Ácidos, Bases y Sales

Capitulo 5
Ácidos, Bases y Sales
Los ácidos, las bases y las sales son compuestos indispensables tanto en la vida diaria de los individuos como
en los experimentos de los laboratorio y los procesos industriales.
Los compuestos químicos se clasifican como:
• Binarios. Los formados por dos elementos
• Ternarios. Los formados por tres elementos
• Superiores o polielementales. Los formados por mas de tres elementos.
Ácidos
El ácido es la sustancia capaz de ganar pares electrónicos, ceder protones cuando se disuelve en agua y su
característica principal es la presencia del Ion hidrógeno en su molécula.
Bases
Las sales son compuestos iónicos formados por un cation distinto al Ion hidrógeno y las sales se forman
cuando los ácidos reaccionan con las bases.
Neutralización
La Neutralización es la reacción de un ácido con un base para dar como producto sal y agua.
Relación ácido − base
HCI + NaOH NaCl + H2O
Titulación
La Titulación es uno de los procedimientos mas frecuentes para determinar la concentración de una solución.
Determinación de pH
El pH es simplemente una manera de expresar la concentración del Ion hidrógeno. Así el grado de acidez de
las soluciones acuosas se expresa por valores de pH y es la medida de acidez de una solución diluida y se
define como el logaritmo de la concentración del Ion hidrógeno en una solución.
PH = −Log [H+)
POH = − Log [OH+]
Capitulo 6
Electroquímica
La electroquímica es el estudio de la interacción entre la energía eléctrica y la energía química.
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La energía eléctrica se manifiesta en un flujo de electrones en un medio conductor, mientras la energía
química es el resultado de una transferencia de cara eléctrica de una especia a otra.
La base los productos químicos son reacciones químicas de oxidación y reducción, se producen en las celdas
electroquímicas.
Reacciones de oxidación y reducción
Reducción indica que hay una disminución en el numero de oxidación y ganancia de electrones. La oxidación
como el proceso en el cual un átomo pierde electrones y la reducción es el proceso en el cual un átomo gana
electrones.
Numero de oxidación
El numero de oxidación de un elemento es una cifra positiva o negativa que se puede definir como la cantidad
de cargas que tendría un átomo en una molécula si los electrones fueran transferidos completamente en la
dirección indicada por la diferencia de electronegatividad.
Balanceo por el método de oxidación − reducción (redox)
Para balancear una ecuación química por este método existen diferentes procedimientos, el de numero de
oxidación y el de Ion electrón.
Soluciones con electrolitos y no electrolitos
Una solución electrolítica se define como la mezcla homogénea de un electrolito disuelto en agua.
Cuando el soluto es un no electrolito la solución será conocida como no electrolítica. Electrolito es la
sustancia que en soluciones acuosas conducen electricidad.
Celdas electroquímicas
Los procesos electroquímicos se realizan en reactores conocidos como celdas electroquímicas. existen dos
tipos de celdas la voltaica que tiene semiceldas conectadas eléctricamente y la electrolítica induce ala reacción
no espontánea.
Ley de Faraday
La cantidad de sustancia que se oxida o reduce en un electrodo durante la electrolisis es directamente
proporcional a la cantidad de electricidad que pasa a través de el y ala masa molar de la sustancia que se oxida
o reduce.
Capitulo 7
Termoquímica
La termodinámica es la rama de la física que estudia las transformaciones de la energía, fundamentalmente
calor y trabajo. La termoquímica es la parte de la termodinámica que estudia los cambios térmicos
involucrados en las transformaciones química.
energía y calor
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La primera ley de la termodinámica dice que para cierta cantidad de energía que desaparece, otra forma de
energía aparecerá en la misma cantidad.
Calor de reacción y entalpía
El calor de reacción es la cantidad de energía involucrada en el proceso y depende de la cantidad de reactivos
y productos que intervienen en la reacción.
La entalpía es una función termodinámica de estado comúnmente utilizada para representar el calor
involucrado en un proceso físico o químico.
Calorimetría
La medición experimental de los cambios del calor se conoce calorimetría.
Entropía
La entropía es una función termodinámica utilizada para expresar la magnitud de la aleatoriedad o del
desorden en un sistema.
energía libre de Gibbs
La energía libre es la función de estado útil al establecer un criterio para la espontaneidad de cambio de un
sistema.
La energía libre estándar de formación es el cambio de energía libre que ocurre cuando un mol de una
sustancia es formada a partir de sus elementos con una atmósfera y una temperatura especificas.
Capitulo 8
Estados de la materia
Sólido
El sólido es el estado de agregación de la materia en el cual las sustancias tienen volumen propio y forma
definida.
Liquido
El liquido es el estado de agregación de la materia en el cual las sustancias tienen volumen propio.
Gaseoso
Los gases son una colección de moléculas separadas en una forma amplia y con un movimiento constante y
caótico.
Temperatura, presión y volumen
Son las llamadas variables de estado porque definen el estado del sistema. La temperatura y la presión
determina el estado de agregación particular de una sustancia.
La temperatura es la medida de la energía cinética de las moléculas de un gas.
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La presión es la fuerza ejercida por unidad de área, se debe al choque de sus moléculas contra las paredes del
recipiente.
El volumen es el espacio ocupado por todas las moléculas de gas.
Leyes de los gases
a) Relación presión − volumen (ley de Boyle)
La ley establece que el volumen de una determinada masa gaseosa a temperatura constante es inversamente
proporcional ala presión del gas.
P1 V1 = P1 V1
b) Relación volumen − temperatura (leyes de charles y gay lussac)
La ley establece que la presión Cte. el volumen de una determinada masa gaseosa es directamente
proporcional a su temperatura absoluta.
V1 V2
−−−− = −−−−
V1 V2
c) Relación presión − temperatura
La ley establece que si el volumen permanece Cte., la presión del gas es directamente proporcional a su
temperatura absoluta.
P1 P2
−−−− = −−−−
P1 P2
e) Ecuación de los gases ideales
La relación donde el valor de la constante dependerá de la cantidad de moles del gas y de las unidades.
PV = nRT
R tendrá los sig valores:
R = 0.082atmL/molK
R = 8.314 J/molK
R = 1.9878 cal/molK
R = 62 mmHgL/molK
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R = 82 atm cm3/molK
R = 8.3145 Kpa dm3/molK
f) Ley de Dalton de las presiones parciales
La presión total de una mezcla gaseosa será igual a la suma de las presiones parciales de los componentes de
la misma
PT = PA + PB + PC + ... + Pt
Capitulo 9
Equilibrio y Cinética química
Cinética química
La cinética química es el área de estudio de la química en que se describe la velocidad y los mecanismos de
las reacciones químicas.
A la razón del cambio con que sucede la transformación de reactivos a productos se le conoce como velocidad
de reacción.
a) velocidad de reacción
La velocidad de reacción se define como la razón de cambio en la cambio en la cantidad de sustancia (en
moles) de un reactivo o producto en la unidad de tiempo y en la de volumen:
dnð
r = −−−−−−−
Vdð
b) Ley de velocidad
La ley de velocidad es una ecuación que expresa la velocidad de una reacción en función de las
concentraciones de los reactivos elevadas a diversas potencias.
La velocidad de una reacción puede ser afectada por los sig. Factores:
• Concentración. La velocidad de una reacción aumenta cuando se incrementa la concentración de los
reactivos.
• temperatura. Las reacciones son mas rápidas cuando se aumenta la temperatura.
• Catalizador. La velocidad de una reacción química puede aumentarse con la presencia de un catalizador,
que es una sustancia que incrementa la velocidad de la reacción.
• Área de la superficie de un reactivo sólido o de un catalizador. Al reaccionar un sólido con un gas o un
liquido, el área de la superficie del primero afecta la velocidad de reacción.
Equilibrio químico
a) Ley de acción de masas y la constante de equilibrio (kc)
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La ley establece que los valores de la expresión de la constante de equilibrio son constantes para una reacción
en particular a una temperatura constante, siempre que se hayan sustituido las concentraciones al equilibrio.
[C]ce [D]de
Kc = −−−−−−−−−−−−−−−
[A]ae [B]be
b) Utilidad de la constante de equilibrio
Al sustituir las concentraciones iniciales en la expresión de la constante de equilibrio se obtiene un cociente de
reacción identificado como Qc. Que comparado con Kc puede ayudar a determinar la dirección de la reacción
para lograr el equilibrio.
[C]c0 [D]d0
Qc = −−−−−−−−−−−−−−−
[A]a0 [B]b0
Qc es mayo que Kc la reacción ira hacia la izquierda
Qc es menor que Kc la reacción ira hacia la derecha
Qc es igual que Kc la mezcla de reacción esta en equilibrio
c) Principio de Le Chatelier
Establece que cuando el equilibrio químico de un sistema es perturbado por un cambio de temperatura,
presión o concentración, el sistema modificara la composición en equilibrio en alguna forma que tienda a
contrarrestar el efecto de esa variable.
Catálisis
Un catalizador es una sustancia que aumenta la velocidad de una reacción química sin consumirse, y se
clasifica así:
• catálisis homogénea. En la que los reactivos y el catalizador están dispersos en una sola fase.
• catálisis heterogénea. Los reactivos y el catalizador están en fases diferentes
• catálisis enzimática, altamente especifica, de modo que cada enzima actúa sobre una clase particular de
sustrato.
Capitulo 10
Materiales para Ingeniería
Un material es una clase especifica de materia que presenta ciertas características, en función de sus
propiedades físicas y químicas, que la distinguen de los demás.
Materiales metálicos
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Se conoce como mineral a la sustancia inorgánica de origen natural con composición química característica y
estructura cristalina definida. Los materiales metálicos son sustancias inorgánicas tales como el hierro, cobre,
aluminio, níquel, magnesio, zinc, titanio y muchos mas que pueden ser utilizados en forma pura.
Los metales se clasifican en :
• ferrosos. Los que tienen alto contenido de hierro.
• no ferrosos. Los elementos metálicos diferentes de hierro.
Materiales polímeros
Un polímero es una especie química de alto peso molecular que se obtiene como resultado de muchas
unidades de bajo peso molecular que se repiten.
Materiales cerámicos
Son sustancias inorgánicas que se forman por elementos metálicos y no metálicos unidos químicamente por
enlaces iónicos y/o covalentes. Su estructura puede ser cristalina, amorfa o mezcla de ambas.
Materiales compuestos
Los materiales compuestos son mezclas de dos o mas materiales que difirieren en forma y composición
química y que son esencialmente insolubles entre si.
Materiales electrónicos
Son materiales semiconductores como el silicio y el germanio, que se pueden obtener con un alto grado de
pureza para después añadir impurezas adecuadas en su estructura (doparlos) para modificar sus características.
La conductividad eléctrica es un factor importantes en la selección de los materiales usados en la ingeniería
electrónica, ya que es tan importante un material superconductor como uno poco conductor o aislante.
Contaminación ambiental
La actividad industrial del país contribuye de diversas maneras a la generación de contaminantes, en función
de las características de los procesos y del tipo de insumos y productos.
Los procesos de fabricación de los materiales y su transformación en productos útiles comprenden múltiples
actividades propias de cada rama en particular.
Las fuentes principales de estos residuos están en los procesos de separación, transformación y purificación
que deben aplicarse a las corrientes de materiales.
Ejercicio.
Señalar si es verdadero o falso.
1. Cinética química es el área de estudio que describe el equilibrio dinámico de las reacciones químicas.
Verdadero falso
2. La velocidad de conversión de un reactivo en una reacción química es igual a /\[reactivo]//\t
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verdadero falso
3. La constante cinética representa la proporcionalidad entre la velocidad y la concentración de los reactivos
de una reacción química.
Verdadero falso
4. La velocidad de formación de un producto en una reacción química es un valor negativo.
Verdadero Falso
5. La suma de los exponentes de las concentraciones de los reactivos que aparecen en la ley de velocidad
indica el orden global de reacción.
Verdadero Falso
6. La ley de acción de masas establece que cuando el equilibrio químico de un sistema es perturbado por un
cambio de temperatura, presiona o concentración, el sistema modificara la composición en equilibrio para
contrarrestar el efecto que provoco el cambio.
Verdadero Falso
7. Cuando la constante de equilibrio es igual a 1, la reacción se desplazara hacia la derecha ()
Verdadero Falso
8. Cuando la cociente de reacción es mayor que la constante de equilibrio, la reacción se desplazara hacia la
izquierda. ()
Verdadero Falso
9. Los catalizadores son sustancias que alternan la velocidad de una reacción química sin consumirse.
Verdadero Falso
10. En todas las reacciones químicas la transformación de reactivos a productos es directa y completa.
Verdadero Falso
11. Todos los materiales son sustancias orgánicas
Verdadero Falso
12. Se conoce como mineral a la sustancia inorgánica de origen natural con composición química
característica y estructura cristalina definida.
Verdadero Falso
13. Todos los materiales se clasifican según su uso.
Verdadero Falso
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14. La bauxita es el mineral del que se extrae aluminio.
Verdadero Falso
15. La unidad básica de los polímeros es la resina.
Verdadero Falso
16. El caolín es un tipo de arcilla usado en la obtención de polímeros.
Verdadero Falso
17. El material mas utilizado en la fabricación de dispositivos electrónicos es el cadmio.
Verdadero Falso
18. La rama industrial metal mecánica es la que mas contamina en México.
Verdadero Falso
19. Los residuos son considerados peligrosos cuando tienen todas las características señaladas en el código
CRETIB
Verdadero Falso
20. Todos los productos químicos son peligrosos.
Verdadero Falso
Oxidación perdida de e−
Reducción ganancia de e−
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