TEMA 01: FUNDAMENTOS.

2. OBJETO DE LA QUMICA:

En cualquier ciencia, siempre hay dos aspectos que le dan su identidad:

1) Objeto y fines que se propone.2) Modo de cumplirlos y expresar su logro.

En este caso, la Qumica se encarga de estudiar la constitucin, propiedades y transformaciones de la materia, y de obtener una explicacin comn a todos los datos obtenidos mediante una teora lo ms unitaria posible, lo que hace que sea una ciencia que ha pasado del puro empirismo a ser totalmente racional y deductiva.

Al estudiar la reaccin qumica, uno se pregunta cmo y por qu ocurre, lo que nos lleva a velocidades de reaccin, caminos/vas, efectos energticos, etc, y genera especializaciones como la cinetoqumica, la termoqumica o la bioqumica.

Este gran bagaje terico puede jugar en nuestra contra si nos convertimos en meros aceptadores pasivos de lo estudiado, en vez de activos descubridores y solucionadores de problemas y nuevas tcnicas. Aqu nos centraremos en estudiar el ncleo de la qumica, que es la reaccin qumica, es decir, cmo interacciones unas sustancias con otras, y qu leyes siguen.

3. MEDIDA DE LA MATERIA: UNIDADES SI:

La qumica es una ciencia experimental, por lo que presenta dos tipos generales de propiedades complementarias: cualitativas y cuantitativas. Ambas son fundamentales e imprescindibles.

A finales del siglo XVIII se acord crear el Sistema Mtrico de unidades, basado en mltiplos de 10, lo que lo haca bastante lgico y fcil de usar. Fue adoptado en todo el Mundo, excepto en los pases anglosajones. Hoy en da s que lo usan, y se denomina Sistema Internacional de unidades (SI). Tambin cuenta con una serie de prefijos, relacionados con los diferentes mltiplos y submltiplos.

Para poder estandarizar las mediciones, se fij una serie de referencias, que son la base de cada una de las propiedades cuantitativas. As, pues, la medida de la masa se establece en kilogramos, tomndose como referencia un cilindro conservado en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas de Pars, del que se acord, arbitrariamente, que pesa un kilogramo. Por tanto, la medida consiste en el producto de un nmero y una unidad (en este caso, kilogramo (kg)).

4. LA INCERTIDUMBRE EN LAS MEDIDAS CIENTFICAS:

Cualquier medida estar afectada por un error siempre, de tal manera que, cada vez que se intenta medir una propiedad, se obtiene un valor observado distinto. Se pueden clasificar en:

1) Errores de escala: ocurren de forma constante, cuando la resolucin del material utilizado en la medicin no es suficiente para determinar el valor de la propiedad con suficiente exactitud. Son errores inevitables.

2) Errores sistemticos: ocurren constante y previsiblemente, pudiendo ser evitados si se realiza un estudio cuidadoso del mtodo llevado a cabo. Si no es posible, se sumarn a la medida y se tratarn como una constante.

3) Errores aleatorios/accidentales/indeterminados: se dan por fluctuaciones en las variables del sistema, que no siempre son conocidas. Su aleatoriedad los hace tratables estadsticamente, llevndose a cabo varias medidas y promediando.

Al hablar de medidas, debemos tener en cuenta dos conceptos:

1) Exactitud: lo cerca que est el valor observado del valor real.2) Precisin: la capacidad para reproducir varias veces el mismo valor, o valores cercanos

entre s, sea o no sea similar al valor real.

Por tanto, una medicin puede ser muy precisa, pero nada exacta, si viene afectada por errores grandes.

5. CIFRAS SIGNIFICATIVAS:

El nmero de cifras significativas nos da una idea de la precisin de los datos que manejamos. Si usamos una balanza analtica, con una precisin de +-0,001g, y obtenemos un valor de 7,603, el valor es de 7,603 +- 0,001g, siendo un valor con cuatro cifras significativas. Si la expresamos de otra manera o le aadimos ms cifras, el nmero de cifras significativas es el mismo. Si lo expresamos como 0,007603 kg, las cuatro cifras significativas siguen siendo las mismas: las cuatro ltimas.

Por tanto, lo ms fcil para indicar el nmero de cifras significativas es utilizar la notacin exponencial. As, pues, si cogemos el valor anterior, lo expresaramos como 7,603 10-3 kg, deducindose fcilmente cuntas y cules son las significativas. Si hubiera algn cero al final y se hubiera medido como tal, sera una cifra significativa ms, por lo que habra que indicarlo, pues no es lo mismo asegurar que la quinta cifra es un cero, que no hacerlo.

A la hora de realizar clculos, hay que tener en cuenta el nmero de cifras significativas de cada valor de la operacin, debiendo tener el resultado final el mismo nmero de stas que la magnitud menos precisa, y redondeando el resto de cifras, hacia abajo si son de 0 a 4, y hacia arriba si son de 5 a 9. Esto se hace porque la precisin no puede variar al realizar el clculo.

B) LA ECUACIN QUMICA Y LAS RELACIONES DE MASA:

6. ECUACIONES QUMICAS:

Una reaccin qumica es un proceso en el que un grupo de sustancias (reactante (reactivo de una ecuacin concreta)) se convierte en otro (productos). Es, por tanto, una transformacin qumica. Puede ser evidente, si cambia alguna propiedad fsica (cambio de color), o puede necesitar un anlisis qumico detallado, al no observarse ningn cambio aparente.

Sea como sea, se usa la ecuacin qumica como esquema abreviado de esta reaccin, tanto a nivel cuali como cuantitativo. Por lo general, los reactivos se colocan a la izquierda, y los productos, a la derecha, unidos entre s por flechas, uni o bidireccionales (en caso de equilibrio). Ambos se representan escribiendo sus frmulas qumicas.

7. SIGNIFICADO CUANTITATIVO DE LAS ECUACIONES QUMICAS:

Si slo escribimos las sustancias que intervienen, estaremos ante la ecuacin esquemtica, meramente cualitativa. Si tenemos en cuenta la ley de la conservacin de la materia, tendremos que ajustar la ecuacin, de tal manera que haya el mismo nmero de tomos de cada elemento a ambos lados de la flecha. En tal caso, estaremos ante la ecuacin ajustada/estequiomtrica. Las cifras se colocan delante de las frmulas qumicas de cada sustancia, y se conocen como coeficientes estequiomtricos. sta es la forma de ajustar una ecuacin, nunca modificando los subndices de cada sustancia, pues pasara a ser otra, y dejara de estar representando la reaccin a estudiar.

Adems, se suele indicar el estado fsico de cada sustancia: slido (s), lquido (l), gaseoso (g) o en disolucin acuosa (aq). Las condiciones de la reaccin tambin se indican; en este caso, por encima y por debajo de la flecha (temperatura, presin, medio de reaccin, catalizadores, etc).

Hay diferentes mtodos para llevar a cabo el ajuste de reacciones (las redox tienen uno propio). Uno muy habitual es el siguiente:

1) Conocer todos los reactantes y productos, junto con sus frmulas qumicas.2) Escribir la ecuacin esquemtica.3) Si un elemento forma slo un compuesto a cada lado de la flecha, y es distinto en

ambos casos, ser el primero en ser ajustado.4) Ajustar los posibles elementos metlicos presentes.5) Ajustar los no metlicos, excepto el hidrgeno y el oxgeno, que se dejarn para el

final, en ese orden.6) Si aparece algn elemento libre en alguno de los dos lados de la reaccin, se ajustar.7) Comprobar que la ecuacin est ajustada. Si no es as, repetir el proceso.

Esto se puede extrapolar a cantidades, pues un mol de sustancia contiene el mismo nmero de partculas unitarias para toda sustancia existente. Por tanto, es lo mismo hablar de relacin entre tomos/molculas que entre moles. Por tanto, una ecuacin estequiomtrica nos

permite realizar clculos cuantitativos.

C) CMO UTILIZAR LA ESTEQUIOMETRA DE UNA REACCIN:

8. DISTINTOS TIPOS DE CLCULOS ESTEQUIOMTRICOS:

Teniendo en cuenta que son proporciones estables que se mantienen en equilibrio, sabiendo la cantidad de uno de los reactantes, se puede deducir cunto producto se formar. Por tanto, habr una relacin molar, muy til a la hora de realizar clculos cuantitativos, que pueden ser:

1) Clculos masa-masa: teniendo en cuenta las masas molares de cada sustancia.2) Clculos masa-volumen: existe una proporcionalidad entre los moles de un gas y el

volumen que ocupan.3) Clculos volumen-volumen: relacin de los volmenes de dos gases, que es la misma

que su relacin molar.

9. LOS LMITES DE UNA REACCIN:

Todo lo anterior se ha visto dando por hecho unas condiciones ideales de reaccin:

1) Todos los reactivos presentan un 100% de pureza.2) Reaccionan segn lo propuesto, sin reacciones secundarias.3) Las cantidades indicadas de cada reactante se cumplen a nivel estequiomtrico.4) La reaccin se da en su totalidad, sin establecerse una situacin de equilibrio.

Y, sin embargo, normalmente no se cumple esta situacin: los reactivos suelen presentar impurezas, se da reacciones secundarias, se llega a equilibrios qumicos, y alguno de los reactantes, normalmente el ms barato, se encuentra en exceso (precisamente para conseguir que la reaccin avance lo mximo posible, pues es lo que nos interesa). Por tanto, la cantidad real de producto suele ser inferior a la calculada estequiomtricamente (cantidad terica).

a) Rendimiento de una reaccin: mide la eficacia de una reaccin como mtodo de obtencin de un producto (cantidad real/cantidad obtenida).

b) Reactivo limitante: aqul que se encuentra en menor proporcin, y, por tanto, determina hasta qu punto avanza la reaccin, pues, una vez que se acabe ste, la reaccin en s no podr darse, y quedar un remanente de los otros reactantes intacto.

Existen diferentes mtodos para saber cul es el reactivo limitante. Por ejemplo:

1) Calcular la cantidad de moles de cada reactante.2) Seleccionar alguno de los productos.3) Calcular cuntos moles de producto se pueden formar a partir de cada uno de los

reactantes. El reactivo limitante ser el que menor cantidad de producto forme.