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7/25/2019 unidad_3_cap_1q

1/1324todo se transformaQumica 3 C.B.

Unidad3

Transformaciones qumicas

Modelo actual: estructura atmica.

Ncleo. Inestabilidad nuclear.

Captulo 1

Captulo 2

Captulo 3

24Transformaciones qumicas.Captulo 1Qumica 3 C.B.

EditorialContexto

2010-www.e

ditorialcontexto.com.uy-29019493


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Conclusiones

El magnesio arde cuando se calienta en presencia del dioxgeno delaire; se produce la combustin de este metal.

Podemos concluir que es un cambio qumico por las siguientesrazones:

al comienzo el metal tiene brillo caracterstico y el producto re-

sultante es un slido blanco de aspecto diferente. se libera energa en forma de luz y calor.

El magnesio metlico y el dioxgeno, dos sustancias simples, son losreactivos en esta transformacin. El producto formado se denominaxido de magnesio, compuesto constituido por los elementos magnesioy oxgeno.

El cambio ocurrido puede representarse de la siguiente manera:

magnesio (s) + dioxgeno (g) xido de magnesio (s)

Con las frmulas de las sustancias que participan en este cambio, selo puede representar mediante la siguiente expresin:

Mg (s) + O2(g) MgO (s)

La masa se conserva en las transformaciones qumicas como conse-cuencia de la conservacin de los elementos. Por lo tanto, el nmero departculas de cada uno de ellos debe ser el mismo antes y despus delcambio.

Para lograr la igualdad del nmero de partculas de cada elemento

que participa en el cambio se debe igualar o balancear la expresinanterior utilizando nmeros llamados coeficientes.

En este ejemplo es necesario agregar dos coeficientes: un 2 delantedel Mg y un 2 delante de la frmula del xido de magnesio (MgO), que-dando as igualada la expresin.

2 Mg (s) + O2(g) 2 MgO (s)

Se ha representado la combustin del magnesio mediante la ecua-cin qumica.

Las ecuaciones qumicasindican en forma cualitativa y cuantitativalos cambios producidos en las transformaciones qumicas.

Tambin es posible emplear el modelo de partculas para representarel fenmeno ocurrido.

Las letras entre parntesis indi-can los estados fsicos de cadasustancia.

(s) slido

(l) lquido

(g) gaseoso

Se representan las sustancias:

- Magnesio, con el smbolo delelemento (Mg) porque es unmetal y no est formado pormolculas

- Dioxgeno, con O2, porque

est constituido por molcu-las diatmicas

- xido de magnesio con MgO,(frmula mnima del com-puesto)

En una ecuacin qumica, losnmeros que se colocan delan-te de las frmulas de las sus-tancias se llaman coeficientes.Cada coeficiente multiplica la

cantidad de tomos represen-tados en la frmula a la cualantecede. Los coeficientes seusan para representar el aspec-to cuantitativo de un cambioqumico.

Cada crculo violeta represen-ta una partcula de magnesio ycada crculo rojo representauna partcula de oxgeno. 2Mg O

2 2MgO

248 Captulo 1Transformaciones qumicas. Qumica 3 C.B.


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Combustin del carbn

ObjetivoEstudiar los cambios que se producen durante la combustin del

carbn.

Materiales

alambre de acero jeringa plsticacarbn de lea mecheroagua de cal tubos de ensayoagua gradillasorbito para refresco frasco de vidrio grande

con tapa doblemente perforada

Procedimiento1. En dos tubos de ensayo coloca 2 cm3de agua de cal.2. Sujeta un trozo de carbn de lea con el alambre de acero que

atraviesa la tapa del frasco de vidrio (fig. 1).3. Enciende un extremo del trozo de carbn con un mechero4. Tapa el frasco dejando el trozo de carbn encendido adentro del

mismo. Observa.5. Cuando no aprecies ms cambios en el interior del frasco extrae

el gas producido mediante la jeringa.6. Libera el gas recogido presionando el mbolo de la jeringa para que

burbujee en el agua de cal de uno de los tubos de ensayo.7. Introduce el sorbito en el otro tubo de ensayo. Sopla a travs de

l, de manera tal que el producto de la exhalacin burbujee en la

solucin, hasta que observes algn cambio.

Cuadros de datos

1. El carbono contenido en el carbn de lea ha experimentado uncambio qumico. Qu observaciones confirman esta afirmacin?

2. Cul supones que es el producto de este cambio qumico?

Cuadro I

Caractersticas delcarbn antes de lacombustin

Cambiosobservados

Cuadro II

Agua de cal Agua de cal y productode la combustin delcarbn

Agua de cal conproducto de laexhalacin

Durante el desarrollo del expe-rimento debers registrar losdatos en los cuadros I y II segncorresponda.

Fig. 1.


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Conclusiones

El carbn de lea est constituido fundamentalmente por carbono.Al quemarse en presencia de dioxgeno produce un gas incoloro y se li-bera energa en forma de luz y calor.

El carbono slido y el dioxgeno, sustancias simples, son los reacti-vos. El ensayo con agua de cal permite reconocer que el gas obtenido

es dixido de carbono, compuesto formado por los elementos carbonoy oxgeno.

Es posible registrar el cambio ocurrido de la siguiente manera:

carbono (s) + dioxgeno (g) dixido de carbono (g)

Empleando el lenguaje qumico se representan las sustancias con lasfrmulas correspondientes a cada una.

Por lo tanto, la expresin correspondiente a la combustin del car-bono es:

C (s) + O2(g) CO

2(s)

En este caso la expresin est igualada; el nmero de tomos de car-bono y oxgeno representados en los reactivos es igual al nmero detomos de esos elementos en el producto.

Esta es la ecuacin qumica de la combustin del carbono y se pue-de leer de la siguiente manera: un tomo de carbono reacciona con unamolcula de dioxgeno formando una molcula de dixido de carbono.

La combustin del carbono se puede reperesentar usando el modelode partculas.

Se representan las sustancias:

- Carbono, con el smbolo delelemento (C) porque es unno metal que no est forma-do por molculas

- Dioxgeno, con O2, porqueest constituido por molcu-las diatmicas

- Dixido de carbono, con CO2(frmula del compuesto)

El ensayo con agua de cal seutiliza para reconocer dixidode carbono.

El dixido de carbono, tambinllamado anhdrido carbnicoes un gas incoloro, denso y po-co reactivo.

Un ser humano exhala por daaproximadamente 1kg de estegas.En los vegetales, el dixido decarbono se combina con agua ypor accin de la luz se produ-ce glucosa y se libera dioxgenodurante la fase luminosa de lafotosntesis.

Cada crculo negro representauna partcula de carbono y cadacrculo rojo representa unapartcula de oxgeno

Combustin del hierro

La reaccin del hierro con el oxgeno atmosfrico es una combus-tin lenta que se favorece con la humedad. Sobre la superficie del hierroo acero, expuesta al aire hmedo, se forma un slido de color pardo quese desprende fcilmente. Se dice que el hierro se ha oxidado al formarsexido frrico llamado cotidianamente herrumbre (fig. 2).

Una combustin rpida se logra colocando un trozo de lana de aceroen la llama del mechero. Se producen chispas incandescentes similaresa las que se desprenden al cortar hierro con una amoladora.

C O2 CO

2



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En esta reaccin el hierro y el dioxgeno, sustancias simples, son losreactivos (fig. 2 y 3).

hierro(s) + dioxgeno (g) xido de hierro(s)

La expresin que representa la formacin del xido es:

Fe (s) + O2(g) Fe

2O

3(s)

Para igualarla o balancearla es necesario agregar tres coeficientes: un4 delante del Fe, un 3 delante del O

2y un 2 delante del Fe

2O

3

4 Fe (s) + 3 O2(g) 2 Fe

2O

3(s)

El nmero de tomos de hierro y de oxgeno es igual en los reactivosy en el producto.

Se ha escrito la ecuacin qumica que representa la formacin de

uno de los xidos de hierro.

El hierro puede formar un compuesto diferente al reaccionar conoxgeno.

Fe (s) + O2(g) FeO (s)

Esta expresin no est igualada, es necesario colocar el coeficiente 2tanto delante del Fe como delante del FeO

2 Fe (s) + O2(g) 2 FeO (s)

Se ha escrito la ecuacin qumica correspondiente a la formacin deotro xido de hierro

Tambin podemos representar el proceso empleando el modelo departculas.

Se han analizado diferentes cambios qumicos que se caracteri-zan por el desprendimiento de energa en forma de luz y calor,son procesos de combustin. En este tipo de transformacionesse forman xidos.

El acero es una aleacin forma-da principalmente por hierro ycarbono. En lenguaje cotidianose dice que la puerta de hierroo la carrocera del auto se hanpicado.Para evitar este efecto, se sue-

len proteger los objetos de ace-ro pintando la superficie o rea-lizando un recubrimiento elec-troltico de nquel o cromo.

Fig. 2.Tanque de agua cubierta de xi-do frrico.

Un clavo no arde, pero la energasuministrada por una llama es sufi-ciente para desencadenar la reaccin

de combustinentre el hierrode lalana de acero y el oxgenodel aire.Esta diferencia se debe a que lasuperficie de contacto con el airees mucho mayor en la lana de acero(formada por hebras muy finas) queen el clavo.La velocidad de una reaccin qumi-ca se incrementa si aumenta la su-perficie de contacto entre los reacti-

vos (el oxgeno del aire y el hierro dela lana de acero).

Fig. 3.

Es indispensable nombrar losxidos de hierro de diferentemanera, para poder distinguir-los, ocurre lo mismo con otroscompuestos.

Cada crculo verde represen-ta una partcula de hierro y cadacrculo rojo representa una

partcula de oxgeno. 2Fe O2 2FeO


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Ley de las proporciones constantes:Ley de Proust

A fines del siglo XVIII el qumico francs Joseph Louis Proust rea-liz numerosos experimentos estudiando las proporciones en que lassustancias simples reaccionan para formar compuestos. Sus conclusio-nes son el origen de una ley msica que lleva su nombre.

Los datos de la figura 4 corresponden a cuatro experimentos en losque se obtuvo el mismo compuesto, xido de magnesio, utilizando ma-sas diferentes de magnesio y dioxgeno.

En la ltima columna se establece la relacin entre las masas de losreactivos que resulta ser un valor constante.

Numerosos trabajos experimentales permiten expresar esta regula-ridad en una ley llamada Ley de las proporciones constantes o Ley deProust.

Ley de Proust.Cuando las sustancias simples se combinan para formar un deter-minado compuesto lo hacen en una relacin constante de masas.

Esta ley se puede expresar tambin de la siguiente manera:

Las masas de los elementos que constituyen una sustancia com-puesta se encuentran en una proporcin constante.

Si dos elementos forman dos o ms sustancias compuestas, la pro-porcin en masa de los elementos constituyentes es diferente y caracte-rstica para cada uno de los compuestos.

Por ejemplo, los xidos de hierro

en el FeO la relacin msica es mFe =3,5 mO

en el Fe2O

3la relacin msica es mFe =2,3

mO

El valor diferente de las relaciones msicas confirma que el hierro y

el oxgeno forman dos xidos distintos.

Es posible interpretar la ley de Proust utilizando el modelo de part-culas: en una sustancia compuesta las partculas de cada elemento quela forman se encuentran en una proporcin caracterstica.

Las frmulas qumicas representan esas proporciones.

A continuacin se describen algunos criterios que se han establecidopara formular y nombrar los xidos.

Exp mMg quereacciona

(g)

mO2que

reacciona(g)

mMgmO

I 19,2 12,8 1,5

II 7,2 4,8 1,5

III 12,0 8,0 1,5

IV 28,8 19,2 1,52Mg (s) + O

2(g) 2MgO (s)

Fig. 4. Combustin del magnesio.

La relacin entre dos nmerosse establece mediante un co-ciente.Por ejemplo: si en una clasehay 16 chicas y 20 varones po-demos decir que la relacin nu-

mrica entre las chicas y los va-rones es de 4 a 5.

Algo de historia

Proust sostuvo una controversia conotro qumico francs, Claude LouisBerthollet quien sostena que lasproporciones en que se combinanlas sustancias simples no son fijas.Proust repiti los experimentos desu compatriota tomando todas lasprecauciones y encontr equivoca-ciones en los clculos de Berthollet.Cuando ste apreci sus erroresacept las conclusiones de Proust.

Los xidos de hierro son sus-tancias diferentes, los valoresde sus propiedades caracters-ticas no son iguales.Ello se debe a que su composi-cin es distinta a pesar de es-tar constituidos por los mismoselementos.

N de chicas 16 8 4= = =

N de varones 20 10 5



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Nomenclatura qumica

Frmulas y nombres de los xidos

Desde los orgenes de la Qumica los cientficos han buscado diver-sas formas de nombrar las sustancias, lo que se conoce como nomen-clatura qumica.

Por otra parte, tambin han tratado de representar la composicinde las mismas empleando las frmulas qumicas. Ellas indican qu ele-mentos forman las sustancias y en qu proporcin lo hacen.

Mediante acuerdos, se han establecido ciertas reglas que permitensistematizar la manera de formular y nombrar las sustancias, lograndocoherencia en la comunicacin de la informacin qumica.

A lo largo de este libro, se han introducido frmulas y nombres dealgunas sustancias.

Para formular los compuestos: se escriben los smbolos de los elementos en orden creciente de

electronegatividad. a la derecha de cada smbolo se escribe con un subndice la ato-

micidad del elemento indicando el nmero de tomos o ionespresentes

Para nombrar los compuestos: se menciona primero el elemento escrito a la derecha (este orden

corresponde al nombre de la sustancia en ingls).

Existen muchos compuestos binarios, es decir sustancias formadaspor dos elementos, entre ellos los xidos.

En el caso de estos compuestos, se escribe primero el smbolo del

metal o del no metal y luego el smbolo del oxgeno porque es ms elec-tronegativo que el resto de los elementos (exceptuando el flor) (fig. 5).

Nmero de oxidacin

El nmero de oxidacines la carga que tendra un elemento sise asignaran los electrones de enlace al tomo ms electronega-tivo, considerando todas las uniones como inicas.

Los nmeros de oxidacin se encuentran en la Tabla Peridica.

La suma algebraica de los nmeros de oxidacin de los elemen-tos en un compuesto, es cero.

En la Intendencia Municipal deMontevideo existe una Comi-sin de Nomenclatura que sis-tematiza y propone la denomi-nacin de las calles, plazas yotros espacios de la ciudad. Es-tablece y regula el Nomenclator

de MontevideoEn Qumica la IUPAC, entreotros cometidos, propone re-glas que sistematizan los nom-bres y las frmulas de las sus-tancias qumicas.

Atomicidad es el subndi-ce escrito a la derecha de un

smbolo qumico que indicael nmero de tomos o de io-nes de ese elemento. En casode ser 1 no se escribe.

Si se representa el metal conM y el no metal con nM, el or-den de los smbolos qumicosen las frmulas de los xidoses siempre

xido metlico MO

xido no metlico nMO

Fig. 5.

En la Tabla Peridica se en-cuentran los nmeros de oxida-cin de los elementos.Un elemento puede tener va-rios nmeros de oxidacin.


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Determinacin de la frmula de los xidos

La determinacin de la atomicidad de cada elemento en un com-puesto se basa en que la suma algebraica de los nmeros de oxida-cin de los elementos es ceroen cualquier compuesto. La diferencia ennombres y frmulas se establece segn si el metal o no metal tiene unoo varios nmeros de oxidacin.

Cuando el metal (o el no metal) tiene solo un nmero de oxidacin

Para formular xido de magnesio, se escriben los smbolos qumicosdel magnesio y del oxgeno y arriba de ellos el nmero de oxidacin decada uno.

El magnesio tiene nmero de oxidacin +2 y el oxgeno 2.(+2) + (2) = 0 Mg O

La suma algebraica de los nmeros de oxidacin es cero, por lo tantola frmula del xido de magnesio es MgO.

Para formular xido de potasio se procede de forma similar; los n-meros de oxidacin son +1 para el potasio y 2 para el oxgeno.

(+1) (2 )K O

Como la suma algebraica no es igual a cero, seran necesarias dospartculas de potasio por cada partcula de oxgeno.

(+1) + (+1) + (2 ) = 0K K O

La frmula del xido de potasio es K2O

Para nombrar los xidos en los que el metal (o el no metal) solotiene un nmero de oxidacin, se usa la palabra xido seguidadel nombre del metal (o del no metal).

Es posible nombrar estos xidos utilizando la nomenclatura de pre-fijos (fig.6).

Cuando el metal (o el no metal) tiene varios nmeros de oxidacin

Las frmulas que se obtienen son diferentes porque son sustanciascompuestas distintas formadas por los mismos elementos. Se procedede igual forma, usando cada uno de los nmeros de oxidacin.

Si el hierro tiene nmero de oxidacin +2(+2) + (2) = 0 Fe O la frmula es FeOSi el hierro tiene nmero de oxidacin +3(+3) + (+3) + (2) + (2) + (2) = 0 Fe Fe O O O la frmula es Fe

2O

3

Para nombrar estos compuestos puede utilizarse tambin la nomen-clatura de prefijos (fig. 6).

Cmo saber el nmero de oxi-dacin de un elemento en unxido?El nmero de oxidacin del ox-geno en los xidos es 2 y lasuma algebraica de los nme-ros de oxidacin de los elemen-

tos en un compuesto es cero.x + (2 )= 0

Hg2O

La frmula indica que por cadapartcula de oxgeno hay dos demercurio, por lo tanto el metaldebe tener nmero de oxida-cin +1.

y + 2 (2) = 0

SO2En este caso el nmero de oxi-

dacin del azufre es +4 ya quela frmula indica que por cadatomo de azufre hay dos to-mos de oxgeno.

Fig. 6.

Nomenclatura de prefijos

Es posible nombrar los xidosde otra forma utilizando la no-

menclatura de prefijos pro-puesta por la IUPAC.Con los prefijos se indica la ato-micidad de cada elemento enla frmula.

Prefijo Nmero

Mono 1Di 2

Tri 3Tetra 4

Penta 5

Hexa 6Hepta 7

MgO Monxido de magnesioCO2 Dixido de carbonoFe2O3 Trixido de dihierroK2O Monxido de dipotasioSO3 Trixido de azufreN2O3 Trixido de dinitrgeno



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Adems de esta nomenclatura existen otras formas de nombrar losxidos de los elementos que tienen varios nmeros de oxidacin:

sistema Stock nomenclatura tradicional

Sistema Stock

Se escribe el nombre del xido y a continuacin se indica el nmerode oxidacin del metal (o del no metal) con un nmero romano entreparntesis. Por ejemplo:

FeO xido de hierro (II) Fe2O

3 xido de hierro (III)

Nomenclatura tradicional

xidos metlicosSe emplea el trmino xido seguido de una palabra cuya raz deriva

del nombre del metal, con diferente terminacin.

Para el nmero de oxidacin ms bajo se usa el sufijo OSOy para elmayor nmero de oxidacin se usa el sufijo ICO.

FeO xido ferroso Fe2O

3xido frrico

xidos no metlicosSe emplea en la mayora de los casos el trmino anhdrido seguido

de una palabra cuya raz deriva del nombre del no metal con las termi-naciones OSOo ICOsegn corresponda.

N2O

3 anhdrido nitroso N

2O

5 anhdrido ntrico

Cuando el no metal tiene cuatro nmeros de oxidacin como en elcaso del cloro, se agregan dos prefijos: HIPOpara el nmero de oxida-cin ms bajo y PERpara el mayor de los nmeros de oxidacin (+7).

Cl2O anhdrido hipocloroso Cl

2O

3anhdrido cloroso

Cl2O

5 anhdrido clrico Cl

2O

7 anhdridoperclrico

Ecuaciones de formacin de los xidos

Para escribir las ecuaciones qumicas de la formacin de xidos, se debe: indicar los reactivos, el metal o el no metal y el dioxgeno. Si es un

metal se formula como si fuera monoatmico y si es un no metalcon la atomicidad correspondiente

luego de la flecha escribir la frmula del xido como producto igualar la expresin

EjemplosEcuacin de formacin del xido de sodio4 Na (s) + O

2(g) 2 Na

2O (s)

Ecuacin de formacin del anhdrido ntrico2 N

2(g) + 5 O

2(g) 2 N

2O

5(g)

Nombre del xido

RazPLUMB PLOMOAUR OROCUPR COBREFERR HIERRO

SULFUR AZUFRE

TerminacinOSO menor N oxidacinICO mayor N oxidacin

El prefijo hiposignificabajo, poco

Hipoglicemia es un trmino

que se emplea en medicinapara indicar que una personaposee baja concentracin deglucosa en la sangre.

El prefijo perproviene de hi-per que significa grande,alto.

Por ejemplohipermercadoque designa a un comerciode gran superficie.

El nitrgeno, el cloro, el bromo,el yodo estn constituidos pormolculas diatmicas N2, Cl2,Br

2, I

2.

Es frecuente usar para el azufrey el fsforo las atomicidades 8y 4:

S8 y P4


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Ampliando el horizonte...

Lee el texto y responde Qu representa el tringulo del fuego? Por qu actualmente se prefiere hablar de tetraedro del fuego?Investiga Por qu no debe usarse agua para extinguir fuegos de origen elctrico? Las combustiones; ocurren siempre con llama? Cules son los diferentes tipos de fuego y qu tipo de extintor se debe usar en cada caso?

Tringulo o tetraedro del fuego?

Los procesos de combustin consisten en reacciones qumicas en las

cuales una o ms sustancias, que constituyen el combustible, se combi-

nan con otra que acta como comburenteliberando energa en forma

de luz y calor.

En el tringulo del fuego se indican las condiciones necesarias para

que se produzca la combustin.

Los lados que componen el tringulo del fuego son:

- el combustible: se trata de la sustancia que experimenta la com-

bustin, puede encontrarse en estado slido, lquido o gaseoso.

- el comburente: se combina con el combustible. En la mayora de

los casos es el dioxgeno

- la fuente de ignicin: suministra la energa necesaria para iniciarla combustin; puede ser una chispa, una fuente de calor, una corriente

elctrica, etc

Si eliminamos de la combustin cualquiera de los componentes de

los lados del tringulo el fuego se apagar. Por lo tanto esta representa-

cin es muy til para explicar cmo podemos extinguir un fuego.

Para que se mantenga la combustin es necesaria una cuarta condi-

cin, la reaccin en cadena.

Al incluir la reaccin en cadena en el esquema del tringulo del fuego

obtenemos el tetraedro del fuego. El principio bsico es el mismo, todos los

elementos indicados en las caras del tetraedro son necesarios para que la com-

bustin se mantenga, si eliminamos cualquiera de ellas el fuego se extinguir.El calor que se libera al comenzar la combustin se trasmite al combustible realimentndolo y per-

mitiendo que la reaccin contine.

Para extinguir una combustin se puede actuar de diferentes maneras, segn las caractersticas del

combustible y el origen del fuego. Una posibilidad es impedir el contacto entre el combustible y el com-

burente. La disminucin de la temperatura tambin impide la reaccin en cadena. Para ello se puede em-

plear agua, arena, una frazada o anhdrido carbnico proveniente de un extintor. El agua y el anhdrido

carbnico tienen la ventaja de impedir el contacto combustible-comburente y de provocar un descenso

de la temperatura a la vez. El agua no debe emplearse para extinguir fuegos de origen elctrico.

Extrado y adaptado de http://www.expower.es/triangulo-tetraedro-fuego.htm

combustible

comburente

fuentedeig

nicin

combustible

combur

ente

fuente

deig

nicin

reaccin en cadena(cara inferior)

f i i l i

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