hg + 0 2 2 C u 20 + 0 2

. 2PbO + O ,

4 C rO , Ex is te dism inución del E O (M ); d eb id o a la pérdida d e 0 2. b.

Su sta ncia s inestables: MnO, 2 K C I O , ----------. 2 K C I + 3 0 ,

2 N O ,N a -

-

H 3P 0 4

2 C 2H 6 + 7 0 2 -

4 C 0 2 + 6 H 20

2 S Zn + 3 0 2 -

2 S 0 2+ 2 Z n O

Óxidos Á cidos o anhídridos. N o m etal al com binarse con el o xíg e n o . Lla m a d o así p orq ue al disolverse en a g u a form an ácidos o xácid o s:

A ire líq u id o -

2HgO

2M gO

S e com bina con hidruros y sulfuros:

C o ntraco rrien te

a.

— S i0 2

2M g + 0 2 -

R e frig e rante

500 ° C

—S02

Si + o 2

4 A s + 3 0 2 —* 2 A s 20 3

A ire co m p rim ido

2 B a O -t- O ,

S + 02

2NaNO, + O ,

C + 02

-

4P + 502 -

C02 2 P 20 5

C 0 2 + H 20 = H 2C 0 3 P 20 6 + 3 H 20 -

2 H 3P 0 4

C u a n d o m ás no m etálico s ea el elem ento q u e for­ m a el anhídrido m a y o r será el carácter ácido del ácido o xá cid o producido. Básico: óxidos. C u a n d o los m etales se com binan con el o xíg e n o fo rm a n d o ó xido s m etálicos o bási­ cos, llam ados así p orq ue al reaccionar con agua dan hidróxidos. C a O + H 20 - C a ( O H )2 C u a n d o m ayo r sea el carácter electropositivo del m etal, tanto m a y o r será el carácter básico del hi­ d róxid o ; es decir, que se encontrará m u y disociado iónicam ente en solución. Aplicaciones: • E l 0 2 se utiliza en el soplete oxhídrico. E n el soplete oxiacetilénico: reacción 2 0 2H 2 + 5 0 2 -

4 C 0 2 + 2 H 20

E n el soplete d e g as m e zc la d o con el g as del a lum ­ b rad o. E n los vue lo s a g ra n d e s alturas, d o n d e la a tm ó s­ fera está enrarecida , los a via do re s d eb e n respirar el contenido en botellas d e acero; a n á lo g a m e n te , los b u zo s y los s ub m arino s, en los que es preciso re novar la atm ósfera em po brecida d e o xíg e n o .

Q

cesos d e oxidación.

<4 OZONO ( 0 3) E s un alótropo del o xíg e n o . F. S c h o n b e ln (alem án) aísla

Obtención L a form ación y a partir del o xíg e n o distóm ico preci­ sa el aporte de energ ía : es una reacción e nd otérm i­ ca e irreversible. 3 0 2 — 2 0 3 - 68 kcal S e obtiene el o zo n o m ediante una d escarga eléctri­ ca. E n el laboratorio se hace pasa r una corriente de aire a travé s de un o zo n iza d o r constituido por una hoja de esta unidos a un carrete de inducción, que proporciona una diferencia de potencial e le va d a . L a desca rg a d eb e ser o sc ura , sin producción de ch ispa, p u es si no se producirá descom posición de 0 2 p or acción de la lu z. E l o zo n iza d o r d eb e hallarse a tem peratura baja para evitar la descom posición del co m pu esto for­ m a d o . E n estas condiciones se transform a en 0 3 el 5 % de 0 2. E n el laboratorio se produce por reacción. 2 K M n O „ + 3 H 2S 0 4 4c0„c - 2 M n S 0 4 + K 2S 0 4 +

■

575

A l P y S hú m e d os los transform a en ácidos: S + H 20 + 0 3 - H 2S 0 4 6 P + 9 H 20 + 50-, • 6 H 3P 0 4 O x id a a los yod uro s liberando yo d o : 0 3 + 2KI + H 20 - 0 2 - l2 + 2 K C H

E l o xig e n o encuentra aplicación m édica en algunas e n fe rm e d a d e s , d on de es preciso acelerar los pro­

este g a s , d án d o le el nom bre d e o zo n o .

u ím ic a

Aplicaciones: • S e e m plea co m o d ecolorante d e sustancias o rg á ­ nicas, de aceites, ceras, harinas y para decolorar pulpa d e papel. Pa ra la depuración bacteriológica de las a gua s uti­ lizándolo en lugar de cloro, tiene la ventaja d e no dejar sab or ni residuo algu no. Tam b ié n se em plea para d ep ura r la atm ósfera de lugares m uy concurri­ dos.

Peróxido de hidrógeno (H20 2) S u existencia fue descubierta por T h é n a rd en 1 8 1 9 al hacer actuar ácido sulfúrico diluido sobre peróxido de bario. H 2S 0 4 + B a 0 2 — B a S 0 4 1 + H 20 2 L a disolución obtenida se destila a baja presión. Obtención. P u e d e obtenerse por electrólisis de H 2S 0 4 Ánodo 2 S 0 4 - 2 e

-

C á to d o 2 F T + 2 e

S 20 8 (ión persulfato).

-

H°

L a hidrólisis de ión persulfato produce a g u a o xig e n a d a : H 2S 20 8 + 2 H 20 -

2 H 2S 0 4 + H 20 2

E l agua o xig e n a d a se obtiene destilando a baja presión. Pro p ie da d es: A.

Físicas. E s un líquido incoloro o ligeram ente a zu la ­ d o , m ás d en so que el a gua . 1Á4 C P soiia = — 1 C E s viscoso cua nd o está puro y es soluble en agua en tod as las p rop ied ad es. C u a n d o se calienta se d e s co m p o n e . P ebulhc =

B.

Propiedades:

Químicas: E n disolución se descripción lentam ente. 2 H 20 2 -

Físicas. S u estado e s g a s e o s o a tem peratura a m b ie n ­ te e incoloro. P u e d e licuarse 1 1 1 ,5 ° C y cua nd o se e n ­ cuentra puro en dicho e sta d o tom a color a zu l oscuro. E s m ás soluble en agua que el o xíg e n o . A m b o s hechos indican qu e la m olécula del o zo n o es de carácter polar m ayo r que el del o xíg e n o .

2 H 20 + 0 2

L a ve lo cid a d d e la reacción d e d e s c o m p o s i­ ción a u m e n ta por la acción del calor, d e los ál­ calis, del b ióxido de m a n g a n e s o o del e n zim a ca ta la sa . L a facilidad de liberación de 0 2 hace que sea , en general un o xidante energético. S P b + 4 H 20 2 -

2o. ■■0/ \ N.Ó V

-'o; . :0

'

V

F e ( S 0 4)3 + 2 H 20

E n todos los casos anteriores el H 20 2 actúa co m o o xidante.

0 21+ 2 e Quím icas. E l o zo n o es un o xida nte m ás enérgico que el q u e el o xíg e n o : O x id a a la A g en óxido. 2 A g + 0 3 — A g 20 + 0 2

S 0 4P b + 4 H 20

H 2S 0 4 + 2 F e S 0 4 + H 20 2 -

-

2 0 “ (se ha reducido, es oxidante)

Tam bién actúa com o reductor: 2 K M n 0 4 + 5 H 20 2 + 3 H 2S 0 4 -

2M nS04+

K2S 0 4 + 8H20 + 5 0 2

576

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A n tig u a m e n te se usaba en la fabricación de lám ­ paras in can de sce nte s, e vitan do que los filam entos sufrieran alteraciones. L a im portancia principal del N 2 está en sus c o m ­ puesto s. E l nitrógeno atm osférico p ued e fijarse en form a de a m o n íaco siendo el m ism o o las sales a m oniacales uno de los a b o n o s indispensables para el buen desarrollo d e las plantas; de ellas lo tom a n los anim ales.

2 (M n 7+ + 5 e — M n 2* ) (reducido, es oxidante) 5 (0 2 — 0 2+ 2 e ) (oxida d o, es reductor) 2 M n 7' + 5 0 2 -

2 M n 2* + 5 0 2

D e b id o a su pod e r o xida nte, se e m plea com o antiséptico y d ecolorante del cabello; m o d e rn a ­ m ente co m o b lanqu eante de tejidos.

<4 NITRÓGENO (N)

E l a m o n íaco p ued e transform arse por oxidación en ácido nítrico, del q ue se obtienen nitratos, form a en la q ue el nitrógeno tam bién es asim ilable p or las plantas. El ácido nítrico, se co nsum e com o prod uc­ tos quím icos o rgánicos, para la obtención de colo­ rantes, e xp lo sivo s y productos farm acéuticos.

S e presenta en e stado libre en form a de N 2, constitu­ y e n d o el 7 8 % en vo lum e n d e aire, se halla com binado en form as de nitratos ( N a N 0 4, nitrato d e sodio). La s plantas y anim ales lo contienen en form a de proteínas en las que figura en la proporción de 1 7 % peso.

Obtención

<4 AMONIACO (NH3)

Destilación fraccionada del aire liquido. El N 2, punto d e ebullición m e nor qu e el del 0 2, se d esp re n d e en m a­ y o r proporción en las prim eras fracciones e va p o ra d a s .

S e halla en p e q u e ñ a proporción en la atm ósfera y com o producto d e la putrefacción de los m ateriales ve getales o anim ales.

Laboratorio. P o r ebullición del nitrito de a m o nio, se prepara por doble descom posición entre:

Obtención

C IN H 4 + N a N 0 2 -

C IN a + N H 4N 0 2

•

N H 4N 0 2 + calor -

N 2 t + 2 H 20

Propiedades Físicas. E s incoloro, inodoro y se halla en esta do g a ­ seo s o o tem peratura am biente en form a de m oléculas diatóm icas, cu yo enlace es covalente. •

^ebullición = - 1 9 6 ° C ; solidifica a - 2 1 0 ° C L a m olécula es estable térm icam ente. N 2 « 2 N - 1 7 1 ,1 4 kcal D e b id o a su enlace es m u y poco soluble en agua (23 cm 3/L). A p esa r d e que la solubilidad del N 2 es inferior al del 0 2, el a g u a saturada d e aire contiene 14 cm 3 d e N 2 y 7 cm 3 de 0 2 por litro; ya que la pre­ sión del N 2 en el aire superior al del 0 2. P N¡! = 0 ,7 9 atm ;

•

M étodo industrial: síntesis d e H a b e r -B o s c h , con­ siste en hacer pasa r una m e zc la de H 2y N 2 sobre un ca ta lizad o r constituido d e ó xido de hierro a una tem peratura alrededor de 500 ° C y unas 10 0 0 atm de presión. E n estas condiciones se logra una c o n ­ versión del 5 0 % . F Pn N 2(gl + 3 H 2(g) — -gy > 2 N H 3 + 22 kcal E n el laboratorio se obtiene el a m o n íaco haciendo reaccionar cal viva y cloruro am ónico sólidos, sobre los q ue se deja caer a g u a gota a gota y calentando su a ve m e n te .

Pq 2 = 0 ,2 1 atm

P CN = 1,2 5 0 6 g /L ( N 2)

Quím icas. E l N 2 en form a m olecular es inactivo quím i­ ca m e n te . P a ra co m binarse d eb e disociarse la m olécula en á to m o s , con e le vad o c o nsum o de e n e rg ía , e m p le a ­ do en la ruptura del enlace entre los dos á to m os. S e com bina con m etales activos: IA , IIA y MIA, to­ m a n d o nitruros: N 2 + 3M g — N 2M g 3 N 2 + 2AI -

2NAI

L a com binación con el 0 2 es m u y lenta a te m p e ra ­ tura am biente; por lo que se precisa una descarga eléctrica. N 2 + 0 2 3500 K » 2 N O - 4 3 ,2 kcal Aplicaciones: U tiliza d o para producir atm ósferas inertes.

E n general haciendo reaccionar una b ase fuerte con cualquier sal am o niacal, se produce, d e sp re n ­ diendo va p o re s d e a m o n ía c o .

Propiedades Físicas. E l a m o niaco es g a s e o s o a la tem peratura a m ­ biente, incoloro y de olor picante que irrita las m u co sas y provoca lagrim eo.

Q

H

N H ""?

h

H

H TNT H

W 5" h

■

577

El nitrato am ónico produce ó xido nitroso.

S e p u ed e licuar por co m presió n, a la tem peratura ordinaria. El am oniaco líquido actúa com o diso lve n­ te, de form a análog a al a g u a , p ued e ser disolver sales. E s soluble al a g u a . L a explicación a esto e s que la m olécula del N H 3 es d e na tu rale za polar. N

u ím ic a

N H 4N 0 3 -

N 20 + 2 H 20

E s debido a la acción o xida nte que los iones C r 20 2 y N 0 3 , ejercen sob re el N H 4 (análogo con el nitrito am ónico). A p lic a c io n e s : • S e e m plea n com o fertilizantes. S e e m plean g rand e s cantid ad es de sulfato y nitrato am ónico com o a b o n o s y cloruro am ónico para fu n ­ d en te en la soldadura eléctrica y para electrolito en

H

las pilas secas. L a solución de am o niaco se e m plea com o álcali (b ase ) para neutralizar soluciones ácidas. S e usa en tintorería para elim inar la d u re za te m p o ­ ral de las a g u a s.

Al calentar N H 3 a presión ordinaria se d e sco m p o n e en sus c o m po ne ntes. Q u ím ic a s . El N actúa ( E O = 3 - ) en el N H 3. E l N H 3 arde en atm ósfera d e O , con llam a am arilla, c o m po rtán do se com o reductor.

C a ( H C 0 3) + 2 N H 3 -

( N H 4) 2C 0 3 + C a C 0 3 i

E l a m o n iaco líquido se e m plea com o agente refri­ gerante en las instalaciones de fabricación d e hielo.

4 N H 3(g, + 3 0 2(g, - 2 N 2 + 6 H 20 2 N H 3(gl + 3 C I2!9, - N 2 + 6 H C I El N H 3(gl: reacciona con m etales activos A l y Mg

Reconocimiento del amoniaco y el ión amonio

2 N H 3(g, + 3M g - N 2M g 3 + 3 H 2

1. 2.

E l N H 3(I) se halla io n izad o de m odo a nálog o al H 20 , au n q u e en m enor e xtensión. H

H

H

H Ü N : + :'Ñ ; H •X

»x

H

H

H IN : H H

NH, + NH, =

;

n

3.

El am o niaco pose e olor irritante característico. L a disolución de am o niaco o el am o niaco g a s e o s o a zu le a n el papel del tornasol. L a s sales am ónicas ca le ntad as con N a O H d e s­ p renden N H 3 identificable por los d os m éto do s a n ­ teriores.

:

H

N H , + NH

E l sodio y los m etales alcalinos reaccionan con el N H 3(I1 igual que con el a g u a , d a n d o a m id as. 2Na + 2 N H 3 - 2 N a N H 2+ H 2 am ida sódica L a disolución a cuo sa del N H 3 tiene carácter básico débil.

<4 ÁCIDO NÍTRICO (HN 03) E l ácido nítrico o aqua fortis (ag u a fuerte) no existe libre en la n a tu ra le za , q u izá en p e q u e ñ a s cantidades en el atm ó sfe ra. S e e ncuentra en form a de nitratos; nitrato de sodio ( N a N 0 3).

Obtención C a le n ta n d o N a N 0 2 con H 2S 0 4 (conc) en retorta de vi­ drio en el laboratorio. H 2S 0 4(conc| + N a N 0 3 -

HNaSO„ + H N 0 31

N H , + H ,0 = N H 1 + O H h 2s o 4 form a enlace co valen te coordinado P ro d u ce n sales a m oniacales: N H 3(gl + H C I(g) 2 N H 4O H + H 2S -

N H 4CI ( N H 4)2S + 2 H 20

T o d a s las sales am ónicas son sólidos blancos, cris­ talinos y, en su m a y o r parte, solubles en a gua . El C I N H 4 y el N H 4N 0 3 al disolverse producen enfria­ m iento. L a s disoluciones de las sales am ónicas e xp e rim e n ­ tan hidrólisis. P o r acción del calor, se d e s c o m p o n e n d a n d o a m o ­ niaco. O tra s sales a m oniacales co m o el dicrom ato, al ser calentadas d esp re nde n N 2:

Cr2Or(NH,)2 -

Cr20 3 + N, + 4H20

E l H N 0 3se d esp re n d e en form a de va p o re s que se con­ d en an el enfriarlo.

Síntesis de Ostwald M e d ia nte la oxidación catálitica del a m o niaco g ase oso por el o xíg e n o com o ca ta lizad o r se usa platino. El p roceso se realiza en fa s e s continuas:

578

■

C

o l e c c ió n

•

4 N H 3(8) + 5 0 2 - »

•

2 N 0 (gi + 0 2(g) -

•

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

4 N 0 lg) + 6 H 20 (g)

3 A g + 4 H N 0 3 -> 3 A g N 0 3 + N O + 2 H 20 Si el H N 0 3(conc):

2 N 0 2(g)

3 N 0 2(g| + H 20 -> 2 H N 0 3 + N 0 |

4 H N 0 3 + H g -> H g ( N 0 3)2 + 2 N 0 2 + 2 H 30

E l ó xido nítrico ( N O ) producido en la prim era reacción se enfría y con el e xc e s o de o xíg e n o se convierte en dió­ xido d e nitrógeno. E s te último al disolverse en el agua e xp e rim en ta un proceso d e auto o xid a c ió n -re d u c c ió n tran sform ánd o se en ácido nítrico y ó xido nítrico.

Z n + H N 0 3(ac) -> Z n ( N 0 3)2 + N H 3 + 2 H 20 F e + H N O 3(a0) —» F e ( N 0 3)2 + N 2 + H 20 (d,L)

P o r acción del H N 0 3(conc), el F e y el A l ser pasiva y ya no son a ta ca do s ni por el H N 0 3 ni por otros ácidos. U n a m e zc la d e (1 vo lu m e n de H N 0 3) y (3 vol de H C I) se llama a g u a regla y disuelve al oro (A u ). 6 H C I + 2 H N 0 3 - v 3 C I 2 + 2 N O + 4 H 20

Propiedades: Físicas. E l ácido puro e s un líquido incoloro. Pebull = 8 3 p

=

1 ,5 0

C

Psolidif = ~ 4 1 ,6

C

g/cm 3

E n contacto con el aire d esp re n d e h u m u s. E s soluble en el agu a en tod a s las proporciones y la disolución a cuo sa en el com ercio al 68 % . P o r acción de la lu z se d e s c o m p o n e lentam ente adquiriendo color pard o , por ello se conserva en frascos de vidrio oscuros (color to­ pacio).

2.

4 H N 0 3 -> 4 N 0 2 + 2 H 20 + 0 2

Químicas •

E n disolución a cu o sa actúa com o un ácido fuerte. H N 0 3 + H 20 -> N 0 3 +

Aplicaciones: 1 . S e e m plea g rand es cantidades d e H N 0 3en la pro­ ducción de a b o n o s (nitratos): Nitrato d e calcio: ( C a N 0 3)2 Nitrato d e sodio: N a N 0 3 Nitrato d e a m onio: N H 4N 0 3

3.

Pó lvo ra negra ■exploslon, S K 2 + N 0 2(gl + 0 2(g)

h 3c t

4.

R eacciona con ó xid o s , hidróxidos y sales: 2 H N 0 3 + C a O -> C a ( N 0 3)2 + H 20

CH3 io

S

i

1 U i

H N 0 3 + K O H -> K N 0 3 + H 20

Tiñ e la piel d e am arillo y en general a todos los m ateriales q u e contienen proteína (lana, sed a n a ­ tural). E s una reacción xanto pro teica, debido a que se introduce radicales nitro ( ~ N 0 2) a las proteínas y sustancias o rgánicas.

'

■ H ,0

nitrobenceno Es un buen oxidante: reduciéndose a ó xido s de nitrógeno e incluyendo a am o niaco . E l producto de la reducción obtenido d ep e n d e de la concentración del ácido y del reductor e m p le a d o . Si el H N 0 3 (conc) se obtiene principalm ente N 0 2 y si el H N 0 3 (diluido) se obtiene N O . Oxida a los no m etales a los ácidos o xá cid o s , co ­ rrespondientes: l2 + 1 0 H N O 3 -a- 2 H I 0 3 + 1 0 N O 2 + 4 H 20

<4 ÁCIDO CLORHÍDRICO (HCI) Propiedades: Físicas. E s un g as incoloro: • T em p era tura d e ebullión: - 7 3 ° C Tem p era tura d e congelación: - 1 1 2 °C Fo rm a n cristales Incoloros • D = 1 ,6 3 g /L ( C N ) m u y soluble en a g u a (fo rm ando ácido m uriático al

15%) Quím icas. E n solución a c u o sa , es un ácido fuerte pero no ataca a los m etales nobles ( A u , A g , C u , H g , P t, e tc ., es tóxico y v e n e n o s o , produciendo q u e m a d u ras en la piel.

Usos industriales 1. 2.

E n lim pieza co m o bactericida o d esinfectante. E n la industria siderúrgica, para el d e c a p a d o de o xi­ d ante s de ser lam inados y b arn iza d o s.

3.

Lim p ie za de e quipos co m o cald eras, en la Industria petrolera elim inando el caliche.

S + 6 H N 0 3 -> H 2S 0 4 + 6 N 0 2 + 2 H 20 P + 5 H N 0 3 -> H 3P 0 4 + 5 N 0 2 + H 20 E l H N 0 3(dil) con los m etales form a nitratos y ó xidos nítrico. 3 P b + 8 H N 0 3 -> 3 P b ( N 0 3)2 + 2 N O + 4 H 20

fabricación d e T N T (trinitrotolueno) o trilita

N o rir NOj N02

2 H N 0 3 + N a 2C 0 3 -> 2 N a N 0 3 + C 0 2 T + H 20

H O -N O , h 2s o 4

O b te n c ió n de la anilina < @ — H N 2, q u e se e m plea en la fabricación d e llantas y en la síntesis d e colo­ rantes (em p le a do en la industria textil) Fab ric ación de pólvora negra: ( K N 0 3 + C + S )

F e 20 3(sj + H C i(ac, —> F e C I3(ac) + H 20

C a C 0 3(s) + H C I(ac) —> C 0 2(g) + C a C I 2 + H 20 (j)

Q

4. 5.

P a ra lim pieza de la superficie, en cerám icas, porce­ lana, etc. E n sold ad u ra para reducir los ó xido s.

u ím ic a

■

579

x S ¡ 0 2(s) + N a 2C 0 3(s| ------- ► N a 20 . x S i 0 2(sl + C 0 2jg)

<4 AGUA (H20 ) Obtención

L o s vidrios son líquidos sobre enfriados, no cristalinos de com posición variable.

E l a gua es una sustancia co m ún en nuestra vida . H a y a g u a d o n d e quiera. E n la n a tu raleza se encuentra en tres e sta do s; e s p e ­ cialm ente en form a liquida, cubre las 3/4 d e la sup er­ ficie terrestre. S u va p o r se difunde en la atm ósfera y es el disolvente universal, se encuentra tam bién en las plantas y en los anim ales; e j.: el cuerpo h u m a n o contie­ ne 6 5 % en peso del a g u a ; en las plantas la cantidad de a gua es variable en un prom edio d e 9 0 % .

Vidrios comunes

Estructura

N a C I(s) + H 2S 0 4|ac) - a N a S 0 4(ac, + H C I(gl P o r síntesis: H 2(g!+ C l2(9) - Ü E *

2 H C I(g)

<4 VIDRIOS

O b la n d o s , se obtiene fu nd ien do sílice (arena) S IO ; con sustancias básicas co m o carb onato a sodio N a 2C 0 3 y carb onato d e calcio ( C a C 0 3). S ¡ 0 2 + N a 2C 0 3 —^ S i 0 3N a 2 -t- C 0 2 f

( + )

P r = 1 ,8 4 D

^

ó* / C l l X

(dipolar)

Ó*

H -104, 5 ° H m olécula polar

S i 0 2 + C a C 0 3 —►S ¡ 0 3C a + C 0 2 1 S e o b s e rva n que sum inistran los ó xidos m etálicos N a 20 y C a O . E l S ¡ 0 2, un ó xido acídico, reacciona con los ó xi­ d o s b ásicos y d e sodio y calcio. E l vidrio com ún o blando no es a d e cu a d o para usos quím icos; deb id o a la resistencia d e calor. E l vidrio se colorea p or adición d e hierro y crom o (ver­ d e) y cobalto (a zu l).

Vidrios pyrex o kimax Vidrios especiales resistentes al calor (a los cam bios de tem p eratura) por tener p eq u eñ o coeficiente de dilata­ ción. E s te vidrio pyrex son fabricados con A l 20 3 y B 20 3.

El vidrio de sílice S e obtiene cale ntand o de sílice en un horno eléctrico a 16 0 0 ° C , se p u ed e m o ld ea r y estirar en hilos, trab aján­ d o s e co m o el vidrio corriente. E l m aterial tiene aspecto lechoso y e s a m o rfo, p o s e e un coeficiente d e dilatación m u y p e q u e ñ o y con él se fabrican objetos que som e ti­ dos a cam bios bruscos d e tem p eratu ra , no e xp e rim e n ­ tan rotura. C a le n ta d o s al rojo se pued e n Introducir en a g u a fría sin ro m pe rse. C o n este material se fabrican tam bién lám paras d e c u a rzo con fines terapéuticos y tu b os de rayos infrarrojos para calefacción. E l ácido fluorhídrico ataca a la sílice, propiedad q u e se utiliza para el g rab a do d e vidrio. 4 H F + S i 0 2 —> S i F 4 + 2 H 20 C o n los hidróxidos de sodio y potasio se disue lve a u n ­ qu e lentam ente y form a “silicatos”. S i0 2 + 2 N a O H

—> S i 0 3N a 2 + hl20

Propiedades Físicas. E s un líquido incoloro, inodoro, Insípido y tran sp aren te. Tem p era tu ra d e ebullición: 10 0 ° C Tem p era tu ra d e fusión: 0 ° C D e n s id a d = 1 g/cm 3 ( P = 1 atm ; 4 °C ) C a lo r específico = 1 cal/g°C ( E s el d e m ás alto valor c o m p a ra d o con cualquier líquido y sólido). C a lo r latente d e fusión: 80 cal/g C a lo r latente d e va p o riza c ió n : 540 cal/g Quím icas: E s m uy e stable; debido a la reacción exotérm ica. 2 H 2 + 0 2 -► 2 H ,0 + 6 84 kcal/mol

e2 < <

e,

S e disocia a tem p eraturas e le v a d a s, con a yu d a de c a ta lizad o res. 16 0 0 °C 2 H 20 2 -------------- ► 2 H 2 + 0 2 Pt 2 H 20

corriente eléctrica

►2 H 2 + 0 2

alto voltaje R e a c c io n a viole ntam e nte con los m etales alcalinos: N a + H 20 (l| -> N a O H + -^ H 2 + calor y lenta con alcalinos férreos: C a + 2 H 20(|) —» C a ( O H )2 + H 2

Vidrio soluble S e obtiene fu nd ien do silice con carb onato d e sod io, se form a una m e zc la com pleja d e silicatos d e sodio.

E s un solve nte universal (disuelve a las sustancias polares e iónicas) m ediante los fe n ó m e n o s d e solvatación e hidratación.

580

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

■C l N a + (iónico) h 2o

©

©

©

©

dipolos ( H 20 )

•

E l intercam bio tiene iónico se utiliza para purificar m e dicam e ntos vitam inas y a zú ca r. Y el uso indus­ trial m ás im portante del intercam bio iónico existe en abland a r a g u a s dura s. Agua pura (destilada). S e obtiene por destilación continua; en apa rato s llam ados (destiladores) que pued e n ser de a lam b iq ue s o vidrios. S u principal aplicación es la industria quím ico farm aceúticas co m o a g u a para inyectables y a nivel d e laboratorios. Aguas minerales. S o n a g u a s que tienen propie­ d a d e s m edicinales, por las sustancias disueltas en ellas; principalm ente co m p u estas d e S i, S e , M g , C a , F e , ..., etc. A guas term ales. S o n a g u a s cuya tem p eratu ra , d e ­ bido a sus sales, e xc e d e n a la de la tem peratura am b iente ; tienen p rop ie d ad e s m edicinales (aguas m inerales) e j.: los B a ñ o s del Inca. Agua pesada (D20 ). Fo rm a d a por o xige n o y d e u terio ( f H ) el ó xido d e deuterio se encuentra en el ag u a ordinaria en proporción de 1/6000. S e p u e d e sep a rar del a g u a ordinaria por electróli­ sis. Propiedades físicas D20 M 2 0 ,0 2 7 P u n to d e congelación (°C ) 3,8 P u n to d e ebullición (°C ) 1 0 1 ,4 2 D e n sid a d (g/m L a 20 ° C ) 1 ,1 0 6 C a lo r d e fusión (kcal/mol) 1,5 2 C a lo r d e va p o rizació n (kcal/m ol) 9 ,9 6

G c r O G N a 'O H 20

azúcar (polar)

I

► dipolos

© /© h 2o

(azúcar)

£3 ©

~€1

© ©

solvatación m olecular

Tipos de agua Naturales. S e e ncuentra en la n a tu ra le za y contienen sales disueltas: ( N a +; M g 2+; C a 2+; F e 3+; K +; C O ^ ; S O j " ; N O , ; N 0 2 ; l“ ; S 2“ ; H S ; e tc .), g rasa s disueltas ( N H „ C 0 2, H 2S , e tc.). M ateria inorgánica (producto de la desco m p osició n de plantas y anim ales). Agua dura. E s aquel tipo d e a g u a que contiene canti­ d a d e s g rand e s en disolución iones calcio y m ag ne sio ( C a 2+; M g 2+). U n a concentración > 200 ppm

1 ppm = 1 parte p or millón _ rnsio.(mg) 1 p pm = V SOi . ( L )

N o cose las le g u m bre s, ni disuelve el ja b ó n . N o se e m plea c o m o a g u a industrial en las indus­ trias d e p rocesos q u ím icos; deb id o a q u e los iones

T ie n e n p rop ie d ad e s algo m ayo r que el a g u a natu­ ral. L o q ue hace percibir q ue el enlace covalente entre O y D es un poco m ás polar q ue entre O y H esto ca usa el increm ento o b s e rva d o en las fu e rza s del enlace del hidrógeno. E l D 20 detiene el crecim iento de ve getales y es tóxi­ co para los anim ales. E l a g u a p esa da se usa princi­ palm ente co m o m o de rad o r d e neutrones en reac­ tores nucleares, pilas ató m ica s, b o m b a s atóm icas. Agua potable. E s a g u a destinada a la beb id a , al co n su m o h u m a n o , que no tiene nada nocivo para la salud , porque se e ncuentra quím ica y bacteriológi­ ca m en te tratada seg ún no rm as internacionales de san id ad ; d eb e cum plir con ciertos requisitos: D a to s s er fresca, clara, sin olor, que no se d e s c o m ­ p o n g a . D e b e ser a iread a (contener o xíg e n o disuel­ to) con sab o r a g ra d ab le , ni salado ni d ulce, debe disolver el ja b ó n , cocer las leg um bre s, no debe co ntene r g é rm e ne s p atóg e n os.

C a 2+; M g 2+ con el a g u a form an incrustaciones; d e ­ pósito d e cal (caliche, C a C O ,) , nata ja b o n o sa y un sólido insoluble. L a s cuales deterioran los e quipos com o cald eras, ho rno s, etc. y d ism inu ye n la eficien­ cia del proceso. Agua blanda. E s aquel tipo d e a g u a al q u e se le ha e lim inado los iones d e C a 2+ y M g 2+ este tipo d e a g u a es d e uso industrial para los e quipos d e proceso . L a elim inación de los iones C a 2+ y M g 2+ se re aliza p or el p roceso d e intercam bio iónico. E s ta s contienen ze olitas q u e son m inerales p oro sos qu e pued e n ca m biar iones N a + por iones C a 2+ q u e se encuentra en el a g u a . D e b id o a que tod o s los c o m p u e s­ tos d e sodio son solubles y no se fo rm a n d ep ó sito s no ­ civos co m o resultado d e ión sodio. L a ze olita se regenera a su fo rm a original la vá nd ola con una fuerte solución d e salm uera N a C I. L o s 2 p rocesos d e a b land a m ie nto y regeneración p u e ­ d en representarse por esta reacción: •

Ablandam iento:

2 N a + (zeolita) + Ca2+(ac., - 2Na+(ac.> + Ca2+(zeolita)

Regeneración: C a 2+ (zeolita) + N a X I (ac, = N a (zeolita) + C a 2~CI2(ac,

Proceso de potabilización 1. 2. 3.

R e c e p c ió n de las a g u a s del río. Separación en tanque de almacenam iento (depósitos). Sedim entación. Se p a ra ció n d e partículas groseras (tam a ñ os g rand e s) q u e por su m ayo r den sid ad se

Q

4.

5. 6.

va al fo n d o de los tanq ue s de a lm acena m ie nto y las m aterias orgánicas de m e nor d en sid ad que flotan en el a g u a . Floculación. S e adicionan co ag ulantes producto q uím ico co m o A I K ( S 0 4)2; F e S 0 4; F e ( O H ) 3; A I ( O H ) 3; junto con cal; producen una alteración d e tipo elec­ trostáticos de las partículas coloidales en s u sp e n ­ sión; de tal m anera que se aglom eren fo rm a nd o partículas g rand e s para pod e r sep a rar (llam adas floc). Filtración. L o s flóculos se separan por filtros de agu a y p asan a otro proceso. Tratam iento bacteriológico. S e elim inan las s u s ­ tancias patóg e nas o g é rm e n e s añad ie n d o su s tan ­ cias bactericidas. Cloración (con la finalidad d e purificar el a g u a ). C u a n d o se a ñ a d e cloro al a g u a , reacciona con las bacterias presentes y las d estru ye. C o m o resultado de esto s, los fallecim ientos por fiebre tifoidea, e n ­ fe rm e da d ca u s a d a por el bacilo típico que p ued e e ncontrarse en el a g u a , han d esapare cid o . O zonización (utilizado com o purificación), m ata las bacterias y otros m icroorganism os que están en el a gu a . Fluoración. A ctu a lm e n te se añ ad e n en p eq ueñ a cantidad para prevenir las caries d en tales, estas dosis d eb e n ser controladas ya que en e xc e so es dañino ocasion a n d o el m al d e n o m in a d o fluorosis.

<4 SIDERURGIA H IE R R O (F e ) E s el m ás a b u n d a n te d e los m etales con la única e x ­ cepción del alum inio, hab ié nd ose obtenido el metal ya en é po ca s prehistóricas. A p a rte d e p eq u eñ as cantida­ des en e stado nativo en los m eteoritos, se halla en for­ m a d e ó xid o s , carbonatas y sulfuras. La s m e nas m ás e xp lo tad as son: Magnetita ( F e 30 4): ó xido ferroso férrico. E s el m ás puro. Óxido férrico anhidro: ( F e 20 3) cuyo s m inerales son el Oligisto y la hem atites roja. Limonita: óxido hidratado ( F e 20 3, n H 20 ) . C a rb o n a to ferroso o siderita ( F e C 0 3) Pirita de hierro. F e S 2 tostado p reviam ente a 15 0 0 ° C . O btención del hierro a. Procesos metalúrgicos fundam entales. E l punto de partida en la m etalurgia del hierro es su óxido , ya sea natural u obtenido por tostación o calcina­ ción de la m ena. P a ra transform ar el ó xido en m etal utilizable se rea­ lizan dos procesos fu nd am e nta le s. 1. Red ucción del ó xido por el m o nóxid o d e carb o ­ no re alizá n d ose las o peraciones en un alto hor­ no en el cual se produce el arrabio o fundición que contiene im p u re zas.

u Im i c a

■

581

2.

b.

A fin a d o d e la fundición en el que se elim inan las im p u re za s obte nié nd ose las dive rsas va rie d a ­ des industriales de hierro. Descripción del alto horno. S u s partes son: 1. Tragante o boca d e ca rg a , con aberturas late­ rales para salida de los g a s e s . 2. Cuba, q u e es de form a tro n c o -c ó n ic a . 3. Vientre, parte cilindrica. 4. Atalajes, tronco de cono con la b ase m e nor h a ­ cia aba jo , que se halla ro de a do d e planchas de acero enfriadas exteriorm ente por el a gua . 5. Obra, z o n a en la cual d e s e m b o ca n las tob e­ ras, conducciones por las que se inyecta aire caliente a presión. 6 Crisol, es d o n d e se recoge el hierro fundido y la escoria. Ex is te n dos orificios, una superior para extracción d e la escoria y otro inferior para la salida d e la fundición.

■400 "C ■700 "C ■1200 “ C ■1400 " C - 1500 °C 1600“ C 1700 °C

Transform ación en el alto horno. E n el alto horno se introduce una m e zcla de carbón d e co q u e , m ine­ ral y carbonato cálcico q ue actúa d e fu nd ente . U n a corriente de aire a sc end e nte produce la com bustión del carbono:

c + o2 —> co 2 E l C 0 2 se reduce m ediante el co que al rojo: C + C 0 2 = 2CO E l m o n óxid o de ca rb ono actúa de reductor de los ó xidos d e hierro C O + F e 20 3 C O + FeO

C 0 3+ 2Fe O - C 0 2+ F e

E l hierro fundido g otea en el crisol. L a elim inación de la g a n g a silícea del mineral de hierro se realiza m ediante la form ación de una e s­ coria d e silicato cálcico m ediante las reacciones. C O ,C a fu nd ente

. C O .2(9)

C a O .»

S i 0 2 + C a O (s) —> S i 0 3C a (i, ganga escoria Si la g a n g a fu ese ca liza, se em plea ría com o fun­ den te arcilla. L a escoria fundida cae al crisol d o n d e , por su m e ­ nor d e n sid ad , flota sobre el hierro fu ndido. Fundiciones. E s el producto o btenido del alto horno. Cem entita (CFe3). Tem p era tura 13 0 0 ° C en los atalejes. E l ca rb ono se halla disuelto en el hierro for-

582

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

m a n d o el carburo de hierro, se obtiene la fundición blanca. La s fundiciones blancas son d e n sa s (p = 7 ,5 g/cm 3) y no son a ptas para el m o ld e o , por exp e rim en ta r fusión p astosa y son du ra s. S e destinan para la o b ­ tención de a ceros. Fundición gris. C u a n d o la tem peratura en los a ta ­ lajes = 15 0 0 ° C , el ca rb ono se halla parcialm ente en form a de grafito. L a fundición gris, es m e n o r d e n sa (p = 7 g/cm 3) fu n ­ d e (12 0 0 ° C ) d a n d o un líquido fluido (12 5 0 ° C ) que p ued a m oldearse fácilm ente. Afinado de la fundación: hierro dulce y aceros. C om p osició n : C: 3 - 5% S: 0 ,0 1 - 1 % S i: 0 , 5 - 4 % P : 0 ,1 - 2 % M n : 0 ,5 - 3 % E l objeto de afin ado es principalm ente el conseguir eli­ m inar el carbono (descarburación). E n el afinado se elim inan tam b ié n, total o parcialm ente, los otros elem entos e xtra ñ os. Los aceros. S e obtienen cua nd o la proporción de carbono se encuentran < 1 ,5 % C . Hierro com ercial. Proporción inferior al 0 ,5 % C . L o s procedim ientos d e afin ad o son tres: a.

Pudelado. S e elim inan las im p u re za s del C , se co­ locan los lingotes d e fundición en la solera d e un horno d e re verbe ro , las llam as reflejadas d e s d e el techo y las pare d es laterales sobre el hierro fundi­ do o xida n sus im p u re za s . A m edida que e sta s se elim inan, el hierro adquiere consistencia p astosa, d e b ie nd o re m ove rse con g a n c h o s, operación que se llama P u d e la r y que se realiza m an ualm ente ; se e xtrae finalm ente el hierro con los g a n c h o s, g olpe án do le m ediante un martillo hidráulico para exp ulsa r las escorias. E l procedim iento ha perdido im portancia ante el m é to do Bessem e r.

c.

S e a ñ a d e a la fundación a afinar algo de aleación d e fe rro m a n g a n e so , la presencia de la cual perm ite la oxidación d e casi tod o el carbono sin q u e el hie­ rro se oxide. L a ra p id e z del p roceso im pide que se obte nga n a cero s finos. Procedim iento de Siem ens-M artin. L a oxidación d e las im p u re za s se realiza en un horno abierto, e n el que la calefacción se realiza m ediante el calor producido en la com bustión del g as pobre ( C O + N 2) con e xc e s o del aire. E n la solera del horno se coloca la fundición m e z ­ clada con óxido férrico y chatarra de hierro (que se halla o xid a d a ) y un fu nd ente . L a oxidación de las im p u re za s se realiza m ediante el o xíg e n o de ó xido férrico del mineral o d e la ch a ­ tarra. E l fu ndente form a una escoria q u e flota sobre la m asa fundida y la protege de la oxidación. L a operación es m ás lenta que el Bessem er pero pue­ de regularse mejor y el producto obtenido es m ás uni­ form e. S e obtienen de 100-200 toneladas cada 10 h. L o s hornos eléctricos se aplican en m anufacturas d e acero , con el m ism o fu n d am e n to del procedi­ m iento d e S ie m e n s-M a rtin . A ve n ta ja n d o a este en las e le v a d a s tem peraturas q u e p ued e n a lc a n za rs e y en la ra p id e z del proceso. R evestim iento de acero Revestim iento refractorio

I Aire com prim ido Soplantes

Gases calientes -

ru e y u

Solera

H ierro fundido

Horno de reverbero

b.

Procedim iento Bessemer. S e fu n d am e n ta en la oxidación d e las im p u re za s haciendo burbujear aire caliente en el hierro fu nd id o. E l calor d esprendido en las reacciones m antiene el metal fundido. L a operación se realiza en a paratos llam ados c o n ­ vertidores suele durar unos 20 m inutos, re gulán do ­ se su duración por o bservación d e la coloración de las llam as qu e salen por la boca del convertidor.

Horno abierto Siem ens-M artin

Q

3 F e + 4 H 20 -

Aceros Especiales L a industria precisa m ateriales d e e le va d a d u re za , re­ sistencia al ch oq u e, a la tracción, etc. S e precisa m ejorar en las cualidades m ecánicas de los acero s m ediante su aleación con otros e lem entos. Su e le n alearse con 1 5 % d e w olfram io; 4 % de C r; 1 %

F e 30 4 + 2 H 2

S + F e -> S F e E l F e ataca a los ácidos diluidos no oxida ntes, d e s ­ p la za n d o el hidrógeno y fo rm a n d o sales ferrosas. F e + 2 H C I —> F e C I 2 + H 2 F e + H 2S 0 4 —> F e S 0 4 + H 2

Ejem plos: Acero para la construcción. V ig a s de puentes; chasis, a u to s, 3 % de N i, 1 % d e C r y p e q u e ñ a s c a n ­ tidades de M n y V. Acero para rieles. Construcción de rieles: 1 0 % de M n. Acero inoxidable. Utensilios dom ésticos: 1 2 % de Cr. Propiedades físicas: Aceros Hierro puro: B lanco grisáceo p = 7 ,9 g/cm 3 Tem p era tura fusión: 1 5 2 7 °C C o n d u c to r del calor y la electricidad. S e im anta en el c a m p o m ag né tico , usand o la im an­ tación al cesar la acción inductora. Los aceros son sólidos g risáceos. T em p era tura fusión: 14 2 0 ° C ; d ep e n d ien d o d e su contenido en carbono. S e im antan en el ca m p o m agnético, co n se rvan d o el m ag ne tism o a u n q u e cese la acción inductora. L a s p ropiedades m ecán icas de los aceros d e p e n ­ den del contenido en carbono y tam bién d e la v e ­ locidad de enfriam iento o tratam iento térm ico que reciben.

extradulces dulces duros extraduros

E l ácido nítrico y sulfúrico co ncentrados en frío no atacan al hierro, pudiendo g uard a rse en recipientes construidos en dicho m etal pero en caliente si lo ataca. 2 F e + 6 H 2S 0 4 -a F e S 0 4 + 3 S 0 2 + 6 H 20 F e + 4 H N 0 3 -> F e ( N 0 3)3 + N O + 2 H 20

<4 HALÓGENOS F, C l, Br, I Denom inados engendradores de sales al com binar­ se con los m etales form an sales haloideas. F

Cl

Br

1

Estad o físico

gas

gas

líquido

sólido

Color

amarillo pálido

amarillo ve rd uzeo

rojo pardo

gris negruzco

Tem p. fusión

- 2 2 3 °C

- 1 0 2 °C

- 7 , 8 °C

114 °C

59 °C

184 °C

Tem p. ebullición - 1 8 7 °C - 3 3 ,6 °C

Flúor (F)

Clases de aceros A c e ro s A c e ro s A c e ro s A c e ro s

583

Fo rm a c ió n del sulfuro calentando al rojo vivo.

d e va nad io.

•

■

u ím ic a

0 ,1 5 % C 0 ,1 5 - 0 ,2 5 % C 0 ,4 5 - 0 ,6 % C 0 ,7 % C

P a ra ve r su propiedad d e elasticidad del acero , ductibilid ad y m aleabilidad d e b e enfriarse lentam ente. Tem plado. E l acero se callenta a e levad a tem p eratu­ ra y se enfria b ruscam ente introduciendo en el a g u a o aceite u otro líquido frío; m odificándose sus principales m ecánicas. M e d ia nte el tem plado a u m e n ta la resistencia a la ruptu­ ra, la d u re za y la elasticidad, a la v e z el acero se vue lve frágil y p or ello no sería utllizable en m uch os ca sos. Recocido. C o n la finalidad d e perder la d u re za del a ce ­ ro, se calienta este hasta una tem peratura inferior a la q u e calentó antes del tem p la do ; con ella se dism inuye la fragilidad. Propiedades quím icas del hierro E l hierro arde en presencia del origen puro:

S e encuentra co m bina do en la na tu rale za ejem plo: fluo­ rina o e sp a to flúor, fluoruro d e calcio ( C a F e 2). H 2S 0 4 + C a F 2 = C a S 0 4 + 2 F 2 + H 2 C o lo r am arillo pálido y d e olor irritante. E s el elem ento que posee m ayo r e nerg ía quím ica. S e com bina con el H en la o scuridad, a una baja tem peratura con explosión. O x id a n te p o d e ro so . C o m o propelente de los cohetes esp a cia le s. L a tetrafluoruro d e hidrazina ( F 4N 2) así co m o el ó xido de flúor ( F 20 3). E l F se com bina con el xe n ó n (gas noble) F 2X e , F 4X e , F 6X e . L a m e zc la : flúor (8 0 % ) y o xíg e n o (2 0 % ) co m p u e s ­ to soluble en el jug o celular h u m a n o y provoca en nuestro o rganism o una anestesia profunda e ino­ cua; por lo q u e se utiliza com o anestésico total y seguro. Fluo ruro d e sodio se a gre ga al a g u a potable para reducir la caída de los dientes en los niños. Y en las p astas dentífricas ( S n F 2).

3 F e + 2 0 2 —> F e 30 4 E x p e rim e n ta el fe n ó m e n o de: Corrosión: E l F e en presencia de a g u a (aire h ú m e ­ d o) y a 7 0 0 °C se d e s c o m p o n e al va p o r d e a g u a .

Cloro (Cl) N o se e ncuentra libre en la n a tu ra le za , debido a su gran e nerg ía q uím ic a, a bun da co m bin a do , tom a nd o cloruros:

584

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Ejem plos:

Yodo (I)

Cloruro sódico: (C IN a ) Sa l m arina Sa l gem a Carnalita: cloruro potásico con cloruro m agnético. K C I - C I2M g + 6 H 20 Obtención. Electrólisis del cloruro sódico (fundido) Procedim iento d e D e a c o n : H C I + 0 2 + 4 C IC u = 2 H 20 + 4 C I 2C u Deacon Lu e g o :

2 C u C I2

calor

► C l 2+ 2 C IC u

Propiedades: A.

Físicas: E s un g as ve rd e am arillento de olor sofocante que provoca la tos y respirado en cantidad algo considerable produce la hem optisis y la m uerte. El g as es soluble en a g u a , o bte n ié n d ose (agua en cloro).

B. Químicas: S e com binan con otros elem entos con e xp lo ­ sión liberando gran cantidad de calor. E l cloro arde en atm ósfera de H 2. P ro p ie d a d e s d ecolorantes, oxida ntes y desin­ fectantes. Su aplicación: E s en el b lanqueo de las fibras textiles, com o lejía y en la fabricación de cloruro de calcio. C o m o bactericida en el tratam iento del a gua .

Bromo (Br) S e encuentra co m b in a d o , fo rm a nd o brom uros sódicos y m ag nésicos. D e olor re pu g na nte, que atacan los órga no s respi­ ratorios. Líq u id o de color rojo pardo o scuro, m uy d e n so . A tem peratura ordinaria d esp re nde va p o re s de co ­ lor rojo p a rd u zc o . E s un agente d ecolorante y o xidante indirecto. S e diferencia del cloro ya que no se com bina con el hidrógeno. E s m u y corrosivo y volátil. S e obtiene algo d e brom o de los brom uros que hay en los p o zo s salinos y lagos salados. ^ 9 ^ r2(ac) + C i 2irj¡ —> M g C I2(ac) + B r2(|, S e usa en la preparación del dlbrom oetileno: C 2H 4B r2. E l dibrom oetileno se usa con el plom o tetraetilo P b ( C 2H 5)4 y el plom otetram etilo: P b ( C H 3)4 llam ado etilo fluido, aditivos q ue se encuentran en la m ayo ría d e las gasolinas. E n la preparación del brom uro de plata A g B r, c o m ­ ponentes sensibles a la lu z d e las placas y películas fotográficas.

E l Y o d o se presenta en cristales n e gros, con brillo m e ­ tálico, cuya presión de va p o r es relativam ente e le va d a , por lo que da fácilm ente un va p o r violeta; su actividad quím ica es m o d e rad a . E l 9 0 % del yod o se obtienen d e la salm uera que brota con el petróleo en los ca m po s petroleros (contenidos de N al y M g l2). E l cloro se hace burbu­ je a r en la salm uera d o n d e d e s p la za el yo d o . M g l 2iaC i r C l2jg) —> M g C I2(ac) + l2(sl El yodo se usa principalmente en la preparación del an­ tiséptico tintura de yodo solución al 2% de l2. en etanol, con una pequeña cantidad de yoduro de sodio. El yodo componente importante de las glándulas tiroi­ des. Esta segrega la tiroxina que contiene 65% de yodo. C u a n d o la glándula tiroides recibe insuficiente yo d o se produce el bocio que es una hipertrofia de esta g lán du ­ la, para c o m po n e r esta deficiencia de yod o d eb e a gre ­ garse al a g u a potable a un 0 , 02 % de yod uro de sodio; a p ro xim a d a m e n te a la sal de cocina, para producir la sal y o d a d a .

<4 QUÍMICA APLICADA Los Superconductores L o s co nd uctore s norm ales p resentan pérdidas cua nd o circulan corrientes en su interior, esto se d e b e a que la resistencia que p ose en al p aso de una corriente eléctri­ ca , tran sform a parte de la e nerg ía eléctrica en e nerg ía térm ica. Sin e m b a rg o , a lgu nos m ateriales se co m p o r­ tan de fo rm a e xtraña a m uy bajas tem p eratu ra s. E s to s m ateriales, d e n o m in a d o s su p erc on d u c to res, cua nd o son som e tid os a una tem p eratura m ayo r q ue una cier­ ta tem p eratura crítica (diferente para cada m aterial) p resentan alta resistencia, por lo general m uch o m ayo r que un conductor norm al y de esta m anera decim os que el m aterial se encue ntra en su esta do norm al. P o r el contrario, por deb a jo d e la tem p eratura critica p resentan un fe n ó m e n o en el cual la resistencia eléctri­ ca d ism inu ye rápidam en te hasta llegar a cero, decim os en to n ce s que el m aterial se e ncue ntra en su e sta d o s u ­ perconductor. O tra d e las p rop ie d ad e s que caracteriza a e sto s m ateriales es la e xp ulsión de c a m po m agnético en el e sta d o sup ercond ucción conocida m ás c o m ú n ­ m e nte co m o el efecto M e issner. E s ta última es la pro­ piedad esencial del e sta d o superconductor. C u a n d o el m aterial pasa del e stado norm al al e stado superconductor, el cam bio en la resistividad p u e d e ser m uy a bru pto y se produce lo q ue en física se den om in a cam bio de fa s e . Si m iram os el m aterial a una tem p era ­ tura m ayo r q ue la crítica, enco ntrare m os p ropiedades m arcad a m en te distintas a las que ve rem o s a te m p e ra ­ turas m e n ore s que la crítica. Fund am entalm ente hay dos ra zon es por las que estos materiales despiertan tanto interés. L a primera es de índole económ ica. P a ra hacer uso de las propiedades superconductoras de un material hay que enfriarlo por

Q

debajo de una tem peratura crítica, cuanto m ás baja sea la tem peratura a la que se deba trabajar, m ayores serán los costos de refrigeración. Si para alcanzar el estado de superconductividad debe operarse a tem peraturas infe­ riores a los 20 K , es necesario em plear helio líquido. A tem peraturas m ás altas se puede trabajar con hidrógeno, pero por encim a de 80 K se puede usar aire líquido, uno de los materiales refrigerantes m ás baratos que existen. C u a n d o se superen ciertos inconvenientes de carácter técnico, los nuevos superconductores se podrán em plear a escala industrial sin m ayores costos de refrigeración. P e ro hay una seg u nd a ra zó n por la que los físicos están Interesados en estos m ateriales. H o y , d esp ué s de algo m ás d e un a ñ o de trabajo, hay una g en e ra liza d a convic­ ción de que se está frente a un nu e vo fe n ó m e n o físico. La teoría qu e consiguió explicar el com portam iento de lo que p od e m o s llam ar superconductividad co n ve n cio ­ nal, (no p u e d e hacerlo propio con la superconductivi­ dad a tem peraturas tan altas. L o s m e can ism os que dan origen a la superconductividad en estos n u e vo s m ate ­ riales son p robablem ente distintos a los conocidos. Si esto es a sí, los físicos se encuentran frente a un gran d esa fío: co m prend e r y explicar a qué se d eb e la sup er­ conductividad de alta tem peratura crítica. L a aplicación m ás Im portante por el m om ento es la pro­ ducción de ca m po s m ag néticos, que se e m p lea n , prin­ cipalm ente, en los laboratorios de física con fines de in­ vestigación en el cam po de la física, tam bién se utilizan e lectroim anes superconductores para generar ca m po s m agnéticos altam ente esta bles, útiles en los estudios de la resonancia m agnética nuclear y la m icroscopía electrónica de alta resolución. Tam bién son utilizados en las cá m aras de burbujas que sirven para la d etec­ ción de partículas y que requieren ca m po s m agnéticos m u y intensos.

Plasma E s un esta do d e la m ateria, g eneralm en te g a s e o s o , en el que algunos o todos los á to m os o m oléculas e stá n disociados en form a d e iones. Lo s plasm as están co n s­ tituidos por una m e zcla de partículas neutras, Iones p o ­ sitivos (átom os o m oléculas que han perdido uno o m ás electrones) y electrones n e gativos. U n plasm a es con­ ductor de la electricidad, pero cua nd o su vo lum e n su ­ pera la llam ada longitud de D e b y e presenta un co m p o r­ tam iento eléctricam ente neutro. A escala m icroscópica, qu e corresponde a d im ensiones Inferiores a la longitud de D e b y e , las partículas de un plasm a no presentan un com portam iento colectivo, sino que reaccionan in­ dividualm ente a perturbaciones com o por ejem plo un c a m po eléctrico. E n la Tierra, los pla sm a s no suelen existir en la natu­ ra le za , salvo en los re lá m pa go s, que son trayectorias estrechas a lo largo de las cuales las m oléculas de aire están io n izad as a p ro xim a d a m e n te en un 20 % y en al­ g u n a s zo n a s de las llam as. L o s electrones libres de un m etal tam bién pued e n ser considerados co m o un p la sm a . L a m ayo r parte del U n ive rs o está fo rm a do por

u ím ic a

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585

materia en esta do pla sm a . L a ionización está causad a por las e le va d a s tem p eratura s, co m o ocurre en el Sol y las d e m á s estrellas, o por la radiación, com o suced e en los g a se s interestelares o en las ca p a s superiores de la atm ó sfe ra, d o n d e produce el fe n ó m e n o d en om in ad o aurora. L o s p lasm as p ued e n crearse aplicando un cam po eléctrico a un g as a baja presión, co m o en los tubos fluorescentes o d e neón . Tam b ié n p ued e crearse un plasm a calentando un gas neutro hasta tem peraturas m uy altas. E n g ene ral, las tem peraturas son d em a sia do altas para aplicarlas e xte rn am e n te , por lo que se calien­ ta el g a s internam ente inyectando en él, iones o elec­ trones de alta velocidad que pued e n colisionar con las partículas d e g as y aum enta r su e nerg ía térm ica. Lo s electrones del g as tam bién p ued e n ser a celerad os por ca m po s eléctricos e xte rnos. Lo s iones p roced en tes de estos plasm as se e m plean en la industria d e sem icon­ ductores para grab a r superficies y producir otras altera­ ciones en las p rop ie d ad e s d e los m ateriales. E n los plasm as m uy calientes, las partículas adquieren suficiente e nerg ía com o para producir reacciones nu­ cleares al colisionar entre sí. E s ta s reacciones de fu ­ sión son la fu ente de calor en el núcleo del S o l, y los científicos intentan crear en los laboratorios plasm as artificiales d o n d e las reacciones de fusión p uedan pro­ ducir e nerg ía para g ene rar electricidad.

Cristales líquidos Lo s m ateriales de cristal líquido tienen g eneralm en te varias características co m u n e s. En tre estas están la estructura m olecular, la rigidez del eje largo, los fuertes dlpolos y los sustitutos del dipolo y/o fácilm ente polarizable. L a característica que distingue del esta do cristalino lí­ quido es la tendencia de las m oléculas (m eso ge n s) de apun tar a lo largo de un eje c o m ú n , llam ado el director. E s to está en contraste a las m oléculas en la fase líqui­ d a , que no tienen ningún orden intrínseco. E n el d e e stado sólido, las m oléculas están fuertem ente ligadas y tienen poca libertad de translación. El orden de característica orientacional del e stado cristalino lí­ quido está entre el sólido tradicional y las fases líquidas y esta es el origen del e stado m e so g enic, usado com o sinónim o con el e sta d o cristalino líquido. S e puede o b ­ servar la alineación m edia d e las m oléculas para cada fase en el d iagram a siguiente: Cristales líquidos

H l lis • -t Sólido

C ristal líquido

Líquido

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C

o l .e c c i o n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

A ve c e s es difícil determ inar si un material está en un e stado cristalino o d e cristal del líquido. L o s m ateria­ les cristalinos d em u e stran un orden periódico de rango largo en tres d im e nsio nes. P o r definición, un liquido isotrópico no tiene ninguna orden orientacional. La s sustancias qu e no están o rd e n a d a s com o un sólido, con todo tienen cierto g rad o de la alineación correcta se llam an cristales líquidos. P a ra cuantificar cuánto orden está presente en un m a ­ terial, se define un parám etro de orden (S ). Tradicio­ nalm ente, se da el parám etro de orden viene d ad o por: S = (1/2) (3cos“H - 1 ) d o n d e (0 ) es el ángulo entre el eje director y el eje largo de cada m olécula. Lo s corchetes d en otan un prom edio sobre las m oléculas en la m uestra. E n un líquido iso­ trópico, el prom edio de los térm inos del co sen o es cero y, por lo tanto, el parám etro del orden es igual a cero. P a ra un cristal perfecto, el parám etro del orden e va lu a ­ do es 1 . Lo s valores típicos para el parám etro d e orden del rango de un cristal líquido son entre 0 ,3 y 0 ,9 , con el valor exacto función de la tem p eratura, com o resultado del m ovim iento m olecular cinético. E s to se ilustra abajo para un m aterial d e cristal líquido nem ático

La s proteínas y las e n zim a s tam bién son polím eros na ­ turales los cuales han inspirado a la creación d e n u e vo s p olím eros, pero estos en form a sintética. Lo s polím eros sintéticos, d e n o m in a d o s plásticos y ca u­ ch os, com piten con los polím eros naturales ya que la m ayo ría d e ellos tratan de igualar a un polím ero natural, solo con la diferencia que estos tienen com o b ase de producción a la industria petroquím ica, la cual a yu d a a la transform ación de los m o n ó m e ro s. L a m ayo ría de los polím eros q ue el hom bre utiliza son los polím eros sintéticos, pero tam bién esto tiene una gran desve ntaja ya que no son biodegradables y se o b ­ tienen d e una fuente no re novab le , com o lo es petróleo. E n la actualidad se está trabajando cada v e z m ás en la investigación y desarrollo de la tecnología de los polím eros, ya q ue nos ha a yu d a d o en la creación de m ateriales d e construcción resistentes a tod o tipo de cam bios. Lo s polím eros sintéticos han re e m p la za d o a m uch os m ateriales inorgánicos y han creado n ue vo s usos y aplicaciones en la vida diaria. L o s polím eros clásicos com o el polietileno, polipropileno, poliestireno entre otros son m u y b u en os dieléctricos y sus aplica­ ciones han sido m u y representativos com o aislantes. Sin e m b a rg o , d iseñar m oléculas orgánicas que tengan conductividad eléctrica, tales co m o polím eros c o nd uc­ tores, cuya s p ropiedades y características han hecho posible la obtención de m ateriales a v a n za d o s con usos innovad ore s.

Celdas de combustión

L a tendencia d e las m oléculas del cristal liquido a ali­ nearse a lo largo del director conduce a una condición conocida com o anisotropía. E s te térm ino significa que las características de un material d e p e n d e n d e la di­ rección en la cual se m iden. P o r ejem plo, es m ás fácil cortar un p e d a zo d e m adera a lo largo de la vela que tran sversalm e nte . L a na tu raleza anisotrópica de los cristales líquidos es re sponsable d e las características ópticas únicas exp lo tad as por los científicos y los inge­ nieros en aplicaciones.

Polímeros Del griego poli (m u ch os) y m eros (partes). E s una gran m olécula construida ya s ea por un par de á to m o s (m onóm ero s) o hasta cientos d e átom os en form a lineal, ram ificada interconectadas tridim ensionalm ente. L o s polím eros se clasifican en: N aturales (biopolím eros) Sintéticos L o s polím eros naturales co m o lo dice su no m b re, los obte n e m o s de la n a tu ra le za , m uch os de ellos son e se n ­ ciales en la vida . U n gran ejem plo son el A D N y A R N , los cuales tienen una estructura polimérica b asa da en unidades de a zú c a re s .

U n a celda de com bustible g ene ra electricidad y calor a partir d e la com binación electroquím ica de hidrógeno y o xíg e n o sin necesitar, durante el p roceso, de ningu­ na clase d e com bustión. A d e m á s d e la g eneración de e nerg ía en form a de electricidad y calor las celdas de com bustible, a m odo de sub prod ucto, gene ra n agua con un 100% de p u re za . L a fabricación d e la prim era celda de com bustible data del a ñ o 18 3 9 y fue creada por Sir W illiam G r a v e , quien fue un honorable ju e z de G a le s y un gran científico. P e ro no fue sino hasta 19 6 0 cua nd o hubo un ve rd ad ero interés en estas celdas com o g ene ra do re s prácticos. F u e ahí cua nd o el p rog ram a espacial de E s ta d o s U n i­ dos las em pleó en v e z d e utilizar energía solar o la peli­ grosa e nerg ía p roveniente de un g en e ra do r nuclear. D e este m o do fueron provistas d e electricidad las fa m o sa s n a ve s a m erican as G e m in i y A p o lo . D ich a s celdas se co m po ne n d e dos electrodos que se encuentran s e p a ra d o s por m edio de un electrolito. L a g eneración d e electricidad se produce a través de un proceso que co m ie n za cu a n d o el o xíg e n o pasa p or uno d e los electrodos y el hidrógeno p asa por el otro. D u ­ rante este p a so , el hidrógeno se disocia en electrones y protones: los electrones son c a n a liza d o s por un circuito apa rte, lo que resulta en la e nerg ía g e n e ra d a . C o m o resultado final d e tod o este p roc eso , es que se produce la corriente eléctrica, el calor y tam bién el a g u a pura.

Q

u ím ic a

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tam bién en turbinas a g as.

de á to m os y m oléculas. E n 19 5 9 , el gran fisico escribió un artículo que a n aliza b a cóm o los orde na do re s trab a ­ jando con átom os individuales podrían consum ir p oq u í­ sim a energía y conseguir ve locid ades a so m b rosa s. Ex is te un gran co nse nso en que la nanotecnología nos llevará a una seg und a revolución industria! en el siglo X X I tal co m o anunció hace unos a ñ o s . C h arles Ve st (expresidente del M IT ).

Nanotecnología

Biotecnología

L a palabra nanotecnología es u sa da e xte nsiva m ente para definir las ciencias y técnicas que se aplican a un nivel d e na no esca la , esto es unas m edidas e xtre m a ­ d am e n te p eq u eñ as n a n o s que perm iten trabajar y m a ­ nipular las estructuras m oleculares y sus á to m o s. E n síntesis nos llevaría a la posibilidad de fabricar m ateria­ les y m áq u inas a partir del reordenam iento de á to m os y

L a biotecnología es una actividad multidisciplinaria, que se sustenta en el conocim iento de frontera o punta g e ­ nerado por disciplinas m ode rna s (biología m olecular, bioquím ica, bíoingeniería, biología ve ge tal, m icrobiolo­

Si bien una sola celda d e com bustible no produce g ran ­ d es cantid ad es de corriente eléctrica, es posible api­ larlas en varias ca pa s y asi o bte n er un m onto eléctrico m ayor. L o s usos q u e se le dan a las celdas de com bustible son varios y g u ard a n relación con la generación de electri­ cidad en autom óviles de última g ene ració n, así com o

m oléculas. E l desarrollo d e esta disciplina se produce a partir d e las p ropuestas a Richard F e y n m a n . L a nano te cno lo gía es el estudio, d iseño, creación, sín­ tesis, m anipulación y aplicación de m ateriales, a paratos y sistem as funcionales a través del control de la materia a n a no e scala, y la explotación d e fe n ó m e n o s y propie­ d ad e s de la m ateria a nano escala. C u a n d o se m anipula la m ateria a la escala tan m inús­ cula d e á to m os y m oléculas, d em uestra fe n ó m e n o s y prop ie d ad e s totalm ente n u e va s. P o r lo tanto, científicos utilizan la nano te cno lo gía para crear m ateriales, a p a ra ­ tos y sistem as n o ve d o s o s y poco costosos con propie­ d ad e s únicas. N o s Interesa, m ás q ue su co nce p to , lo q ue representa p otencialm ente dentro del conjunto de investigaciones y aplicaciones actuales cuyo propósito es crear n u e va s estructuras y productos que tendrían un gran im pacto en la industria, la m edicina (n anom e d icina). etc. E s ta s n u e v a s e stru c tu ras con precisión a tó m ic a , ta ­ les co m o n a n o tu b o s d e c a rb ón o p e q u e ñ o s instru­ m e n to s p ara el Interior del c u e rp o h u m a n o p u ed e n In trod ucirn os en una n u e va e ra , tal c o m o señ ala C h a r le s V e s t (e x p re s id e n te del M IT ). L o s a v a n c e s n a n o te c n o ló g ic o s p ro ta g o n iza ría n de esta fo rm a la s o c ie d a d del c o n o c im ie n to con m ultitud de d e s a rro ­ llos con u na g ran re pe rcu sión en su in strum e ntac ión e m p re s a ria l y social. L a nanociencia está unida en gran m edida desd e la d é ­ cada d e los 80 con D re xle r y sus aportaciones a la na­ notecnología m olecular, esto e s, la construcción de nan o m áq uin as hechas d e áto m os y que son ca pa ce s de construir ellas m ism as otros co m p o n e n tes m oleculares. D e s d e e ntonces Eric D re xle r se le considera uno de los m ayo res visionarios sobre este tem a. Y a en 19 8 6 . en su libro Engines o f creation introdujo las prom e sas y peli­ gros d e la m anipulación m olecular. A ctu a lm e n te preside el Fo re s ig h t Institute. E l padre de la nanociencia, es considerado Richard F e y n m a n , prem io N o b e l d e Fís ic a , quien en 19 5 9 pro­ p uso fabricar productos en base a un reordenam iento

g ía , e tc.) y cuyo objetivo es la utilización de este conoci­ m iento para el desarrollo de tecnología limpia, que sea técnica y e con óm icam ente com petitiva, que perm ita, m ediante el uso racional de los sistem as y organism os vivo s, sus productos o partes, ia solución de problem as socioeconóm icos relevantes (ag ropecuarios, salud, contam inación am biental e industrial, etc.). Diversas tendencias de la biotecnología 1 . La s tendencias generales en el sector a g ro p e c u a ­ rio se orientan en la actualidad hacia los siguientes aspectos: O b te n e r plantas transgénicas resistentes a pla­ g a s (virus, bacterias, h o n g os, insectos y herbi­ cidas), resistentes a factores abióticos (seq uía, salinidad, calor, m etales p e s a d o s , etc.): y con características m ejoradas y/o n u e va s (m ayo r contenido de proteína, alm idón, aceite, etc. y m odificación del contenido de aceite, m a d u re z retardada, e tc.). O b te n e r m a p a s g enó m ico s de cultivos principa­ les con el propósito de hacer m ás eficiente y rápido el fitom ejoram iento tradicional. R e e m p la zo de a groquím icos por productos de origen biológico (biofertilizantes, bioinsecticid a s, bioherbicidas, control biológico de plagas, 2.

blopestlcldas, e tc.). L a s tendencias en el sub sector agrícola se orientan hacia: El increm ento en el rendim iento, la producti­ vidad y la calidad de los productos agrícolas (control del crecim iento y del desarrollo de las plantas), desarrollo d e cultivares con rendi­ m ientos increm entados y desarrollo de cultiva­ res con m ayo r calidad nutricional o con m ayo r valor a g re g a d o , com o el m ejoram iento de o lea ­ ginosas. Dism inución en el tiem po y costo de program as de fitom ejoram iento (cultivo de tejidos o m icroprogación in vitro, fitom ejoram iento dirigido y no al a za r). Biopesticidas y control biológico, com o la utili­ za c ió n de fe ro m ona s en el m an ejo de plagas de

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C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

insectos utilización de ho rm o nas juveniles para evitar la m aduración de larvas, uso de bacte3.

rias, uso de p atóg e n os naturales. L a s tendencias en el subsector pecuario se dirigen hacia el increm ento en la productividad y calidad de carne y leche (uso de ho rm o n as), la producción de elem entos d e alto valor a gre ga d o en anim ales transgénicos (antibióticos, vitam inas y e n zim a s ) y la producción de n u e va s va c u n a s e inm unización intracelular.

4.

E n el sector salud las tendencias se orientan hacia la producción d e proteínas d e interés terapéutico (insulina, interferones, e tc.); el desarrollo y produc­ ción de va c u n a s n u e va s; el desarrollo y producción d e sistem as de diagnóstico; el d iseño, producción y m éto do s de adm inistración de fá rm a co s, y la biolo­

5.

gía m olecular del g e n o m a hum a no y m edicina m o ­ lecular. L a s tendencias en el tratam iento de la co ntam ina­ ción am biental va n orientadas hacia tratam iento de a g u a s residuales (aerobio y anae ro bio), biorrem ediación, y tratam iento de sólidos y g a s e s . Es ta s ventajas co m parativas se pued e n resum ir en lo ya e xp ue sto m ás arriba: alta diversidad de e sp e ­ cies y recursos g enéticos y gran bagaje de conoci­ m ientos sobre las p ropiedades de las especies. L a altísim a diversidad de especies de flora, fauna y m icroorganism os ponen al país en una situación exp ectante para utilizarlas en el desarrollo. E s ta s ventajas se refieren especialm ente a lo siguiente: Miles d e especies de plantas y anim ales co no cidas por sus p ropiedades alim enticias, m edi­ cinales, colorantes, cosm éticas, fibras, tóxicas, pesticidas, ornam e ntales, industriales, etc. C erca d e 14 0 9 e species de plantas conocidas por sus p ropiedades m edicam e ntosa s. Varias ce ntenas de plantas conocidas por sus propiedades co m o colorantes, cosm éticas (tin­ tes) y pesticidas. L a investigación y el uso in­ dustrial de los productos p ued e ser una fuente interesante de n u e va s actividades productivas. C erca de 12 8 especies de plantas nativas d o ­ m esticadas con miles de va rie d a d e s y un gran núm ero d e e species silvestres relacionadas con ellas. E s te m aterial genético es de gran im portancia por la obtención de n u e va s varie­ d ad e s y d ar m ayo r capacidad de resistencia a pestes y p lagas.

i

Corrosión

; E s el a ta que destructivo de un metal por reacción q u í­ mica o electroquím ica con su m edio am biente. N ó te s e q ue h a y otras clases de d a ñ o s , com o los ca u s a ­ dos por m edios físicos. Ello s no son considerados ple­ na m ente corrosión, sino erosión o d esg aste. Ex is te n , a d e m á s , algunos casos en los que el a taque quím ico va : a c o m p a ñ a d o de d añ o s físicos y entonces se presenta : una corrosión e rosiva, d esg aste corrosivo o corrosión por fricción. ; A u n así, la corrosión es un proceso natural, en el cual se produce una transform ación del elem ento m etálico a un co m pu esto m ás e stable, que es un óxido. O b s e rv e m o s que la definición que he m os indicado no incluye a los m ateriales no m etálicos. O tro s m ateria­ les, co m o el plástico o la m ad e ra no sufren corrosión; pued e n agrietarse, d e g ra d a rs e , rom perse, pero no co ­ rroerse. G e n e ra lm e n te se usa el térm ino oxidación o aherrum bram iento para indicar la corrosión de! hierro y de a le a ­ ciones en las que este se presenta com o el m etal b ase , i que es una de las m ás co m u n e s. E s im portante distinguir dos clases de corrosión: la corrosión seca y la corrosión h ú m e d a . L a corrosión se llama seca cua nd o el a taque se produce por reacción q uím ic a, sin intervención de corriente eléctrica y se lla­ m a h úm e d a cuando es de na tu raleza electroquím ica, es decir, que se caracteriza por la aparición de una corriente eléctrica dentro de! m edio corrosivo. A g ra n ­ d es rasgos la corrosión quím ica se produce cuando un m aterial se disuelve en un m edio líquido corrosivo i hasta que dicho material se co n su m a o , se sature el líquido. L a corrosión electroquím ica se produce cuando al pone r ciertos m etales con alio núm ero de electrones de vale ncia, con otros m etales, estos tienden a captar dichos electrones libres p rod ucien do corrosión. C o m o se dijo en la definición de la corrosión, está pre­ sente solam e nte en m etales. P o r lo m ism o, una de las m ayo res problem áticas es que la corrosión afecte prin­ cipalm ente a esta clase de elem e ntos. Ello implica m u ­ chos tipos de p roblem as, de los cuales la m ayo ría son bastante serios. A u n a si, m e ncio ne m os que este proceso en sus va ria ­ d as form as (dentro de las cuales se puede presentar) va produciendo un deterioro considerable en las clases de m etales que afecta, los cuales con el tiem po, si no son tratados, inducen a su com pleta destrucción, lo cual implica tam bién e n orm e s pérdidas e con óm icas y de producción.

Q

1,

RESUELTOS

PROBLEMAS

'S

589

H B "

Indicar v e rd a d e ro (V ) o falso ( F ) seg ú n c o rre s ­ ponda:

I.

I.

L o s age ntes q ue provocan la eutroflzación son los fosfatos. II. L o s fosfatos son los ca usan te s de provocar la eutro fiza ció n. E s to s fo sfatos son provenientes d e los d etergentes. III. L a eutroficación es el proceso del crecim iento e xcesivo de plantas.

El es m o g se p ro d u c e po r acción de la luz sob re los g a s e s de e s c a p e de los a u to m ó v ile s

II.

La a cció n de la luz s o b re el N O fo rm a d o en los c ilin d ro s de los m o to re s de c o m b u s tió n inte rna g e n e ra l es el NO ..

III.

El o z o n o es un c o m p o n e n te del es m o g fo to q u ím ico.

R e s o lu c ió n :

R e s o lu c ió n : D e las p ro p o s ic io n e s :

D e a cuerdo a los enunciad o s:

I.

I.

V e rd a d e ro de los a u to m ó v ile s se p ro d u c e la reacción: N , i 0 2 -> 2N O

II.

es te ga s in icia la fo rm a c ió n del esm og. II.

po r a cció n del

0 2 no in te rv ie n e la luz.

III. V e rd a d e ro

L a eutroficación o envejecim iento d e los lagos se d eb e al crecim iento exc esivo de las plantas debido a los nutrientes que llegan por las a ce ­ quias. E s to dism inuye el O - disuelto a fectand o la vida acuática.

III. V e rd a d e ro U no de los c o m p o n e n te s del esm og fo to q u ím ico es el o z o n o ( 0 3) Ind icar si las s ig u ie n te s p ro p o s ic io n e s son v e rd a d e ­ ras (V ) o fa ls a s (F). I.

Los c o n ta m in a n te s p rim a rio s son a q u e llo s qu e p e rm a n e c e n en la a tm ó s fe ra tal y c o m o fue ro n em itid o s p o r la fue nte.

II.

S on c o n ta m in a n te s p rim a rio s el SO .. C O . N O x. etc.

III. S e co n s id e ra co m o c o n ta m in a n te p rim a rio al ozono. R e s o lu c ió n : T ip o s de c o n ta m in a n te s I.

F a ls o Se d e n o m in a n p rim a rio s a a q u e llo s que una ve z p ro d u c id o s sig u e n tra n s fo rm á n d o s e .

II.

F a ls o Los c o n ta m in a n te s : S 0 2 y N O x son prim ario s,

V e rd a d e ro

Lo s fosfatos de los d etergentes llegan a los lagos por los d e sa g ü e s de las ciudades y las acequias.

F a is o El N O in e s ta b le se oxid a a NO

V e rd a d e ro

L a eutroficación d e los lago s, se originan por acción de d etergentes fo sfatad os.

D e b id o a las alta s te m p e ra tu ra s en el c ilin d ro

2.

■

ras (V) o fa ls a s (F).

In d ic a r si las s ig u ie n te s p ro p o s ic io n e s son v e rd a d e ­

3.

u ím ic a

4.

S e ñ a la r las proposiciones ve rd ad e ras (V ) o falsas ( F ) según co rrespondan: I.

L o s detergentes son tensoactivos de cadena lineal son blodegradables no produciendo c o n ­ tam inación. II. U n d etergente al ser una m e zcla que incluye fo sfatos, produce el fe n ó m en o de eutrollzación. III. L o s insecticidas com o el D D T son sustancias contam inantes de ríos y lago s, q ue pued e n te­ ner a ños de actividad antes de d eg radarse. R e s o lu c ió n :

D e las afirm aciones: I.

V e rd a d e ro

L o s detergentes son sales orgánicas sulfonadas de sodio.

ya qu e se tra n s fo rm a n en: S 0 2 - H20 -> H2S 0 4

R - O - S 0 3N a '

N O , -t H .,0 - a H N O ,

S 0 3N a ‘

El C O p e rm a n e c e in ta cto po r lo que es s e c u n ­ dario.

D o n d e R : lineal (biodegradable) R : ram ificado (no biodegradable)

III. F a ls o El ozo no (O ) co m o c o n ta m in a n te se pro d u ce según:

II. N O a U V -> NO + O*

O ’ + 0 2 >O , .-. Es se cu n d a rio

V e rd a d e ro

L o s d etergentes a d e m á s incluyen otras su stan ­ cias com o los fo sfa tos, los cuales son re spo n­ sables de la eutroficación d e lagos.

590

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

III. Verdadero

I.

O tras fo rm a s de c o n ta m in a r el ag ua es: A g u a s n e gras R e la v e s m ine ros

II.

El N O y S 0 2 se transform an en H N 0 3 y H 2S 0 4 re spe ctivam en te , g en e ra n d o la lluvia ácida. III. E l m o nóxid o d e nitrógeno ( N O ) y el dióxido de nitrógeno ( N 0 2) no son reactivos.

D e s e c h o s in d u s tria le s In s e c tic id a s (D D T), etc 5.

E l S 0 2 es uno de los g ase s contam inantes m ás d esa gra d ab le s que se produce al q u e m a r c o m ­ bustible que contiene a zu fre .

In d ic a r v e rd a d e ro (V ) o fa ls o (F ) s e g ú n c o rre s ­

Resolución:

ponda. I.

La lluvia acida es pro v o c a d a p o r los ó x id o s de

II.

Los ó x id o s de azu fre tie n e n c o m o fu e n te d e o ri­

S o b re las afirm aciones: I.

azu fre y n itrógen o. gen las c h im e n e a s de fu n d ic io n e s y m inería. III.

La lluvia acida ca u sa el d e te rio ro de m u ros, p a ­ re des y e s ta tu a s de m á rm ol en las c iuda des.

II.

S o b re ios en u n c ia d o s :

Verdadero

III. Incorrecto

Los re s p o n s a b le s de la p ro d u c c ió n de la lluvia

Tanto los ó xidos g a se o s o s del nitrógeno y a z u ­ fre son bastante reactivos. .-. E s incorrecto solo III.

acida son los ó xid o s: S O , y N O ,

il.

Verdadero Los ó x id o s de a z u fre (S O *) tien en com o fu e n te prin cip a l de p ro d u cció n :’ C o m b u s tió n de ga so lin a

Correcto Lo s g ase s com o el S 0 2y N O se transform an en la a tm ósfera: N O + H 20 - y N H 0 3 S 0 2+ H ,0 -> H 2S 0 4 (lluvia ácida)

Resolución:

I.

Correcto L a q uem a de com bustibles de alto contenido de a zu fre produce el g as S 0 2 un contam inante responsable d e la lluvia ácida.

8.

F u n d ic io n e s

¿ C u á le s de los siguientes son posibles contam i­ nantes del m ar? I. II.

lili. Verdadero El prin cip a l tip o de d a ñ o de la lluvia ác id a es a

R e la ve s m ineros. D e rra m e s de petróleo.

III. D e s e c h o s radiactivos.

las e s tru c tu ra s de m árm ol.

Resolución:

6.

D e te rm in a r las p ro p o s ic io n e s v e rd a d e ra s (V ) o fa l­

Contam inación del mar Al m ar llegan a través de los ríos diferentes sus­

sas (F) seg ún corre sp o n d a : I.

tancias que provocan su contam inación, siendo los principales: D e rra m e de petróleo.

Los o x id o s S O , y N O , son a q u e llo s q u e g e n e ­ ran la lluvia ácida . al d ilu irse en la h u m e d a d a t­ m o s fé ric a y precipitar.

II.

La lluvia ác id a in c re m e n ta el pH de los lagos.

D e s e c h o s industriales. R e la ve s m ineros. D e s e c h o s radiactivos, etc. .-. To d o s son correctos.

III. Los ó x id o s S O , y N O , en g e n e ra l se p roduce n en los p ro c e s o s de c om bustión .

Resolución: De las p ro p o sicio n e s:

I.

Verdadero La lluvia ácida se inicia con la lib e ra c ió n de los óxid o s g a s e o s o s del a z u fre y n itrógen o: S 0 X, N O ,.

II.

Falso La p re c ip ita c ió n de la lluvia ác id a en los lagos, a u m e n ta su acide z, p o r lo que su pH dism in u ye :

9.

Indicar ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) en las siguientes proposiciones: I.

El ácido clorhídrico es uno de los c o m po n e n tes

d e la lluvia ácida. II. E n una zo n a urbana d e b e g enerarse m ás lluvia ácida que en una zo n a rural. III. U n com bustible con alto contenido de a zu fre es un prom otor de la lluvia ácida.

pH < 7: ácido.

III. Verdadero Los g a s e s re s p o n s a b le s de la fo rm a c ió n de la llu v ia á c id a se p ro d u c e n g e n e ra lm e n te en los p ro c e s o s de c o m b u s tió n d e c o m b u s tib le s fó s ile s .

7.

De las s ig u ie n te s p ro p o s ic io n e s , in d ic a r lo in c o ­ rrecto:

Resolución: D e acuerdo a las afirm aciones: I. Fa ls o L o s c o m po n e n tes de la lluvia ácida son los áci­ d os del a zu fre y nitrógeno: H 2S 0 4 y H N 0 3 II. V e rd ad e ro L a producción de los g ase s N O , y S O , q ue ca u­ san la lluvia ácida provienen de la q u em a de

Q u ím ic a

com bustibles fósiles y d e los centros m etalúrgi­ cos, esto afecta a las zo n a s urbanas. III. Verd ad e ro L a gasolina y diesel que pose e alto contenido d e a zu fre gene ra a partir de su com bustión la

II.

■

591

Verdadero L a lluvia ácida es un fe n ó m e n o de co ntam ina­ ción que se inicia con la liberación de óxidos de a zu fre y nitrógeno ( S O , + N O ,) los cuales en la atm ósfera form an:

lluvia ácida.

S O x + H 20

FLS O j

N O , + H 20 -> H N O , (ácidos)

1 0 . S e ñ a la r lo incorrecto en las siguientes proposiciones: L o s principales age ntes que destruyen la capa de o zo n o son los clorofluorocarbonos, llam ados

III. Verdadero E l efecto invernadero es un fe n ó m en o natural

com ercialm ente freones. E l o zo n o a bso rb e la radiación R , im pidiendo q u e este tipo d e radiación llegue de m anera significativa a la superficie terrestre. III. E l o zo n o al nivel del m ar se convierte en un

que evita que todo el calor absorbido por la T ie ­ rra se esc ap e al e sp a cio , solo cua nd o es a n ó ­ m alo genera calentam iento global.

I.

II.

contam inante.

1 2 . Indicar las proposiciones ve rd ad e ras (V ) o falsas ( F ) según co rrespondan: I.

Resolución:

L a com bustión Incom pleta de los hidrocarburos produce sustancias tóxicas com o el C O .

R e s p e c to a los e nunciad o s. II. I.

Verdadero L o s re sponsables de la destrucción de la capa d e o zo n o son los freones C F C I 3 halones C F B , 3, a d e m á s del C C I 4 y el cloroform o.

II.

Falso E l o zo n o a bso rb e los rayos ultravioleta ( U V ) del sol; s eg ún: U V + 0 3 -> 0 2 + O * O * + 0 3 —> 2 0 2

III. Verdadero E n la troposfera, el 0 3 es un contam inante ya q u e contribuye a la form ación del e sm o g urba­ no , a d e m á s produce irritación en todo el siste­ m a respiratorio.

El C O en la san gre , al ser m ás de 200 veces m ás activo con la hem oglobina que el o xíge n o se convierte en un ve n e n o . III. Lo s com bustibles, com o la gasolina liberan al­ rededor de 80 m illones de tone la d as de C 0 3. Resolución: R e s p e c to a los e nunciados: I.

rrolla seg ún: C o m p le ta : com bustible + 0 2 -a C 0 2 + H 20 Incompleta: com bustible + 0 2 -a C O + C + H 20 II.

11. Indicar si las siguientes proposiciones son ve rd a d e ­ ras (V ) o falsas ( F ) , seg ún correspond a. I.

E l agotam iento de la capa de o zo n o , que prote­ g e la superficie de la Tierra, se d eb e fu n d a m e n ­ talm ente al uso excesivo d e los clorofluorocar­

b on os. L a presencia del S 0 2 en la atm ósfera y el ácido sulfúrico qu e esta sustancia prod uce , contribu­ y e al fe n ó m e n o d e la lluvia ácida. III. E l efecto invernadero es un fe n ó m e n o a tm o sfé ­ rico natural que evita que la totalidad de la ener­ gía em itida por la superficie terrestre e sc ap e al espacio y se pierda.

Verdadero L a com bustión de com bustibles fósiles se d e s a ­

Verdadero El m onóxid o de carbono ( C O ) es un gas 2 1 0 ve c e s m ás activo con la hem oglobina de la s a n ­ gre q ue el 0 2, por lo que su Inhalación es tóxica.

III. Verdadero E l dióxido de carbono ( C 0 2) tam bién es un gas contam inante cuya e norm e producción se debe a la com bustión de la gasolina.

II.

Resolución: D e las proposiciones: I.

Verdadero Acc ió n d e los freones sobre el o zo n o : C F C I j + U V -> C F C I 2 + Cl Cl + 0 3 —> C IO + 0 2 C IO + O -> C l + 0 2 A l regenarse el C l vue lve a atalar otra m olécula de o zo n o ( 0 3)

1 3 . R e s p e c to al efecto in ve rn ad e ro , señ alar lo inco­ rrecto. I.

E s el fe n ó m en o m ediante el cual se evita que la

totalidad de la e nerg ía em itida por la superficie terrestre, esc ap e al espacio. II. L o s g as e s del efecto Invernadero son el C 0 2. C H 4, C C I 2F 2 entre los principales. III. E l g as que contribuye principalm ente al efecto invernadero es el C 0 2. Resolución: S o b re el efecto invernadero: I.

Verdadero. B á sica m en te el g as C 0 2 evita que el calor a b ­ sorbido del sol por la Tierra no regrese al e sp a ­ cio y se pierda.

II.

■

C

o l e c c ió n

U

n íc ie n c ia

S

a p ie n s

Verdadero G a s e s invernaderos:

Resolución: D e a cuerdo a las proposiciones:

0 0

592

50%

ch4

19 %

c fc 5

17%

03

8%

n 2o

4%

h 2o

2%

I.

Verdadero L a destrucción de la capa de o zo n o ( 0 3) se d e b e a la acción d e los freones (clorofluorcarbonos)

II.

Falso L a capa de o zo n o que protege la superficie de la tierra se encuentra: Estrato sfe ra

III. Verdadero S e o b se rva del cuadro anterior que el principal responsable d e este efecto es el C 0 2.

— Capa O , Trop osfera Tierra

1 4 . S e ñ a la r las proposiciones ve rd ad eras (V ) o falsas ( F ) según corre spo nd an. I.

que producen el e sm o g en ciudades con a m ­ II.

E n la zo n a inferior de la estratosfera a una alti­ vo de 25 km a p ro xim ad a m e n te .

Lo s ó xido s de nitrógeno en la a tm ósfera son los bientes urbanos d e aire e sta nca do . U n o d e los ó xido s d e nitrógeno ( N O ) se form an

en p e q u e ñ a s cantidades en los cilindros de los m otores d e com bustión-interna. III. L a fotodisociación del N 0 2inicia las reacciones que se asocian con el e sm o g fotoquím ico.

III.

y de m ayo r pod e r o xidante que el o xíg e n o ( 0 2) 1 6 . Indicar ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las proposiciones siguientes: I.

E l o zo n o ( 0 3), es un g as inestable a tem p eratu ­ ra am biente.

II.

E l o zo n o estratosférico ju e g a un papel vital en la Tierra.

Resolución: S o b re las proposiciones: I.

Verdadero E l e sm o g es un fe n ó m e n o de contam inación qu e refiere a una condición d e sa g ra d ab le en un m edio de aire e sta n ca d o , de la cual es re spo n­ sable el ó xido d e nitrógeno: N 0 2+ UV

NO + O-

O * + 0 2 —> 0 3 II.

Verdadero E l esm og fotoquim ico tiene su inicio en los cilin­ dros d e los m otores de com bustión: N 2 + 0 2 -> 2 N O 2 N O + 0 2 -> 2 N 0 2

III. Verdadero C o m o se o b se rva en la prim era proposición, la form ación del e sm o g parte d e la fotodisociación del N 0 2. N 0 2 + U V -> N O + O 1 5 . Indicar con ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) las proposicio­ nes siguientes: I.

L o s clorofluorocarbonos ( C F C ) p ued e n agotar la capa de o zo n o que protege la superficie de la Tierra.

II.

E n la troposfera h a y una alta concentración de o zo n o .

III. E l o zo n o es un fuerte age nte oxida nte.

Verdadero El o zo n o es un g as de color a zu l claro inestable

III. Actu a lm e n te la prueba m ás convincente de que la dism inución del o zo n o estratosférico está ocurriendo realm ente procede de los estudios en la Antártida. Resolución: S o b re los enunciad o s: I.

Verdadero D e b id o a su alto p od e r o xidante el o zo n o ( 0 3) e s m ás inestable que el O ,.

II.

Verdadero El o zo n o de la estratosfera filtra los rayos ultra­ violeta del sol que son nocivos para los o rganis­ m os vivo s de la Tierra.

III. Verdadero Lo s g ase s que destruyen el o zo n o se co n ce n ­ tran en los polos, por esta ra zó n esta zo n a es m ás afectada. 1 7 . ¿ C u á l d e los siguientes g as e s atm osféricos no co n­ tribuyen al efecto Invernadero? I) C 0 2 III) C H 4 V )l2

II) V a p o r de H 20 IV ) o 3

Resolución: G a s e s que contribuyen al efecto invernadero:

Q

Nombre

Fórmula

%

Dióxido de carbono

co2

50

M etano

ch4

19

Freones

c fc 5

17

03

8

O zo n o Ó xido nitroso

n 2o

4

A g u a (vapor)

h 2o

2

L a ecología e s la ciencia que estudia las rela­ ciones q u e existen entre los seres vivo s y el m edio en el q u e se desarrollan. II. L a palabra ecolog ía deriva de oikos = casa y logo = estudio. III. U n ecosistem a es un sistem a ecológico. IV. E n to d o e cosistem a interactúan los e lem e ntos bióticos y los e lem e ntos abióticos. V . L o s e le m e n to s abiótico s s o n los e le m e n to s v iv o s . Resolución: Ecología. C o rre s p o n d e a la ciencia que estudia las relaciones que existen entre los seres vivo s y el m e ­ dio físico o biológico en el que se desarrollan. L a palabra ecolog ía deriva de: oikos: casa logos: estudio S e circunscribe a sistem as ecológicos (ecosis­ te m a s ), el cual incluye las condiciones físicas y los elem entos:

II.

rrectas? I.

A ctu a lm e n te los d e s a g ü e s son tratados para o bte n er un efluente que se usa en el re gad ío d e p arq u e s, jardines y b osq u es. II. Tam b ié n se realiza un tratam iento d e la basura o residuos sólidos m unicipales, d e m an era que se obtiene el biogás que se usa co m o c o m b u s­ tible. III. E l reciclaje del vidrio, del alum inio y de a lgu nos plásticos co m o el polietileno, alivian el proble­ m a d e la acum ulación d e co ntam inantes q u e no se d eg ra da n . Resolución: S o lu c io nes a la contam inación: I.

Correcto L o s eflu entes dom é stico s e industriales antes d e ser vertidos a los ríos o m ares d e b e n ser tra­

593

Correcto E l tratam iento de los sólidos y la basura p ued e producir hum us e m p le a n d o lom brices y biogás co m o com bustible.

III. Correcto E l reciclaje de m ateriales no biodegradables co m o el vidrio, plásticos y m etales alivia la a cu­ m ulación d e sólidos. E s correcto: I, II, III. 20. R e s p o n d a ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las siguientes proposiciones seg ún co rre spo nd a: I.

II.

A s í co m o ocurre con m uch os c o m pu estos o rgá ­ nicos, la com bustión com pleta d e los hidrocar­ b uro s, produce d ióxido d e ca rb ono y a g u a . L a com bustión incom pleta d e un hidrocarburo g ene ra lm en te se evita e m p le a n d o una cantidad

“en e xc e s o ” de aire (o xíg e n o ). III. D e b id o a la presencia d e nitrógeno en el aire y a la cantidad insuficiente d e o xíg e n o , la c o m ­ bustión incom pleta d e un hidrocarburo produce am ina s prim arias. Resolución: R e s p e c to a las proposiciones: I.

Verdadero E l reconocim iento d e la com bustión com pleta d e un hidrocarburo se verifica por los productos

II.

Verdadero L a com bustión incom pleta ocurre cu a n d o el proceso se desarrolla con deficiencia de 0 2, e sto se evita a u m e n ta n d o su concentración.

q ue so n : C 0 2 y H 20 .

bióticos: vivos abióticos: no vivos E s incorrecto: V 1 9 . A c e rc a de las soluciones a los prob le m as d e con­ tam inación am biental, ¿q u é proposiciones son co ­

■

tad o s en lagu nas d e oxidación para que luego se p ued a n usar en re ga d íos.

1 8 . In d ic a rlo incorrecto: I.

u ím ic a

III. Falso E l N 2 del aire es inerte a tem p eratura s bajas por lo que en los p rocesos d e com bustión no for­ m an co m pu estos salvo q ue la tem peratura sea m u y alta. 21. R e s p e c to al petróleo señ ale las proposiciones in­ correctas. I. II.

E s una m e zc la h o m o g é n e a com pleja. U n o d e sus principales d erivad o s es el ácido sulfúrico. III. E l cracking catalítico se utiliza para agra nd ar el ta m a ñ o d e las m oléculas que form an la m e zc la . Resolución: R e s p e c to al petróleo: I.

Incorrecto E l crudo es una m e zc la com pleja que no solo p o se e hidrocarburos, tam bién p o s e e H 20 , lodo sólidos e n susp ensión lo q u e lo hace h e tero gé ­ ne o.

594

II.

■

C

o l e c c ió n

U

S

n ic ie n c ia

a p ie n s

Incorrecto Los c o m p o n e n te s de l p e tró le o se o b tie n e n m e ­ d ia n te la d e s tila c ió n fra c c io n a d a , s ie n d o ios co ­ m unes: G a s lic u a d o (G L P )

•

Lig ro ín a

G a s o lin a

•

K e ro s e n e

D iesel, etc.

III. Incorrecto Las fra c c io n e s p e s a d a s se s o m e te n al c ra c k in g té rm ic o o c a ta lític o d o n d e o c u rre la ru p tu ra de m o lé c u la s p e s a d a s fo rm á n d o s e m o lé c u la s li­ geras. Son in c o rre c to s : I, II, III.

22. D iga q u e re a c c ió n no e s d e c o m b u s tió n : I.

(C H 3)2 C H C H 2C H 3(g) + 8 0 2|g) — — * 5 C 0 2(g) + 6 H 20 (g) + 8 4 3 ,4 kcal

II.

C gra(t0 + (V 2 )O m

C O (g)

III. 0 2(g) + 2 H 2(g)

2 H 20 (gl

IV. C graf¡t0 + 2 H 2(g) — - — ► C H 4(g) V.

C O (g) + (1 /2 ) 0 2

C 0 2(g)

Resolución: Las re a c c io n e s d e c o m b u s tió n s o n p ro c e s o s e x o ­ té rm ic o s d e o x id a c ió n com o: •

(C H 3)2 C H C H 2C H 3 + 8 0 2 — ►

•

C + ( 1 /2 ) 0 2 — ► C O

•

2 H 2 + 0 2 — ► 2 H 20

•

C O + (1 /2 ) 0 2 — ► C 0 2

5 C 0 2 + 6 H 20 + 8 4 3 ,4 kcal

En ca m b io en el p ro c e s o C + 2H 2 — ► C H 4 P o r lo ta n to , la re d u c c ió n d e l c o m b u s tib le e n la re a c c ió n III no e s d e c o m b u s tió n .

23. ¿C u ál d e las s ig u ie n te s fu e n te s c o n trib u y e en m a ­ y o r g ra d o a la c o n ta m in a c ió n a tm o s fé ric a d e las ciu d a d e s m á s p o b la d a s ? I.

P ro c e s o s in d u s tria le s .

II.

Q u e m a d e c o m b u s tib le s en las p la n ta s té rm i­ cas.

III.

E lim in a c ió n d e d e s e c h o s s ólido s.

IV. T ra n sp o rte . V.

In c e n d io s u rb a n o s

Resolución: R e sp e c to a la c o n ta m in a c ió n a tm o s fé ric a e n las

dustriales, com o en la A v . A rg e n tin a , A v . C olonial, A v . V e n e zu e la ; esta se halla relativam ente alejada d e la Z o n a U rb a n a , d o n d e se concentra la p ob la ­ ción. P a ra llegar a la zo n a industrial se em plean las unidades d e tran sp orte, las que por su canti­ d ad gene ra n co nstante m ente congestión vehicular a u m e n ta d o la concentración de g as e s tóxicos ( N O , C O , N 0 2, etc), co m o producto de la com bustión en la atm ó sfe ra. A d e m á s , esto se a g u d iza debido a que el flujo de aire en la zo n a urbana es m ínim a. P o r lo tanto , en ciudades m ás p ob la d as, lo que m ás Influye en la contam inación atm osférica es el trans­ porte. 24. S u p o n g a q ue en una ciudad de 500 000 habitantes h a y 80 000 habitantes que recorren en su vehículo un prom edio de 2 2 ,5 3 km en 24 horas. ¿ Q u é ca n­ tidad d e m o n óxid o d e ca rb ono ( C O ) , se desca rg a por d ía en la a tm ósfera d e dicha ciudad , si la pro­ ducción d e C O es 13 g por vehículo por km ? D e su respuesta en tone la d as. Resolución: E n cierta ciudad d e 500 000 habitantes, 80 000 recorren en sus ve híc ulo s 2 2 ,5 3 km en un día (24 h oras). S e s a b e que p or cada km se libera 13 g de C O . .-. m co = 13 g X 2 2 ,5 3 x 80 000 km m co = 23 4 3 1 200 g m co = 2 3 ,4 T m .

habitantes con ve hículos

25. C o m p le te el siguiente párrafo respecto a uno d e los tipos d e contam inación: “L a c o n ta m in a c ió n ... se p resenta cu a n d o existe m icroorganism os q ue ca usan un desequilibrio e c o ­ lógico en la n a tu ra le za , por ejem plo bacterias, ho n­ g o s , virus, p ro to zo a rio s, etc. E s típica d e aquellas re glones cuya s condiciones de higiene son defi­ cientes, y se p resenta principalm ente en los p aíses e con óm ic am e n te m e n o s d esarrollados. S e puede controlar o prevenir con relativa facilidad en c o m ­ paración con otros tipos de contam inación , si no es el c a s o , p ued e llegar a p rovoca r altos índices de m o rta nd ad en un tiem po relativam ente corto ’. Resolución: C o n ta m in a ció n biológica: O d a ñ o biológico, es un tipo de contam inación q ue produce un desequilibrio ecológico al ingresar m icroorganism os (bacterias, virus, h o n g o s , proto­ zo a rio s , e tc .) a un ecosistem a

ciu d a d e s, la p rin c ip a l fu e n te e s la e lim in a c ió n de g a s e s tó x ic o s , p o r las u n id a d e s d e tra n s p o rte .

Ejem plo En la ciu d a d d e L im a h a y do s z o n a s b ie n d e fin id a s : La Z o n a In d u s tria l, d o n d e se re a liz a n p ro c e s o s in ­

26. R e sp e cto a la disposición d e d ese cho s nucleares indique verd ad ero (V ) o falso (F ) según corresponda. I.

L a s plantas nucleoeléctrlcas no producen C O , que contribuye al efecto invernadero y tam p oco

Q

añ ad e n hollín, c e n iza s volátiles, ó xido s de a z u ­ fre ni ó xidos de nitrógeno a nuestra atm ó sfe ra. II. D e a cuerdo al protocolo de Kio to, uno de sus objetivos es qu e los p aíse s Industrializados re­ d u zc a n el uso de m ateriales radioactivos para evitar sus em isiones. III. E l protocolo de Kioto no contem pla nada respec­ to a la disposición de los desechos nucleares.

595

E l C O p erm a ne ce intacto por lo que es s e c u n ­ darlo. III.

Falso E l o zo n o ( 0 3) com o contam inante se produce seg ú n : N 0 2 + U V — ►N O + O * O * -i- 0 2 — ► 0 3 E s secundario.

D e s e c h o s nucleares:

II.

■

N O , + H 20 — ► H N 0 3

Resolución:

I.

u ím ic a

Verdadero L a s centrales nucleares producen electricidad sin g ene rar C 0 2, hum o (hollín y c e n iza s) S O x, N O ,. Falso El protocolo de Kioto es un acuerdo internacio­ nal para dism inuir el c o nsum o de com bustibles fósiles y evitar el calentam iento global.

III. Verdadero A u n no existe un acuerdo internacional que re­ gule el tratam iento de estos dese cho s.

2 9 . D e las siguientes proposiciones Indique lo inco­ rrecto: I.

E l S 0 2 es uno de los g ase s contam inantes m ás d esa g ra d ab le s que se p rod uce al q u em a r co m ­ bustible que contiene a zu fre . II. E l N O y S 0 2 se transform an en H N 0 3 y H 2S 0 4 respe ctivam en te , g en e ra n d o la lluvia ácida. III. E l m o n óxid o de nitrógeno ( N O ) y el dióxido de nitrógeno ( N 0 2) no son reactivos. Resolución: S o b re las afirm aciones:

2 7 . ¿ C u á le s de las e species siguientes son polím eros? I.

Teflón

II.

D a cro n

I.

Correcto L a q u e m a de com bustible d e alto contenido de a zu fre produce el g as S 0 2 un contam inante re sponsable de la lluvia ácida.

II.

Correcto

III. N ylon

Resolución: I.

II.

Teflón: E s el politetrafloruro etileno (polím ero): n C F 2 = C F 2 — ►[ - C F 2 — C F 2- ] „ Teflón.

2 8 . R e s p e c to a las siguientes proposiciones indique ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) seg ún corresponda: I.

L o s contam inantes prim arios son aquellos que p erm a ne cen en la a tm ósfera tal y co m o fueron em itidos por la fu ente . II. S o n contam inantes prim arios el S 0 2, C O , N O ,, etc. III. S e considera com o contam inante prim ario al o zo n o . Resolución:

Tip os d e contam inante

II.

N O + H 20 — * H N 0 3

Dracon: E s un polím ero sintético del tipo poliéster

III. Nylon: E s un polím ero sintético del tipo poliam ida .-. S o n polím eros: I, II, III.

I.

L o s g as e s com o el S 0 2 y el N O se trasform an en la atm ósfera:

Falso S e d en om in an primario a aquellos que una v e z producidos siguen tran sform ánd o se . Falso L o s contam inantes: S 0 2 y N O , son prim arios, ya que se trasform an en:

S 0 2 + H20 — * H2S 0 4

S 0 2 + H 20 — »' h 2s o 4 Llu via ácida III. Incorrecto L o s ó xido s g ase s del nitrógeno y a zu fre son bastante reactivos. .-. E s incorrecto solo III. 30. Indique ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las siguientes proposiciones: I. II.

E l ácido clorhídrico es uno d e los c o m po ne ntes de la lluvia ácida. E n una zo n a urbana d e b e g ene rarse m ás lluvia

ácida q ue en una zo n a rural. III. U n com bustible con alto contenido de a zu fre es un prom otor de la lluvia ácida. Resolución: D e a cuerdo a las afirm aciones: I.

Falso L o s c o m po ne ntes d e la lluvia ácida son los áci­ d o s , a zu fre y nitrógeno: H 2S 0 4 hno3

596

II.

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Verdadero L a producción de los g ase s N O , y S O , q ue ca u­ san la lluvia ácida provienen de la q u e m a de com bustibles fósiles y d e los centros m etalúrgi­ cos, esto afecta a las zo n a s urb anas.

III. Verdadero L a gasolina y diesel que p ose e alto contenido d e a zu fre g enera a partir de su com bustión la lluvia ácida. 3 1 . C o n respecto al o zo n o , indique ve rd ad ero (V ) o fal­ so ( F ) seg ún co rre spo nd a:

II.

Verdadero O tro polím ero d e alta resistencia es el “kevlar” m ateria prim a para los chalecos antibalas.

III. Verdadero El e stado plasm ático es el m ás a b u n d a n te d e la m ateria y está fo rm a d o por una m e zc la d e nú­ cleos y electrones libres a m u y alta tem peratura co m o en el sol. 33. Indique con ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las proposi­ ciones siguientes:

R e s p e c to al o zo n o ( 0 3)

A lg u n o s ejem plos d e e n e rg ía s re novab le s son: las centrales m inlhldráulicas, la b io m asa , p a n e ­ les solares. II. E n los países altamente industriales, se está im­ pulsando el uso de fuentes de energía renovables. III. E n los acuerdos internacionales respecto al m edio am biente se d e b e tener en cuenta los prog ra m as nucleares q u e no contribuyen al tra­ tam iento d e d e s e c h o s nucleares.

I.

Resolución:

I.

E l o zo n o en la estratosfera evita que la radia­ ción ultravioleta d añe a los seres vivo s. II. E l o zo n o constituye parte del e sm o g urbano qu e contam ina el am biente. III. L a capa de o zo n o está ubicada en la ionosfera. Resolución:

Verdadero P ro te g e a los seres vivos de los potentes rayos ultravioleta p roced en tes del sol, seg ún: 0 3 + U V — ►0 2 + O

I.

D e acuerdo a las proposiciones: I.

Ex is te n fuentes alternativas d e e nerg ía al petró­ leo, a d e m á s de ser re novab le s co m o: Minihidráulicas. B io m a s a . Biog ás. F u e r za eólica. En e rg ía solar.

0 3 + O - — ►2 0 2 II.

Verdadero A nivel de la troposfera es un contam inante que form a parte del e sm o g junto al N 0 2 y N O .

III. Falso L a capa d e o zo n o se encuentra en la estratos­ fera en su zo n a inferior a una altura a pro xim ad a de 25 kilóm etros.

II.

3 2 . Indique la proposición incorrecta: I.

E l polietileno es un polím ero que se fabrica a

partir del etileno. E l k evlar e s un polím ero q u e se c a rac te riza por te n e r u na gran resistencia; sus p ro p ie ­ d a d e s le perm iten ser tra n sfo rm a d o a hilos y telas con las cu ales se co nfecc ion an ch alecos antibalas. III. U n a form a d e m ateria es el d e n o m in ad o plas­ m a , constituido por núcleos y electrones libres; dicha form a de m ateria existe a tem peraturas tan altas com o las requeridas para la fusión de II.

Verdadero

Verdadero M u c h a s de las fu ente s d e e nerg ía renovab les aún no son rentables, pero ya se está Im pulsan­ do su desarrollo.

III. Verdadero L a e nerg ía nuclear tiene la ventaja respecto al petróleo d e no producir C 0 2, pero sus d e s e ­ chos son d e m ayo r peligrosidad y aún no hay una legislación para su tratam iento. 3 4 . Indique con ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las proposi­ ciones siguientes:

Po lím e ro s:

U n polím ero es una m acrom olécula q u e resulta d e la unión d e m u ch as unidad es sim ples, que se repiten. II. C u a n d o un polím ero se form a por m edio de uniones de un solo tipo d e m o n ó m e ro , se tiene un ho m op o lím e ro . III. U n ejem plo d e polím eros serán el P V C , caucho.

I.

Resolución:

núcleos p e q u eñ os. Resolución:

Verdadero E l polietileno es una m acrom olécula d e unida­ d es básicas (m o n ó m e ro ) de etileno: C H 2 = C H 2 n ( C H 2 = C H 2) — * [ - C H 2- C H 2- ] „ (Polietileno) E s un plástico qu e se e m plea para o bte n er b o­ tellas, b olsas, aislantes de cab les, etc.

I.

R e s p e c to a las proposiciones: I.

Verdadero T o d o polím ero es una m acrom olécula fo rm a do por la unión d e m u ch as unidades repetitivas lla­ m a d o s m o nóm e ros.

Q

II.

Verdadero C u a n d o el polím ero se form a de un solo tipo de m o nóm e ro se den om in a "h om op olím ero", pero si los m o n óm e ros son diferentes es un “copolím e ro ”.

III. Verdadero S o n ejem plos d e polím eros: Polivinilcloruro ( P V C ) . Poliisopreno (caucho) 35. R e s p o n d a ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) a las siguientes proposiciones: I. II.

L a refinación del petróleo representa un típico proceso de separación fisicoquím ica. El núm ero d e octano está definido co m o el porcentaje en vo lum e n de 2 ,2 ,4 - trimetiloctano

qu e pose e la gasolina. III. E l g as natural contiene un alto porcentaje de hidrocarburos livianos los q u e , debido a su baja m asa m olar y a polarid ad , se encuentra en e sta ­ do g a s e o s o . Resolución: D e acue rdo a las proposiciones: I.

Verdadero L a refinación del crudo del petróleo corres­ p ond e a un proceso fisicoquim ico d o n d e se elim inan las Im p u re zas co m o el a g u a , sales, co m pu estos sulfurosos antes de sep a rar sus fracciones útiles.

II.

o xíg e n o . S e hace estallar la m e zc la m ediante una chispa eléctrica y d e sp u é s d e co nd en sa r todo el v a ­ por d e agua y vo lve r a los g as e s a condiciones de A v o g a d ro q u e d a un residuo d e 81 c m 3 fo rm a do por dióxido d e carbono y el o xíg e n o a ñad id o en e xc e so . C alcu le el porcentaje en volum en de etano en la m e zc la inicial de hidrocarburos.

597

y ------- 2 ,5 y -------- 2y Si a su m im os que V es el vo lum e n en e xc e so d e 0 2 y el vo lum e n residual libre de H 20 es 81 cm 3 te n e ­ m os: x + y = 30 (m ezcla ) •

3 ,5 x + 2 ,5 y + V = 12 0 ( 0 2) 2 x + 2 y + V = 81 (R e s id u o )

R e so lvie n d o : C 2H 6 V = 24 cm 3 C 2H 2 V = 6 cm 3 Lu e g o , el porcentaje en vo lum e n de etano es: % V C 2H 6 =

x 10 0 = 80

3 7 . Indique verdadero (V) o falso (F ), según corresponda: I.

L a gasolina que se ve n d e en los grifos rotulada co m o d e 84 o cta no s, nos indica que está c o m ­ puesta por 84 partes d e octano y el resto heptano. II. L a gasolina es una fracción del petróleo que consta de hidrocarburos cuyo núm ero de car­ bon os está com prendida entre uno y cinco. III. El petróleo es una m e zcla de hidrocarburos g a ­ se o so s líquidos y sólidos. Resolución:

I.

Falso E l o c ta n a je d e la gasolina m ide su p od e ran tid e to nante respecto a ú n a m e zcla patrón de isooctano y n -h e p t a n o . L a gasolina de 84 octanos no po se e 84 p a rte s'd e octano pero si la eficiencia d e una m e zc la de 84 partes d e isooctano y 16 partes d e n -h e p ta n o .

II.

Falso L a gasolina es un corte o fracción m edia del petróleo ya que está co nform a do por hidrocar­ buros que va n de C 8 - C 10.

d esd e C , a C 4. 36. S e introduce en un eudióm etro 30 c m 3 d e una m e z ­ cla d e e ta no y acetileno g a s e o s o s , y 120 cm 3 de

■

C 2H 2!g) + 2 ,5 0 2(gJ — ► 2 C 0 2(g) + H 20

Falso E l índice d e octa no d e la gasolina se m ide sobre la b ase d e una m e zc la patrón d e isooctano y n-h ep tano .

III. Verdadero El g as natural está fo rm a do por hidrocarburo,

u ím ic a

III. Verdadero E l petróleo es una m e zcla com pleja de hidro­ carburos sólidos, líquidos y g a s e s , a d e m á s de otros c o m po n e n tes en m e nor cantidad. 38. Indique cuáles d e las siguientes reacciones descri­ ben una com bustión incom pleta. I.

C 4H 10 + 3 0 2 -> 3 C 0 2 + 1 0 H 2O

II.

2 C H 4 + 3 0 2 -a 2 C O + 4 H 20

III. C H 4 + 0 2-> C + 2 H 20

Resolución: S e tiene 30 cm 3 de una m e zcla de los g as e s :

Resolución:

E ta n o . C 2H 6 . AcetJeno C2H 2

La s reacciones de com bustión presentan el si­

L o s cuales se hacen com bustionar con 12 0 c m 3 de

guiente desarrollo:

o xíg e n o (0 2) en e xc e s o seg ún: ^ 2^ 6(9) "f 3 ,5 0 2(g) x

3 ,5 x

2 C 0 2(g) + 3 H 20 ------ 2x

C o m b ustib le + 0 2 -> P ro d . + Q Q : C a lo r liberado

598

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

Si:

IV

P ro d . : C 0 2 y H 20 ; se dice que la com bustión es com pleta: P ro d .: C O , C , H 20 , se dice que la com bustión es incom pleta: S o n reacciones de com bustión incom pleta:

E s el tratam iento de la gasolina para la adición del plom o tetraetílico y así elevar el octanaje de la gasolina.

V.

E s el tratam iento de las gasolinas con ca ta liza ­ d ores de platino para aum enta r su octanaje.

II.

Resolución:

2 C H 4 + 0 2 -> 2 C O + 4 H 20

C racking catalítico

III. C H 4 + 0 2 - » C + 2 H 20

C o n s iste en la ruptura de ca d ena s c a rb on a d as lar­ g as (del gasoil g ene ra lm en te ) fo rm á n d ose ca d ena s ligeras dentro del rango de la gasolina em plea nd o m e n o r tem peratura (T < 40 0 ° C ) que en el cracking térm ico, esto e s, gracias al e m pleo de ca ta lizad o res com o: A l 20 3, S i 0 2 Silicatos de alum inio Zeo lita s .-. E s correcto: solo I

39. D ig a qué proposiciones son Incorrectas:

I.

El petróleo es una m e zcla liquida, viscosa y com pleja de hidrocarburos alifáticos y a ro m á ­ ticos, es decir, saturad os e ¡nsaturados. II. El petróleo o "aceite crudo” contiene adem ás, com puestos oxigenados, nitrogenados y sulfura­ dos, y es un combustible de gran poder calorífico. III. Lo s c o m po n e n tes del petróleo se p ueden se ­ parar a partir de una destilación prim arla (d e ­ nom inada “destilación a presión a tm osférica”), luego de una destilación al va c ío , d o n d e realiza el craqu eo catalítico y craqu eo térm ico.

41.

El polím ero que se obtiene a partir del prop e no, e s usa do en cubierta para bacterias de autos y en e n va se s m u y resistentes, su fórm ula a breviada es: /— C H 2— C H — \

Resolución: D e acuerdo a los e nunciados: I.

II.

4 0 . ¿ Q u é se entiende por cracking catalítico?

I.

U n tratam iento de fracciones p esa d a s del p e ­ tróleo a tem peraturas m ode rna s y en presencia de ca ta lizad o res d e aluminio que perm iten rup­ turas de los alcanos de cad ena larga para g e ­ nerar otros alcanos dentro de los c o m po ne ntes de la gasolina. II. U n tratam iento de las fracciones livianas de la gasolina a tem peraturas m o d e rad a s y en pre­ sencia d e ca ta lizad o res de alum inio para g e n e ­ rar fracciones p e s a d a s . III. U n tratam iento d e las fracciones p e sa d a s de la gasolina a tem peraturas m o d e rad a s y en pre­ sencia de ca ta lizad o res de alum inio para g e ­ nerar hidrocarburos arom áticos que e levan el octanaje d e la gasolina.

CH,

S u nom bre com ercial es: Resolución: E l sig uie nte p olím ero se prod ujo a partir del p ro ­ ceso.

Correcto E l uso co m o com bustible del petróleo se d e b e a los hidrocarburos constituyentes, pero a d e m ás posee co m pu estos o xig e n a d o s , nitrogenados y sulfurados.

III. Incorrecto L a destilación al va cío se lleva a ca b o con la finalidad de sep a rar las fracciones de hidrocar­ buros p esa d o s sin em plear altas tem peraturas e vitan do de este m o do el cracking térm ico. E s incorrecto solo III.

1

'

Correcto E l petróleo crudo es una m e zcla de viscoso que contiene hidrocarburos en tod as las varie da d es desd e los alifáticos hasta los arom áticos.

n C H 2 = C H - C H 3 — ► Propileno /— C H , — C H — \

'

c1h 3 \

Polipropileno 42.

Indique con verd ad ero (V ) o falso (F) a las p roposi­ ciones siguientes: I.

U n a form a de dism inuir la contam inación sería tratar de sustituir los com bustibles fósiles. II. L a s fuentes de e nerg ía renovab les son m enos co sto sas en la actualidad. III. E n la actualidad m uch os de los recursos ener­ géticos se están a g o ta n d o.

Resolución: S o b re los enunciad o s: I.

Verdadero El uso de fuentes de e nerg ía alterna com o blog á s , minihidráulica solar en lugar d e los co m ­ bustibles fósiles dism inuiría la contam inación.

II.

Verdadero El a vance de la tecnología y el desarrollo de procesos ha hecho que fuentes de energía re­ novables com o las celdas de com bustibles, por ejem plo, sean m enos costosas en la actualidad.

Q

III. Verdadero E l crecim iento geom étrico de la población y la actividad in dustriar está p rovoca nd o el a g o ta ­ m iento de m uch os recursos energéticos com o el petróleo, por ejem plo. 4 3 . Indique con ve rd ad e ro (V ) o falso ( F ) según corres­ p onda: I.

Lo s sup ercond uctores son m ateriales que p re­ sentan una conductividad eléctrica excepcional a bajas tem p eraturas. II. L a nano te cno lo gia es el estudio, d ise ño, crea­ ción, síntesis, m anipulación y aplicación de m ateriales apa rtad os y sistem as funcionales a travé s del control de la materia a n a no esca la ; o sea con á to m os y m oléculas Individuales. III. L a s celdas de com bustibles son celdas electro­ q u ím icas, d o n d e los reactivos (com bustible y oxida ntes) se sum inistran de m an era continua.

u ím ic a

■

599

III. Verdadero L o s na no tub o s fo rm a d o s por m iles de átom os se pued e n em plea r en circuitos electrónicos mi­ croscópicos. 4 5 . Indique con ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) a las p roposi­ ciones siguientes: I.

L a biotecnología ha sido utilizada por el hom bre d esd e co m ie n zo s d e la historia en actividades co m o la preparación del p an. II. L a biotecnología am biental se refiere a la apli­ cación d e los p rocesos biológicos m odernos para la protección de la calidad del am biente. III. E n térm inos g ene rale s la biotecnología se pue ­ de definir co m o el uso d e o rganism os vivos para obte ner productos de valor para el h o m ­ bre. Resolución: Biotecnología

Resolución: R e s p e c to a las proposiciones: I.

II.

Verdadero L o s superconductores son sustancias que pre­ sentan un flujo de electrones sin fricción, esto lo logran a m u y bajas tem peraturas com o el m er­ curio (T = 23 K ). Verdadero L a nanotecnologia tiene aplicación a escala atóm ica y m olecular.

III. Verdadero L a s celdas electroquím icas de com bustión fun­ cionan a partir de un sum inistro continuo de H 2¡gl (com bustible) y 0 2(lJ) (com burente). 4 4 . Se ñ a le las proposiciones verdaderas (V ) o falsas (F ): I.

U n a de las principales aplicaciones de la bio­ t e c n o l o g í a e s la producción Industrial de anti­

bióticos. La s sustancias que exh ib en superconducti­ vidad solo lo hacen cuando se les enfría por debajo de una tem peratura d a d a , los cuales suelen ser m u y bajos. III. L o s nanotub os son estructuras co m p u estas de miles de á t o m o s de Si en form a de tub os.

I.

Verdadero E m p le a procesos biológicos para la obtención d e d iversos m ateriales. S e usó d esd e la anti­ güed a d en la elaboración de p an , ferm entación, etc.

II.

Verdadero A nivel am biental se hace uso d e blofiltros en la purificación del a g u a y aire restaurando la cali­ dad del am biente.

III. Verdadero S e basa en el uso de orga nism o s vivos o sus co m pu estos para o bte ner otros productos. 4 6 . C o m p le ta r el siguiente párrafo: "La . . . . es el estudio, d ise ño, creación, síntesis m a ­ nipulación y aplicación de m ateriales, a paratos y sistem as funcionales a través del control de la m a ­ teria a na no esca la , y la explotación de fe n ó m e n o s y p ropiedades de la m ateria a n a n o esca la ”.

II.

Resolución:

Resolución: N an o te c n o lo g ia E n g lo b a a que llo s c a m p o s d e la ciencia y la té c­ nica en los q u e se e stu d ia n , se o btie ne n o m an i­ pulan d e m a n e ra co ntrolad a m ateriales y d is p o ­ sitivos d e m u y re du cid as d im e n sio n e s a e scala na n o m é tric a .

D e acuerdo a los e nunciados: I.

II.

Verdadero M ediante la biotecnología industrial y tecnolo­ gía de A D N en m icroorganism os se ha logrado producir: va c u n a s, h o rm o n as, antibióticos, e n ­ zim a s . etc Verdadero L a propiedad de superconductividad eléctrica se logra a m uy bajas tem p eraturas, ce rca nas al cero kelvin.

4 7 . ¿ C u á le s d e las siguientes form as d e contam inación prevalecen en el área de Lim a M etropolitana? I. V e hículo s autom otores II. Activid ad dom éstica III. Activid ad industrial Resolución: C on ta m in a ció n en Lim a :

6 0 0

■

C o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

Lim a es una de las ciu dad es m ás a fe cta d as por la contam inación en A m é ric a La tin a , deb id o a la falta d e una legislación a d e cu a d a y a que no cuenta con plantas de tratam iento suficientes. E n el área d e Lim a M etropolitana las principales fuentes d e contam inación son:

P a rq u e a u tom otor: por c o nsum o d e com busti­ bles fósiles en ve híc ulo s antiguos. Activid ad dom éstica Activid ad industrial. C u y a basura y efluentes no son tratados.

PROBLEMAS DE EXAMEN DE ADMISION UNI PROBLEMA 1 (UNI 2011 - II)

C o m p a ra n d o los potenciales e stá n d ar de reducción:

D a d a s las siguientes estrategias para reducir la co n­ centración de g as e s de efecto invernadero: I. A u m e n ta r la producción energética p roveniente de las instalaciones solares. II. D e te n e r la deforestación en el m und o . III. A d o p ta r sistem as de captura y a lm acenam iento de d ióxido de carb ono . S o n a de cua d as: A ) S o lo I D ) II y III

B ) S o lo II E ) I, II y III

Pro c e so

I.

E°R e d

Z n 2++ 2 e ” — ► Z n

- 0 ,7 6 v

F e 2” + 2 e ” — ► F e

- 0 ,4 4 v

Verdadero E l Z n 2” es m e nos o xidante que el F e 2+, lo cual im ­ plica que una lám ina de cinc que recubre el acero form a una película d e Z n O perm itiendo que el a ce ­ ro teng a una m ayo r resistencia a la corrosión.

C ) I y II II.

Falso . E l cinc es m ejor reductor que el hierro (F e ), lo cual

Resolución: E l efecto invernadero es un efecto natural m ediante el cual se m antiene la tem peratura del planeta deb id o a qu e los g as e s d e invernadero ( G E I ) co m o el C 0 2, C H „ y v a p o r d e H 20 no perm iten la total salida d e la radiación infrarroja. Sin e m b a rg o , el increm ento d e estos gase s está ocasiona nd o el llam ado calentam iento global. Si a u m e n ta m o s las instalaciones solares (fotoceldas) para o bte n er energía y no usar com bustibles fósiles com o el petróleo, d ete n e m o s la d eforestación , para que las plantas co nsu m an el C 0 2, utilizam os sistem as de ca p ­ tura y a lm acenam ie nto de C 0 2 e vitan do su e xpulsión a

implica que posee una m ayo r facilidad para oxidarse. III. Verdadero A p ro v e c h a n d o que el cinc es m ejor reductor que el hierro, perm ite la protección católica del hierro a ctu an d o el cinc co m o á n o d o d e sacrificio. Clave: B

PROBLEMA 3 (UNI 201 2 - 1) D a d a s las siguientes proposiciones referidas a la nanotecnología: I. L o s na no tub o s de ca rb ono son m uch o m ás fuertes que el acero y m ucho m ás ligeros que este.

la a tm ó sfe ra, se p u ed e mitigar la concentración d e los II.

G E I en la atm ósfera. P o r lo tanto: I. (V ) II. (V )

III. (V ) Clave: E

L a na notecnología ha cre ad o m ateriales m ás útiles con p ropiedades únicas.

III. L o s na no tub o s d e carbono p u ed e n usarse para al­ m ac en ar hidrógeno. S o n correctas:

PROBLEMA 2 (UNI 2011 - II) L a s p ie za s de acero co m ún (com o tuercas y pernos) se recubren de una capa d elgada de cinc, para su uso industrial. Indique cuáles d e las siguientes ra zo n e s e x ­ plica la función de esta capa: Perm ite que el acero teng a una m ayo r resistencia a la corrosión. II. El cinc se reduce m ás fácilm ente que el hierro. III. E l cinc constituye un á n o d o d e sacrificio. D a tos: 0 ,7 6 V E%

A ) S o lo I D ) II y III

I.

Lo s n a no tub o s p oseen e le va d a resistencia m ecáni­ ca , por lo cual son m ás resistentes q ue el acero y m ás ligeros que él (V ).

II.

D e b id o a sus características m u y particulares los m ateriales creados con los nanotub os (na note cno ­

logía) p ose en cualidades únicas (V ). III. P u e d e n utilizarse m odificando sus p rop ie d ad e s e nca psuland o m etales y g ase s en su interior, se

0 ,4 4 V

B) I y III E) Solo I

C ) S o lo I

Resolución:

I.

A) I y II D) Solo II

B ) S o lo I E ) I, II y I

C )ll y I

pued e n utilizar para alm ac ena m ie nto de hidrógeno y separación de g a se s (V ).

Clave: E

Q u ím ic a

PROBLEMA 4 (UNI 201 2 - 1) L o s prob le m as a m b ientales, y en general la contam i­ nación, se presentan por la introducción de sustancias d añina s al ecosiste m a. E n la colum na izquierd a se m e ncio na n 3 problem as am bientales y en la colum na d ere ch a 3 posibles contam inantes. D e term ine la relación correcta problem a: am biental - contam inante: I. Llu via ácida a) S 0 X, N O x II.

Efe c to Invernadero

III. Ag u je ro en la capa d e o zo n o A ) l-a, ll-b , lll-c D ) l-c, ll-b, IIl-a

B ) l-b, ll-a, -c E ) l-a, ll-c, -b

II.

S o lo I I y III

L a reacción d e los ó xido s del a zu fre ( S 0 X) y del ni­ trógeno ( N 0 „ ) con el va p o r de a g u a d e la a tm ó sfe ­ ra, provocan la producción d e ácidos que llegan a la tierra en las precipitaciones (lluvia ácida). E l e xc e s o de C 0 2 en la atm ósfera provoca el ca­

lentam iento del p laneta, a d e m á s del C 0 2 tam bién te n e m o s com o un g as del efecto invernadero ( G E I ) al v a p o r d e a g u a . III. E l a ta que del cloro atóm ico p resente en los C F C S d estruye las m oléculas de o zo n o p ro vo ca n d o el increm ento del ta m a ñ o del agujero en la “capa de o zo n o ". P o r lo tanto: I - a ; l l - c ; III—b Clave: E

PROBLEMA 5 (UNI 2012 - II)

C ) S o lo III

E n los m otores de los avio nes se com bina el N 2 con el

0 2, seg ú n : N 2+ 0 2- » N O R e a c c io n e s d e destrucción del o zo n o en la estratosfera O, Ü Z. O, + O NO + 02 N 0 2+ O

c) C 0 2, H 20 C ) l-c, ll-a, 11l-b

B ) S o lo II E ) II y III

601

Resolución:

b) cloro fluorocarbonos

Resolución: I.

A) D)

■

UV -

G lo b a l 2 0

N 0 2+ 0 2 NO + 02 — ►3 0 ,

E l ó xido nítrico ( N O ) es un interm ediario y actúa com o un ca ta lizad o r en el proceso. La destrucción d e la capa de o zo n o facilita el ingreso de radiación U V nociva para el ser hu m a n o . E s correcta: S o lo I Clave: A

PROBLEMA 6 (UNI 2012 - II) D a d a s las siguientes proposiciones referidas a los p o ­ lím eros: I. S o n sustancias m oleculares fo rm a da s por la unión de m o n ó m e ro s. II. S o n sustancias m oleculares de baja m asa m o lecu­ lar fo rm a d a s por la unión d e dos o m ás m oléculas diferentes. III. El polietileno es un polím ero que tiene com o unidad el m o n óm e ro.

S o n correctas:

-C H , -C H — I CH,

E l o zo n o en la e stratosfera se está a g o ta n d o , seg ún d ato s científicos d e los últimos a ñ o s . U n o d e los fa c ­ tores respo nsab les es su reacción con el ó xid o nítrico ( N O ) , p roveniente de la reacción entre los g a se s ni­ trógeno y o xig e n o en los m otores de los a vio n e s . Al re spe cto, ¿c u áles de las siguientes proposiciones son correctas? I. L a reacción del o zo n o con el óxido nítrico es p rovo ­ cada por la radiación ultravioleta. II. E l agotam iento de la capa de o zo n o en la atm ósfera no perm ite el ingreso de radiación infrarroja en la atm ósfera. III. U n a m e zcla de nitrógeno y o xíg e n o p ued e o casio­ nar el d esg aste de la capa de o zo n o .

A) D)

S o lo I I y II

B ) S o lo II E ) II y III

C ) S o lo III

Resolución: P a ra los polím eros: I. P o r definición, son m acrom oléculas fo rm a da s por la unión d e m o nóm e ros. II. L o s polím eros son sustancias de alta m asa molar, fo rm a d a s por unidad es repetitivas llam adas m o n ó ­ m eros. III. Polietileno: (— C H 2 — C H 2— )n M o n ó m e ro : C H 2 = C H 2 Ete n o VFF Clave: A

602

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

a p ie n s

PROBLEMAS

""■ ID 1.

S

PROPUESTOS

La lluvia ácida es:

In d ica r la re la ción correcta :

A)

La c o m b u s tió n de azu fre fo rm a n d o S 0 2.

B)

La ra d ia c ió n in fra rro ja del Sol s o b re la s u p e rfi­

CO

2 (g:

II. SO 3'g)

III. NO,,

IV. C FC I 3(g)

cie te rre stre . C)

A.

La a cu m u la c ió n de d e s p e rd ic io s in d u s tria le s en ríos y lagos.

D)

Lluvia que co n tie n e ácido sulfú rico.

E)

La c o n d e n s a c ió n del v a p o r de ácid o clo rh íd ric o y agua.

2.

E sm og fo to q u ím ico

C.

D e stru cció n de la cap a de ozono.

D.

E fe cto inve rn a d e ro .

A ) III - A

B) I - A

D) II - C

E) I - D

9.

tó xico ?

¿ Q ué p ro p o s ic io n e s no fa v o re c e n la p re ve n ció n del m e dio a m b ie n te ?

A ) H ollín

B) C O ,

D) S 0 2

E) C O

I.

C) o ,

III.

P ro vo c a n lluvia ácida. Dism inuye n la concentración de o zo n o en la e stratosfera. C ) Inician el efecto invernadero. D ) Fo rm a n el e sm o g urbano. E ) De stru yen el fitoplancton. C om p le ta r: L a purificación del agua con ......... es m ás costosa pero presenta m enor carga residual en esta. A) C 0 2 D ) N a C IO

B ) H ,0 (g, E) 0 3

C ) HCI

acu m u la ció n .

IV. R e e m p la z a r los c o m b u s tib le s fó s ile s po r a lc o ­ hol o hidróge no. A ) I, II

B) II, III

D) S olo I

E) I, II, III, IV

C) I, III, IV

10 .

Es una so lució n a la c o n ta m in a ció n : A)

Q u e m a r tod o el petróleo.

B)

A rro ja r to d o s los d e s p e rd ic io s in d u stria le s al mar.

1 1 .

C)

U so de c o m p u e s to s bio d e g ra d a b le s.

D)

U na e xp lo sió n nuclear.

E)

A u m e n ta r la ra d ia ció n infrarroja.

S e ñ a la r con (V) lo ve rd a d e ro o (F) lo fa lso de las sig u ie n te s p ro p o sicio n e s: I.

La cap a de o zo n o se e n cu e n tra en el lim ite s u ­

II.

Los rayos u ltra vio le ta son ra d ia cio n e s e le c tro ­

p e rio r de la tro p o sfe ra .

L o s ......................son lugares d on de se apro ve cha n las d epresion es terrestres o se ca va n artificialm ente, luego se colocan g e o m e m b ra n a s para evitar el d re ­ naje de líquidos originados por la descom posición de c o m po ne ntes orgánicos para posteriorm ente d epositar la basura y luego cubrir con tierra. A ) rellenos sanitarios B) topos C ) b otaderos D ) alm acenes E ) pantanales

m a g n é tica s de m a yo r lon g itu d de o n d a qu e los ra yos infrarro jos. III.

A) VFV

B) V W

D) FF V

E) V FF

B) A I2( S 0 4 E) C l2

C) FV V

1 2 . R e sp e cto al agua dura:

¿ C o n qué co m pu esto quím ico se p ued e tratar el agu a para sed im entar sólidos en suspensión?

A) NaCIO D) CO

Los c o m p u e s to s clo ro flu o c a rb o n a d o s p rovocan la d e stru cció n de la cap a ozono.

A) 7.

Q u e m a r m a te ria le s de p lá stico pa ra e vita r su

R e s p e c to a los freones: A) B)

6.

U no de los fre o n e s en s iste m a s de re frig e ra ­ ción.

¿ Q u é alteraciones provoca el efecto invernadero? A ) A u m e n to d e la hu m e d ad . B ) Crecim iento exc esivo de la vegetación . C ) Dism inución del p aso de la lu z solar. D ) Deshielo de las regiones polares. E ) Irritación en el sistem a respiratorio.

5.

U sa r para las o p e ra c io n e s de lim pie za, d e te r­ g e n te s bio d e g ra d a b le s.

II.

4.

C) I V - B

¿ Q ué ga s e s incolo ro, in síp id o y g e n e ra d o com o p ro d u c to de c o m b u s tió n y c o n s id e ra d o alta m e n te

3.

Lluvia ácida.

B.

C) C 0 2

Es el agua na tura l q u e co n tie n e gran ca n tid a d de ione s calcio y m a gnesio .

B)

Es el ag ua ce rca n a al p u n to de co n gelació n.

C)

Es el agua no ap ta para el co n su m o hum ano.

D)

Es el ag ua de stila d a .

E)

El ag ua no s o m e tid a a po ta b iliza cló n .

Q

1 3 . El uso de convertidores catalíticos en el tubo de e s ­

u ím ic a

■

603

19 . Se ña la r verdadero (V ) o falso (F ) según corresponda:

cape de los autom óviles es con el fin de:

I.

A ) C o m b u s tio n a r m ejor a la gasolina. B ) E v ita r la e m a n a c ió n d e plom o al m edio a m ­ biente. C ) R e d u cir el C O , a C O . D ) R e d ucir N 0 X a N 2. E ) A u m e n ta r el octanaje de la gasolina.

antidetonante. II. L a gasolina de 90 octanos presenta una d e to ­ nación similar a la d e una m e zcla de 9 0 % de n -h ep tano y 10% d e isooctano. II. E l plom o tetraetílico es un aditivo q ue incre­ m enta el octanaje de la gasolina. A) V FV D) F F V

1 4 . N o es biodegradable: D e s e c h o s orgánicos D ) Alm idón Vidrio

1 5 . S e ñ a la r lo Incorrecto respecto al o zo n o : A ) E s un gran age nte o xidante. B ) E s un c o m po ne nte del e sm o g fotoquím ico. C ) S u exposición prolongada afecta al sistem a respiratorio. D ) E l o zo n o hace que el caucho se e n d u re zc a y agriete (envejecim iento del caucho). E ) A b s o rb e con gran eficacia la radiación infrarroja q u e proviene del sol.

I.

L a escasa reactividad de los co m pu estos clorofluorcarbonados los hace prácticam ente inertes y ocasionalm ente p ueden difundirse hasta la e stratosfera. II. E l o zo n o , a diferencia del N 2ig y del 0 , lg), tiene la capacidad de a bso rb er fotones con longitud de onda de la zo n a U V . III. L a capa de o zo n o se destruye de m anera uni­ form e. E s correcto afirm ar: B ) II y III E ) S o lo II

C ) II y III

1 7 . M arcar verdadero (V ) o falso (F ) según corresponda: I. II.

C) W F

2 0 . R e s p e c to a las proposiciones: I.

El aire solo puede ser contam inado por su stan ­

cias g ase o sa s. II. L a tem peratura d e la atm ósfera varía de m a n e ­ ra com pleja respecto a la altitud. III. E n la troposfera la tem peratura aum enta c o n ­ form e aum enta la altitud. E s correcto afirmar. A ) S o lo I D ) I y III

B ) S o lo II E ) I y III

C ) S o lo III

2 1 . S e ñ a la r ve rd ad ero (V ) falso ( F ) seg ún co rresponda, respecto a las gasolinas:

1 6 . R e s p e c to a las proposiciones.

A ) I y II D ) I, II y III

B) V V V E) F W

B ) Alg o d ó n

A ) C a rb ó n C) E)

L a calidad d e la gasolina se m ide por su poder

E l efecto invernadero es un fe n ó m e n o a tm o sfé ­ rico natural.

I.

L a gasolina es un producto de la destilación del petróleo.

II.

L a gasolina se p ued e o bte ner por cracking tér­ m ico o catalítico de hidrocarburos p esa do s. III. L a gasolina con alta concentración de hidrocar­ buros ram ificados pose e un alto poder antideto­ nante. IV. L a gasolina es una m e zcla únicam ente de n -h ep tano e isooctano. A) V F V F

B) V F F V

D )V V V F

E) V V V V

C )V V F F

2 2 . S e ñ a la r ve rd ad ero (V ) o falso ( F ) según co rre spo n­ da respecto a la lluvia ácida y sus precursores: I.

L a fo rm a ció n d e lluvia á cid a se d e b e princi­ p alm e n te a los ó xid o s d e a zu fre q u e em iten las p la nta s term o eléc tricas y las q u e fu n d e n

L o s únicos gase s que provocan el efecto Inver­ nadero son el C O , y el m etano.

m e ta le s. L o s ó xido s d e a zu fre y de nitrógeno se tran s­ form an en ácido sulfúrico y nítrico re spe ctiva­

III. U n a co nsecuencia del efecto invernadero es el deshielo de los polos y la dism inución de las áreas costeras.

II.

A) FFV D) V V F

te por los tubos de escape de los autom óviles. IV. L a lluvia ácida debilita estructuras m etálicas e increm enta el p H d e las a g u a s.

B) F V V E) V FV

C) VV V

1 8 . S e ñ a la r con q ué co m pu esto quím ico se p ued e tra­ tar el agua para potabilizarla, elim inando m icroor­ g anism os:

A) FeCI3 D) NaCIO

B) AI2(S 04)3 E) C 0 2

C) NH4CI

m ente. III. L o s óxidos de nitrógeno se liberan principalm en­

A) F W F D) V V V F

B) V V V V E) FV FV

2 3 . S o n consecuen cias d e a gua s:

C) V V FF

la eutroficación

de

las

604

■

C

o l e c c ió n

U

n ic ie n c ia

S

a p ie n s

I.

Increm ento de la a c id e z d e las a g u a s e sta n ca ­ das.

II.

Increm ento e xc esivo de la ve ge tación en lagos y lagunas.

III. Dism inución de la concentración del o xige n o disuelto en el a gua .

27. C o n relación a la lluvia ácida: I. II.

S e g enera principalm ente por la presencia de óxidos de a zu fre en la atm ósfera. L a lluvia ácida provoca el increm ento del p H de las agua s.

IV. A u m e n to m asivo de la fauna acuática. E s correcto afirm ar:

III. Lo s ó xidos de nitrógeno tam bién contribuyen a la form ación d e lluvia ácida. E s correcto afirmar:

A ) S o lo II D ) II y III

A ) I y II D ) 1,11 y III

B ) 1,111 y IV E ) 1,11 y IV

C ) l l ,l l l y IV

2 4 . S e ñ a la r ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) seg ú n co rre s­ p ond a : I. II.

E l fósforo contenido en los d etergentes provoca la eutrofización de las a g u a s. L a eutroficación provoca una dism inución de la concentración del o xig e n o disuelto en el agua

debido al m ayo r co nsum o de este por la v e g e ­ tación acuática en crecimiento. III. El nitrógeno es un nutriente q ue contribuye a la eutroficación de las a g u a s. B) V F V E) FFV

'

C ) II y III

28. S e ñ a la r el núm ero de proposiciones correctas: I.

El d ióxido d e carbono es producido principal­ m ente por la q u e m a d e com bustibles fósiles. II. E l o zo n o es un contam inante que provoca el envejecim iento del cauch o. III. E l C 0 2(g) abso rb e la radiación infrarroja y no perm ite que esta e sc ap e al espacio exterior. IV. El m etano presenta un potencial d e calenta­ miento global superior al del dióxido d e carbono. A) O

A) W V D) V V F

B ) I y III E ) S o lo II

B) 1

C) 2

D) 3

E) 4

C) V FF 29. S e ñ a la r el núm ero de proposiciones ve rd ad eras respecto al m o nóxid o de carbono:

25 . S e ñ a la r lo incorrecto respecto a los co m pu estos clorofluorocarbonados ( C F C ) .

I.

S e produce principalm ente por la com bustión

C ) S o n solubles en agua e inertes respecto a la m ayo r parte de las sustancias en el am biente.

incom pleta d e com bustibles fósiles. E s un gas incoloro pero puede ser percibido fácil­ m ente en el ambiente por su olor desagradable. III. E l principal síntom a d e e n ve n e n am ie n to con m o n óxid o de carbono es la som nolencia. IV. E l m o nóxid o d e carbono reduce la capacidad d e la hem oglobina de la san gre para tran sp o r­ tar o xíg e n o .

D)

A) O

A)

S e han usa do am pliam ente co m o g as e s dispersores, age ntes e sp u m a n tes para plásticos y en

sistem as de aire acondicionado. B ) A tem peratura am b iente , estos co m pu estos son gase s o líquidos de bajo punto de ebullición.

E)

Lo s C F se difunden en la estratosfera, d o n d e la radiación U V los d e s co m p o n e para liberar á to ­ m os de cloro en form a de radicales libres m uy reactivos. L o s C F C , tam bién conocidos co m o freo ne s, destruyen la capa d e o zo n o .

2 6 . S e ñ a la r ve rd a d e ro (V ) o falso ( F ) se g ú n co rre s­ p o n d a respecto al e fecto in vern ad ero y sus pre­ cursores: I.

E l efecto invernadero es el fe n ó m e n o de calen­ tam iento global p rovoca d o, principalm ente por la acum ulación d e C 0 2.

II. E l m e ta n o , los C F C y el va p o r de a gua . III. E l m etano tiene una m e nor eficiencia de calen­ tam iento global respecto al dióxido d e carb ono . IV. Lo s g as e s de invernadero retienen e fic azm e nte la radiación infrarroja que provoca el calenta­

B) VVFV E) FVFV

C )VFFV

B) 1

C) 2

D) 3

E) 4

30. R e sp e c to a las celdas de com bu stión, indicar c u á n ­ tas proposiciones son correctas: I.

S o n celdas electroquím icas, d on de el c o m b u s­ tible y el o xidante se sum inistran d e m anera continua. II. E n principio, una celda de com bustible opera co m o una batería. III. S e p ued e utilizar cualquier sustancia co m o ca ­ talizador. IV. G e n e ra corriente eléctrica por com bustión de sus c o m po ne ntes. V. L a s celdas de com bustión no alm acena n e n e r­ gía q uím ica, por lo que es necesario realim entar continuam ente los reactivos y elim inar los productos. A) 1

m iento del planeta.

A) VFVV D) VVVV

II.

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

3 1 . R e sp e c to a la ecolog ía , indicar cuántas proposicio­ nes son correctas:

Q

I.

E s la ciencia que estudia las relaciones entre

II.

los seres vivos y su m edio am biente. E l m edio am biente es el entorno físico asi com o

la totalidad d e los seres vivos dicho entorno. III. E n las últimas d é c ad as se ha qu e el equilibrio ecológico se chos niveles del planeta por lo

ha cobrado una e norm e Im portancia. de problem as m u y serios com o el calentam ien­ to d e la atm ó sfe ra, la incapacidad de los sis­ tem a s naturales de reciclar los d ese ch o s pro­ ducidos por la población mundial y la e s c a s e z de recursos básicos com o el agua o la tierra V.

I. II.

IV. L a crisis ecológica se evidencia en la aparición

arable. El ecosistem a es la unidad que form an los or­ g anism os q u e viven en un área y el m edio físico

C) 3

D) 4

E) 5

32. C o n respecto a la contam inación, indicar cuántas proposiciones son correctas: I.

L o s gase s del efecto invernadero existen de m odo natural en la atm ósfera de la Tierra, pero los científicos han encontrado que las activida­ d es h u m a n a s han in crem entado su proporción

II.

en la m e zcla de g ase s que constituyen a la at­ m ósfera. U n a alternativa para ate nuar la contam inación

del aire es el uso de la energía solar. III. L a contam inación acústica g enera alteraciones nerviosas en las p erso nas afectad as. IV. L a contam inación radioactiva p ued e provocar

H a creado m ateriales n o ve d o so s a un costo m u y e levad o . L o s nanotub os pueden usarse com o m icrotuberlas para sep a rar m e zc la s g as e o sa s .

A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) O

35. R e sp e c to a la biotecnología, indicar cuántas p rop o ­ siciones son correctas: I.

II. B) 2

605

III. U n nano tub o ideal, sin d efectos, es poco resis­ tente y elástico. IV. S e utiliza en sistem as de m agnetoresistencias gigantes para a lm acenam iento m agnético de la inform ación.

con el que interactúan. A) 1

■

34. R e sp e c to a la nano te cno lo gia, indicar cuántas pro­ posiciones son correctas:

que com parten hecho evidente ha roto en m u­ que la ecología

u ím ic a

H a desarrollado m icroorganism os (bacterias, le va du ras, etc.) e sp e cia lizad o s en ciertos pro­ cesos m uy útiles en la industria. L a ingenieria genética no está relacionada con

la biotecnológicas. III. L a unión d e la m edicina tradicional con técnicas biotecnológicas, ha cobrado especial re le van­ cia d esd e la reciente secuenciación del g e n o m a hum ano . IV. L a biotecnología m o derna utiliza técnicas d e ­ no m ina d as en su conjunto ingeniería genética, para m odificar y transferir g en e s de un organis­ m o a otro. V.

Lo s antibióticos son sustancias que se usan para matar o Inhibir el crecimiento de las bacterias.

A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

36. ¿ Q u é co m pu esto quím ico no e s un contam inante primarlo?

la contam inación de alim entos y m utaciones. V.

E l o zo n o es uno de los c o m po ne ntes del esm og fotoquím ico.

A) 1

B) 2

C) 3

D) 4

E) 5

33. R e s p e c to a la contam inación, Indicar cuántas pro­

A) N O ,

B) S 0 2

D) C 0 2

E ) H 2S 0 4

C) C O

3 7 . El fósforo contenido en los detergentes resulta per­ judicial para el m edio a m biente, pues produce la ( e l ) ........................de las a g u a s residuales.

posiciones son correctas: I.

Lo s

co m pu estos

dora d os

com o

los

cloro,

II.

fluorcarboncs son causan tes del deterioro d e la capa de o zo n o . L a eutrofización de las a g u a s dism inuye el o xí­

A ) ionización C ) eutroficación E ) endurecim iento

B) purificación D ) descom posición

38. S e ñ a la r ve rd ad ero o falso seg ún corresponda:

g eno disuelto por lo cual aum enta el D B O . III. L a contam inación del aire proviene principal­ m ente del uso de com bustibles fósiles. IV. E l dióxido de a zu fre , m o n óxid o de nitrógeno, hidrocarburo, freón -12 son co ntam inantes pri­ V.

m arios. E l ácido sulfúrico, el o zo n o , el ácido carbónico son contam inantes secundarlos.

A) 1

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

I.

II.

L o s g as e s clorofluocarbonados en la alta at­ m ósfera se difunden y destruyen la capa pro­ tectora de la radiación ultravioleta proveniente del espacio exterior. L o s freones son co m p u e sto s clorofluorcarbo-

n ados. III. Lo s clorofluorcarbonados se encuentran en los rociadores o spray para deso d ora ntes y m u­ chos sistem as de refrigeración.

6 0 6

■

C o l e c c ió n

A) V W D) F V V

U n ic ie n c ia S a p ie n s

B) V V F E) FFV

C) F FF

C02 C H 3C I

L a gasolina obtenida por este procedim iento tiene m ayo r octanaje que m ediante el cracking catalítico.

39. ¿ Q u é co m pu esto afecta la capa de o zo n o ? A) D)

II.

B) C O E ) C F C I3

C) CH„

4 0 . ¿ C u á l de las siguientes p ropiedades del C 0 2 hace p ensar que el increm ento de su concentración en la atm ósfera p ued e producir el d e n o m in a d o efecto invernadero? P u e d e co n d en sa rse y form ar hielo seco. C o n la h u m e d a d , form a ácido carbónico. C ) E s m e nos d en so que el aire. D ) A b s o rb e las radiaciones infrarrojas. E ) S e d e s c o m p o n e en m o nóxid o de carb ono .

A) B)

4 1 . E n el proceso de reform ación:

III. S e origina ruptura de m oléculas p e s a d a s. IV. S e usa alum inio sobre un lecho fluido. A) 0 D)

B) 1 3 E) 4

C )2

45. E l petróleo se extrae del sub suelo, entre sus ca rac­ terísticas no es correcto afirmar. I.

Existe n petróleos de base parafínica, asfáltica y m ixta.

II.

El p od e r calorífico es m e nor cuando su d en si­ dad es m ayor.

III. E s tá fo rm ado por sólidos, líquidos y g ase s. IV. E s m ás d en so que el a gua . V . L a coloración es m ás oscura si es de base a s ­ fáltica.

A ) A u m e n ta la detonancia B) S e obtiene sustancias de m ayor peso molecular. C ) S e lleva a cabo la desh idrogen ación . D ) A u m e n ta la ram ificación. E ) E s el cracking térm ico.

A) D)

W VFV FVVFF

B) V V V F F E) V FV FV

C) F V W F

46. S e ñ a le verd ad ero (V ) o falso ( F ). I.

42. M a rq u e ve rd ad ero (V ) o falso (F ) con respecto al o ctanaje. I.

E s el p od e r antidetonante o capacidad d e resis­ tir la detonación durante el proceso de c o m b u s ­ tión de un m otor de gasolina. II. E s tá en ra zó n directa a la relación de co m pre ­ sión. III. S e determ ina c o m pa ra n d o el rendim ien­ to de una gasolina con el d e una m e zcla de n -h e p ta n o , el cual produce un intenso g olpe ­ teo al com bu stlonar debido al ¡sooctano; el cual posee alto p od e r antidetonante. IV. U n a m e zcla de 9 7 % de heptano y 3 % d e ¡sooc­ tano significa una gasolina de 9 7 octanos.

U n o de los productos de destilación del petró­ leo es el asfalto. II. E l éter d e petróleo es un destilado p esa d o . III. L a gasolina se obtiene por destilación del petró­ leo entre el rango de 85 ° C - 200 ° C . IV. P o r cracking térm ico se obtiene gasolina de

V.

m e nor calidad con respecto al cracking catalí­ tico. L o s alqu eno s obtenidos por cracking se e m ­ plean en la industria de los polím eros.

A)

VFV V V

B) F V V V V

D)

W W V

E) F F F W

C) F F W V

47. D e los productos de la destilación del petróleo no se pued e n o btener (con tratam ientos adicionales):

A) FFV F D) FV V V

B) F V V F E) W F F

C) F F F F

43. O rd e n e seg ún su volatilidad decreciente d e los si­ g uientes destilados del petróleo: I. II. III. IV.

Diesel Ligroína G a s licuado A ce ite lubricante.

A ) III - I V - 1 - II C ) III - II - I - IV E ) I - III - I V - II

Lub rican te s, asfaltos y parafinas sólidas. G a s o lin a y kerose ne. G LP C o k e , para la fabricación del acero.

E)

R a y ó n acetato.

48. M a rq u e verd ad ero (V ) o falso (F ) según corre spo n­ da: I. B) II - III - I V - 1

D ) I - II - III - IV

44. R e s p e cto al cracking térm ico, indique el núm ero de proposiciones ve rd ad eras. I.

A) B) C) D)

S e realiza a m ayo r presión que el cracking ca­ talítico.

C u a n to m ás violenta y e xp losiva sea la co m ­

bustión d e la gasolina, será m ayo r el octanaje. II. U n a gasolina de 90 o ctanos contiene 9 0 % en vo lum e n de isooctano y 10% en volum en de n - heptano. III. E l tetraetilo d e plom o es un aditivo que se usa en las gasolinas ecológicas. IV. E l tolueno posee m ayo r octanaje que el isopentano.

Q : _ M IC A

A ) FV F F

B) FFFF

D)

E)FVF V

VFFF

Índice de octano. III. Lo s catalizad ores pierden su actividad cuando se cubren de coke. IV. L a gasolina obtenida por los m edios del crac­ king catalítico, es de m ejor calidad que la g a s o ­ lina obtenida por cracking térm ico.

pe tróleo . S e ñ a ie cuál de e llos es m ás liviano. G as licuado

B)

É ter de p e tró le o

C)

G a s o lin a para avión

D)

G a so lin a para a u to m ó viie s

E)

D iesel

A) V V FV D) V V V V

50. U no de los s ig u ie n te s c o m p u e s to s no es un d e riv a ­

5 5 .

do del petróleo. A)

K e ro se n e

B)

A c e ite lub ric a n te

C)

N afta lin a

D)

G aso lin a

E)

G as licuad o

51. Las p rin c ip a le s fra c c io n e s o b te n id a s del p e tró le o a

A s fa lto y ga so lin a

B)

G aso il y k e rosene

C)

É te r de p e tró le o y ga solina

C) V FFV

El petróleo cuando ingresa a la colum na de d e s ­ tilación es calentado en el rango de tem peratura (360 “C - 420 ° C ) . Indique cuántas relaciones son falsas. I.

G a s de petróleo < C , -> C 4> gas para petroquí­

II.

mica. É te r d e petróleo \40 ° C pinturas.

7 0 ° C ) disolvente en

C . 0) com bustible de m otores. C 280 ; C / com bustible d o ­

V. G a s o il (28 0 °C - » 360 ° C ) g as liviano. V I. Alquitrán electrodos ( C _,0 - C 50) fabricación de electrodos.

D) A c e ite s lu b ric a n te s y ete r de pe tró le o E)

B) V V FF E) V V V F

III. G a s o lin a (C ,. IV. K e ro s e n e ,1 8 0 m éstico.

ba ja s te m p e ra tu ra s (m e n o re s de 150 °C ) son: A)

607

d ores ( F e , C r ,. .. ) com o agente de activación para la ruptura de las m oléculas y aum enta r el

C ) FF FV

49. A c o n tin u a c ió n se tie n e una serie de fra c c io n e s de A)

■

A lq u itrá n e im p e rm e a b iliz a n te s

A) 1 52. A c o n tin u a c ió n

B) 2

C )3

D) 4

E) 5

se presenta una re la ción de p ro ­

b itu a lm e n te c o m o c om bustible s.

Indique ve rd ad ero (V ) o falso ( F j en las relaciones que se m uestran a continuación.

I.

G as

I.

II.

G aso lin a 84 oc ta n o s

III.

N afta pa ra lá m p a ra

d u cto s de p e tró le o indique cu á n to s no se usan h a ­

56.

II.

IV. K e ro s e n e para cocinar V.

D iesel para m o to re s

E l núm ero de octano aum enta m ediante los procesos com g cracking térm ico y cracking ca­ talítico. A la gasolina se a ñ ad e N a O H , para neutralizar los R H S que existen disueltos (en du lza m ien to ). P b ( C 2H 5)4 se a ñ ad e para retardar la form ación

VI. D iesel para h o rnos y caide ros

III.

VII. A s fa lto só lid o

de peróxidos que adelantan la denotación. IV. C u a n d o m ás com prim ida se encuentra la m e z ­ cla en el instante d e ignición, m ayo r será el ren­

V III.P ara fin a pe sada A) 2

B) 1

C )3

D) 5

E) 4

V.

53. ¿ C u á n ta s de las re la cio n e s re ferida s al pe tró le o que se m u e s tra n a co n tin u a ció n son ve rd a d e ra s ? I.

P a ra fin ic o s : alcan os

II.

O lefínicos: E tilé n ic o s

III.

P etró leo: M e zcla de p a ra fin ic o s y a ro m á tic o s

IV

A sfalto: P eso m o le c u la r e leva do

V.

N afté n ico s: C a d e n a s ra m ificadas.

A) 2

B) 3

C )4

D)

1

54. Indique ve rd a d e ro (V) o falso (F) según corresponda: I.

A) V FFV V D )FV FV F 5 7 .

E )5

C ra c k in g té rm ic o , po ne en ju e g o la te m p e ra tu ra

dim iento en un motor. El crudo una v e z extraído requiere de trata­ m ientos previos, antes de ingresar a la colum na de destilación. B) V F F F V E) FV V V F

C )F F F V V

O rd e n e de m ayo r a m enor seg ún el increm ento en el octanaje de las gasolinas. I. II. III. IV.

Bence no n - octano 2 - metil - 2 - noneno 2 ,4 - dimetil h e xano

com o a g e n te de activa ció n para la ru ptura de las m o lé culas. II

C rackin g c a ta lític o

el ob je tivo es d is m in u ir la

te m p e ra tu ra de o p e ra c ió n

u tiliz a n d o c a ta liz a ­

A) I-IV-I II- II C) I - III - II - I V E ) II - I V - I - III

B) II - I V - I I I - I D) I - III - I V - I I

6 0 8

■

C o l e c c ió n

U n ic ie n c ia S a p ie n s

58. Indique la fracción que no es producto de una d e s ­ tilación fraccionada del petróleo. A) B) C) D) E)

K e rose n e G a s o lin a G a s o il A sfa lto y coke de petróleo É te r de petróleo

N o produce contam inación am biental, en gran

m edida. B) C o n tie n e solo isooctano. C ) C o n tie n e un alqu eno ram ificado en su co m po si­ ción. D ) C o n tie n e hidrocarburos arom áticos. E ) P a ra su obtención se utiliza el cracking catalítico. 60. Re la cio ne correctam ente seg ún co rresponde la reacción y el proceso en el a um ento del octanaje. H 2S 0 4 ( C H 3)3C H + ( C H 3)2C H = C H 2 - i — i * ( C H 3)2C H - C H 2C ( C H 3)3

I.

L a separación del g as natural disuelto en el p e­ tróleo.

D)

L a destilación fraccionada de los hidrocarburos livianos. L a elim inación de los co m pu estos sulfurados disueltos en el petróleo.

E)

59. R e s p e c to a la gasolina ecológica, es incorrecto afir­ m ar que: A)

C)

6 2 . E l carbón m ineral, q ue se form a por la d e s c o m p o ­ sición gradual de las plantas durante m illones de a ñ o s , está distribuido en todo el m u nd o . H a y v a ­ rias form as d e carbón que difieren en com posición y contextura; por ejem plo, la antracita e s la form a m ás dura de carbón m ineral, m ientras que la hulla bitum inosa o sem ibitum ínosa es m ás blanda. Determ ine qué forma de carbón se form a artificial­ m ente por destilación destructiva en ausencia d e aire. A ) Antracita

B) Coque

C ) H ulla bitum inosa E ) Lignito

D ) Hulla sem ibitum ínosa

6 3 . ¿ Q u é g as noble no es un com po ne nte del aire at­ m osférico? A) He D) Ar

B) Rn E ) Xe

C)

Kr

C H 3 - C ( C H 3)2 - C H 2 - C H ( C H 3) - c h 3 ,c h 3

III. Q T

,c h 3

* (o f

IV. C 18H 38

Ni

- H2o

► is o -o c ta n o + 2 - m e t i l- 2 - n o n e n o

a. Isom erización c. Alquilación A) B) C) D) E) 6 1.

la le le le Ib

IIb lia llb lia -

-

lile lllb Illa llld

b. C racking catalítico d. R e form ación -

IVd IVd IVd IVb lie -

B)

I. Illa - IVd

L a polim erización de las fracciones ligeras del petróleo. L a pirólisis térm ica o catalítica de hidrocarburos de e le vad o peso m olecular.

1. D 2. E 3. D 4. B 5. D 6. A 7. B

8. E 9. B

B) C H 4 E ) C 4H 10

C)C 0 2

44. B 45. A

21. 22. 23. 24.

30. D 31. E 32. E

25. C 26 . B 27. B

D)

36. E

12 . A 13 . D 14 . E E A E D

A) I

35. D

28. E 29. D

R e d u cir la cantidad d e d ese cho s que g e n e ra ­ m os co m prand o y u sa n d o inteligentem ente los productos d e co nsum o . Re u tiliza r los productos d e d e se ch o cada v e z

que sea posible. III. Reciclar los d ese cho s sólidos.

33 . E 34. B

19 , A 20. B D D D A

II.

37. 38. 39. 40. 4 1. 42. 43.

10 . C 11. A

15 . 16 . 17. 18 .

A ) C 3H a D) N 2

6 5 . ¿ Q u é p od e m o s hacer para dism inuir la generación d e residuos sólidos?

E l proceso de cracking del petróleo consiste en: A)

6 4 . P o r descom posición de residuos orgánicos (princi­ palm ente heces de anim ales com o el cuy o el cer­ do) y por el tratam iento con determ inadas bacterias se ha logrado o btener g as natural, este g as es el:

C A E D C E C

B ) II II y III

C ) III

E ) I, II y III

46. C 47. E 48. C

55. A 56. A 5 7. D

49. A

58. D 59. B

50. 5 1. 52. 53. 54.

C C B B D

6 0. 6 1. 62. 63.

D B B B

64. B 65. E

La Colección Uniciencia Sapiens es una obra colectiva que se creó con la fina lida d de ser un p ila r dentro del proceso de preparación para los estudiantes preuniversitarios. Por ello, proponemos una m etodología y didáctica modernas, con una organización de contenidos acorde con los requirimientos actuales de las principales universidades de nuestro país.

Asimismo, se presenta una interesante cantidad de ejercicios resueltos y propuestos que perm itirán al lector desarrollar las destrezas necesarias y suficientes para un buen desempeño en las áreas de matemáticas y ciencias. La colección consta de los siguientes libros: ■ Aritm ética

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■ Á lgebra

■Física

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IS B N : 978-612-3 15-280-2

9786123152802

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