Reacciones en disolución acuosa
¿Qué ¿Q ué es una disolución acuosa?
Se habla de una disolución acuosa siempre que el disolvente (o el disolvente mayoritario, mayoritario, en el caso de una mezcla de disolventes) es agua agua.. El agua como disolvente es muy polar polar y y forma puentes de hidrógeno muy fuertes. Las disoluciones acuosas tienen una gran importancia en la química química,, desde los laboratorios de ciencia básica hasta la química de la vida, vida , pasando por la química industrial.. Por la vasta cantidad y variedad de industrial sustancias que son solubles en agua, esta se denomina denomin a a veces disolvente universal.
opiedades Pr opiedades
Se agrupan en dos categorías:
Electrólitos: Conducen la corriente eléctrica. Un electrolito es una
sustancia que al disolverse en agua, da lugar a la formación de iones. Los electrolitos pueden ser débiles o fuertes, fu ertes, según estén parcial o totalmente ionizados o disociados en medio acuoso. Un electrolito fuerte es toda sustancia que al disolverse di solverse en agua, provoca exclusivamente exclusi vamente la formación de iones con una reacción reacc ión de disolución prácticamente irreversible. Un electrolito débil es una sustancia susta ncia que al disolverse en agua, produce iones parcial, con reacciones de tipo reversible.
Electrólitos fuertes
HCl
H2SO4
Electrólitos débiles
HF
H2O
opiedades Pr opiedades
(Continuación)
Un electrolito se describe como concentrado si tiene una alta concentración de iones; o diluido, si tiene una baja concentración. Si una alta proporción del soluto disuelto dis uelto se disocia en iones, la solución es fuerte; si la mayor parte del soluto permanece no ionizado la solución es débil . No electrólitos:
No conducen la corriente eléctrica
Metanol, glucosa« Aunque el agua es eléctricamente neutra, tiene una regió n (+) (átomos H) y otra ((-) -) (átomo O), dando un dipolo:
Por esto el agua es un disolvente polar
olitos y no Ejemplo de elect r olitos electr olitos olitos
Sabemos, a partir de varios datos experimentales, que el cloruro de sodio sólido tiene una estructura tridimensional de iones sodio e iones cloruro. El cloruro de sodio sólido no es un conductor de electricidad. Los iones del entramado iónico se mantienen en su sitio gracias a las fuertes f uertes interacciones iónicas producidas en el sólido y, por tanto, estos iones no tienen libertad para moverse bajo la influencia del campo eléctrico. Cuando el cloruro de sodio se disuelve en agua, éste forma una disolución de iones sodio y cloruro separados. La presencia de iones en la disolución es responsable del hecho de que la disolución sea conductora de electricidad. Sustancias como el cloruro de sodio, que existen en disolución acuosa por completo o casi por completo como iones, se denominan electrolitos fuertes. Por el contrario, una disolución acuosa de un no electrolito, como el azúcar, no conduce la electricidad.
Ejemplo visual
Dispositivo para distinguir electrolitos y no electrolitos: Una disolución de no electrolitos no contiene iones y el foco no se enciende La disolución con electrolitos débiles contiene pocos iones, por lo que el foco se enciende tenuemente. La disolución con un electrolito fuerte hace que la bombilla brille con fuerza, ya que tiene gran cantidad de iones.
Solubilidad
La solubilidad solubilidad es una medida de la capacidad de una determinada sustancia para disolverse en un líquido líquido.. Puede expresarse en moles por por litro litro,, en gramos por litro, o en litro porcentaje de soluto soluto;; en algunas condiciones se puede sobrepasarla, sobrepasarl a, denominándose solución sobresaturada. sobresaturada. En la solubilidad, el carácter carácter polar polar o polar o apolar apolar de de la sustancia influye mucho, ya que, debido a estos la sustancia será más o menos soluble, por ejemplo: Los compuestos com puestos con más de un grupo funcional presentan gran polaridad por lo que no son solubles en éter etílico. etílico. Entonces para que sea soluble en éter etílico ha de tener poca polaridad, es decir no ha de tener más de un grupo polar el compuesto. Los compuestos con menor solubilidad son los que presentan menor reactividad reactivida d como son: las parafinas, compuestos aromáticos y los derivados halogenados.
Solubilidad
(Continuación)
La solubilidad varía con la temperatura. tem peratura. En la mayoría de los casos: a mayor temperatura del solvente, mayor m ayor solubilidad del soluto El término solubilidad se utiliza tanto para designar al fenómeno cualitativo del proceso de disolución como para expresar cuantitativamente cuantitativamente la concentración de las soluciones. La solubilidad de una sustancia depende de la naturaleza naturalez a del disolvente y del soluto, así como com o de la temperatura y la presión del sistema, es decir, de la tendencia del sistema a alcanzar el valor máximo de entropía.. Al proceso de interacción entre las moléculas del entropía disolvente disolvent e y las partículas del soluto para formar f ormar agregados se le llama solvatación y si el solvente es agua, hidratación hidratación..
cuaciones s molecular es es e iónicas Ecuacione
Moleculares: Ecuaciones en las que se escriben las fórmulas de los compuestos como si todas las especies existieran como moléculas o entidades unitarias. Iónicas: Hay dos tipos de ecuaciones iónicas Ecuación iónica total o completa: c ompleta: Ecuación que muestra las especies disueltas como iones libres. Ecuación iónica neta: Ecuación que indica sólo las especies iónicas que realmente toman tom an parte en la reacción.
eacciones de Ejemplos de r eacciones pr ecipitación ecipitación Aspecto
de algunos precipitados (de izquierda a derecha)
CdS
PbS
Ni(OH)2
Al(OH)2
Ejemplos de ecuaciones
Al escribir las ecuaciones químicas para las reacciones en solución, suele ser útil indicar explícitamente si las sustancias s ustancias disueltas se encuentran de forma predominante como iones o como moléculas. moléc ulas.
HCl(ac) +NaOH(ac) H2O(l) + NaCl(ac)
Las ecuaciones escritas de esta manera, mostrando las f órmulas químicas completas de los reactivos y de los l os productos se llaman ecuaciones moleculares. Este término, es erróneo en este caso, porque las sustancias en la reacción, excepto el agua, existen como como iones. HCl, NaOH y NaCl son electrolitos fuertes, y podemos escribir la ecuación química para indicar que están completamente ionizados en solución: sol ución:
H+ (ac) + Cl Cl--(ac) -(ac) + Na+(ac) + OHOH- (ac) (ac) H2O(l) + Na+(ac) + ClCl-(ac) -(ac)
Ejemplos de ecuaciones (Continuación)
Una ecuación escrita de esta forma ±indicando ±indicando como iones a todos los electrolitos fuertes solublessolubles-, -, se conoce como ecuación iónica completa.
Na+(ac) y ClCl-(ac) -(ac) aparecen en forma idéntica en ambos lados de la ecuación iónica completa. A estos iones se les llama iones espectadores. Cuando los iones espectadores se omiten de la reacción (se cancelan como las cantidades algebraicas) nos queda la ecuación iónica neta:
H+ (ac) + OHOH- (ac) (ac) H2O(l)
La ecuación iónica neta incluye solamente aquellos iones y moléculas que están participando directamente en la reacción. Como en las reacciones se conserva la carga, la suma de los iones debe ser la misma en ambos lados de la ecuación iónica neta balanceada.
Reacciones ácido ² Reacciones ² b base ase ((A A rrhenius)
La primera definición de ácido y base fue acuñada en la década de 1880 por Svante Arrhenius quien los define como com o substancias que pueden donar protones (H+) o iones hidróxido (OH (OH--) -) respectivamente. Esta definición es por supuesto incompleta, pues existen moléculas como el amoniaco (NH 3) que carecen del grupo OH OH-- y p poseen ose see en características básicas.
Reacciones ácido ² Reacciones ² b base ase ((B B r onsted onsted ² ² Lowr y) y)
Una definición mas general fue propuesta en 1923 por Johannes Brönsted y Thomas Lowry quienes enunciaron que una sustancia ácida es aquella que puede donar H+, exactamente igual a la definición de Arrhenius; pero a diferencia de éste, definieron a una base como una sustancia que puede aceptar protones. De acuerdo con esta definición, cualquier reacción ácidoácido-base -base puede ser escrita como: HA + H2O H3O+ + A A-((1) 1) En donde un ácido (HA), reacciona con una base (H2O) para formar la base conjugada del ácido (A(A-) -) y el ácido conjugado de la base (H3O+). La reacción generalmente se escribe omitiendo al agua: (2) HA H+ + AA-
Reacciones ácido ² Reacciones ² b base ase ((B B r onsted onsted ² ² Lowr y) y) (Continuación)
De acuerdo con lo anterior, el ion acetato (CH3COO COO--), -), es la base conjugada del ácido acético (CH3COOH); de la misma forma el ion amonio (NH4+) es el ácido conjugado del amoniaco (NH3), esto es:
CH3COOH CH3COO COO-- + H+ H+
NH4+ NH3 + H+
Reacciones ácido ² Reacciones ² b base ase ((Lewis) Lewi wis) s)
Una definición más general sobre la definición de ácidos y bases fue propuesta por Gilbert Lewis quien describió describ ió que un ácido es una sustancia que puede aceptar un par de electrones y una base es aquella que puede donar ese par.
opiedades Pr opiedades Á Ácidos
gener ales ales ácido - b base as e
opiedades Pr opiedades
de las bases
Ionización de HCl en agua para formar el ion Hidruro y el ion Cloruro
Reacciones r e edox dox
Agente oxidante: Cu+² + 2 e --------------------- Cuº especie especie reducida reducida Agente reductor Feº ---------Fe+² ---------Fe+² + 2 e especie oxidada
Las reacciones redox son las sustancias con capacidad para aceptar y donar electrones tienen dos formas interconvertibles, interconv ertibles, una de ellas es capaz de aceptar electrones, la otra es capaz de donarlos.
Tipos
de r e edox dox
Existen cuatro tipos de reacciones redox:
Reacciones de combinación: Son aquellas en las que dos o más sustancias se combinan para formar un solo producto. Reacciones de descomposición: es la rotura de un compuesto en dos o más componentes Reacciones de desplazamiento: un ión o un átomo de un compuesto se reemplaza por un ión o un átomo de otro. Reacciones de desproporción: un mismo elemento en estado de oxidación se oxida y se reduce al mismo tiempo.
Reacciones de descomposición
En las reacciones de descomposición un solo reactante se descompone para formar dos o más sustancias. Muchos Muchos compuestos se comportan en esta forma cuando se calientan: C p A + B p 2 KClO 3 (s) p p2 KCl (s) + 3 O 2 (g) CaCO 3 (s) p pCaO (s) + CO 2 (g)
Reacciones de desplazamiento
Las reacciones de desplazamie desplazamiento nto son reacciones en el cual átomos de un elemento reemplazan reemplazan a átomos de otro elemento en un compuesto, todas las reacciones de desplazamie desplazamiento nto simple son reacciones denominadas redox, los elementos que están en un estado de oxidación cero se hacen iones. H3O+ + OHOH- p 2H2O
Reacciones de dismutación o despr opo opor ción ción
Se S e denomina así a las reacciones redox donde un elemento es al mismo tiempo oxidado y reducido reducido.. Un ejemplo es por ejemplo la desintegración del agua oxigenada liberando oxígeno elemental y agua:
2 H2O2 -> -> O2 + 2 H2O
Concentr ación ación de las disoluciones
Existen distintas formas de expresar la concentración de una disolución, pero las dos más utilizadas son: gramos por litro (g/l) y molaridad (M). Los gramos por litro indican la masa de soluto, expresada en gramos, contenida en un determinado volumen de disolución, expresado en litros. Así, una disolución de cloruro de sodio con una concentración concentra conce ntración ción de 40 g/l contie co con ntiene tiene ne 40 g de de cloruro de sodio en un litro de disolución.
Tipos
de medición de la concentr ación ación
Concentración de porcentaje en peso: peso : gramo de soluto ssoluto oluto : 100 gramos de disolución Concentración en porcentaje volumen volumen:: cm3 de soluto : 100 cm3 de disolución Concentración normal: normal: número de equivalente de soluto : volumen de la disolución
Número de equivalentes = masa del soluto: masa equivalente Masa equivalente = masa moléculas: número de H+ en el OH intercambiados
(gramos/ (gra (gramos/litro) mos/litr litro) o) = gramos gramos de soluto : volumen volumen volum en de la disolución Molaridad = número de moles de soluto : volumen de la disolución
Análisis gr avimét avimétr ico ico
En química química,, el análisis gravimétrico consiste en determinar la cantidad proporcionada de un elemento, radical o compuesto presente en una muestra, eliminando todas las sustancias que interfieren y convirtiendo el constituyente o componente deseado en un compuesto de composición definida, que sea susceptible de pesarse. Los cálculos se realizan con c on base en los pesos atómicos y moleculares moleculares,, y se fundamentan en una constancia en la composición de sustancias puras y en las relaciones ponderales (estequiometría estequiometría)) de las reacciones químicas. químicas .
Análisis gr avimét avimétr ico ico (métodos)
Método por precipitación: En este el analito es convertido en un precipitado poco soluble, luego se filtra, se purifica, es convertido en un producto de composición química conocida y se pesa. Para que este método pueda aplicarse se requiere que el analito cumpla ciertas propiedades: Baja solubilidad Alta pureza al precipitar filtrabilidad d Alta filtrabilida Composición química definida al precipitar
Análisis gr avimét avimétr ico ico (métodos)
Método por volatilización: En este método se miden los componentes de la muestra que son o pueden ser volátiles. El método será directo si evaporamos el analito y lo hacemos pasar a través de una sustancia absorbente que ha sido previamente pesada así la ganancia de peso corresponderá al analito buscado; el método será indirecto si volatilizamos el analito y pesamos el residuo posterior a la volatilización volatilización así pues la pérdida de peso sufrida corresponde al analito que ha sido volatilizado. El método por volatilización solamente puede utilizarse si el analito es la única sustancia volátil o si el absorbente es selectivo para el analito.
avimétr ico ico Etapas del análisis g r avimét Una disolución que contiene una cantidad conocida de NaCl en un vaso de precipitados Precipitación de AgCl al añadir una cantidad canti dad de AgNO3 por medio de una probeta. En esta reacción reacc ión el AgCl es el reactivo reac tivo en exceso y el AgNO3 el reactivo limitante. La disolución que contiene AgCl se filtra a través de un crisol c risol que permite el paso del líquido pero no del precipitado.
Titulaciones
ácido - b base as e
Las reacciones ácidoácido-base -base son reacciones de equilibrio homogéneo (neutralización) entre los iones, que se producen al estar en contacto un ácido con una base obteniéndose una sal mas agua agua.. Durante las operaciones rutinarias en el laboratorio así como en la de los análisis volumétricos son prácticamente mayor los problemas relacionado relacionados s con la estequiometrìa, una de ellas es la normalidad que se define como el número de equivalentes de soluto por litro de solución.
Bibliogr afía afía
Química
Química: La ciencia central
Raymond Chang T. Brown Et Al.
www.wikipedia.org
