Equilibrio Químico, Ácidos y Bases, Termoquímica, Ozono y Química Orgánica

Cálculos de Equilibrio Químico y Constantes (Kp y Kc)

800ºC a) Kp = Kc(RT)ⁿ = 1,39x10⁵ b)

Kp = x·(3x)³/(15-x)² x = 13

[AB₂) = 15 moles Kc = (15)/(3·2) a) Se desplaza a la derecha.

2,5 = (15+x)/(3-x)² x = 0,51 b) Co inic: 3M, 2M, 15M

Co equi: (3+x)·2M; (2+x)·2M; (15-x)·2M Kc = 2,5; 2,5 = 2(15-x)/[(3+x)·(2+x)] x = 0,89 c) Co inic: 3M, 2M, 15M Co equi: (3-x)·2M; (2-x)·2M; (15+x)·2M Kc = 2,5; x = 0,66 (porque la otra solución daría más moles de los formados). B -> C + A a) ΔH_r = -350 + 295 = -55 kJ/mol b) ΔS = (25 J/K·mol + 50 J/K·mol) - (20 J/mol·K + 2(10 J/K·mol)) = 35 J/K·mol; 35 J/K·mol = 0.035 kJ/K·mol ; ΔG = ΔH - TΔS = (-55 kJ/mol) - (298 K · 0.035 kJ/K·mol) = -65.43 kJ/mol c) Espontáneo porque ΔG < 0.

La reacción no requiere aporte energético para producirse.

Cálculos con Ácido Sulfúrico y pH

Ácido sulfúrico 24%: a) 1,17 g/mL · 1000 mL/1 L · 24 g/100 g · 1 mol/98 g = 2,87 M; M = moles/L -> 2,87 M = moles/10·10^-3 L

moles = 0,0287 moles H₂SO₄; M = moles/L = 0,0287 moles/0,1 L = 0,287 M; H₂SO₄ + 2H₂O -> SO₄^2- + 2H₃O⁺; [H₃O⁺) = 2(H₂SO₄) -> [H₃O⁺) = 2·0,287 = 0,574 M;

pH diluido = -log[0,574) = 0,24 pH disolución en 10 mL -> H₃O⁺ = 2·2,87 = 5,74 M. pH = -log(5,74) = -0,76

Es negativo porque es un ácido superprotonado y, por lo tanto, muy fuerte.

b) 10 mL KOH ·(1,05 g dis/1 mL dis)·(15 g KOH/100 g dis)·(1 mol KOH/56 g KOH)·(1 mol H₂SO₄/2 moles KOH)·(1000 mL H₂SO₄/0,287 moles H₂SO₄) = 49 mL = 0,049 L

Neutralización y Cálculo de pH con Ácido Cianhídrico (HCN)

Neutraliza 400 mL con a) M = moles/L -> 0,1 M HCN = moles/0,4 L HCN -> moles = 0,1 M · 0,4 L = 0,04 moles HCN;

Ka = 4,6·10^-10 = (C_oα)²/C_o(1-α) = C_oα²; (1-α) ≈ 1; 4,6·10^-10 = 0,1α²; α = 6,78·10^-5;

[H₃O⁺) = C_oα = 0,1 M · 6,78·10^-5 M; pH = -log H₃O⁺ = -log(6,78·10^-6) = 5,17

b) M = moles/L -> 0,1 M · 0,4 L (HCN) = 0,04 moles HCN;

n_HCN = n_KOH -> 0,04 moles HCN ·(1 mol KOH/1 mol HCN) = 0,04 moles KOH c) KOH = 0,02 moles

Ka = 4,6·10^-10 = ((0,02+x)/0,4)·(x/0,4)/(0,02-x)/0,4 = (0,05+x)·x/(0,05-x) tomando x como despreciable frente a 0.05; 4,6·10^-10 = x/0.05 * x ; x = 4,79·10^-6 pH = -log(H₃O⁺) = 5,32 d) (Calculado)

Cálculos con Amoniaco (NH₃) y Cloruro de Amonio (NH₄Cl)

Cisterna a) n_HCl = n_NH3 -> M_a·V_a = 6 M · V_b = 6000 moles; 0,91 g/mL · 1000 mL/1 L · 25 g/100 g · 1 mol/17 g = 13,4 M; n_a = n_b -> M_b = V_b V_b = 6000 moles NH₃/13,4 M = 447,76 L

C_o = 6000 moles/1447,76 L = 4,14 M; Ka = C_o·α²/(1-α) -> 1,6·10^-6 = 4,14α²; α = 3,89·10^-5 (1-α) ≈ 1; (H₃O⁺) = C_o·α = 4,14·(3,89·10^-5) = 1,61·10^-4 M; pH = -log(1,61·10^-4) = 3,79; pH = 2,59; Ka = 10^-14/1,6·10^-6 = 6,25·10^-9.

b) n_b = 6013,42 moles NH₃ 70 g NH₄Cl · 1 mol NH₄Cl/53,5 g NH₄Cl = 1,31 mol NH₄Cl; (Kb = 1,6·10^-6)·(6013,42-x)/2 = (x/2)·((1,31+x)/2) -> Se necesita resolver la ecuación cuadrática.

Ácido Monoprótico: Cálculos de Grado de Disociación y pH

Monoprótico: a) 10 g/L HA · (1 mol HA/50 g HA) = 0,2 moles/L HA = 0,2 M HA

Ka = C_oα²/(1-α) => 1,66·10^-2 = 0,2α² -> α = 0,29;

(H₃O⁺) = 0,2 M · 0,29 = 0,058 M; pH = -log(0,058) = 1,24 b)

HA + H₂O <-> H₃O⁺ + A^- (Nuevo equilibrio)

C - x cte x + 0,548 x

Ka = (H₃O⁺)(A^-)/(HA) = (x² + 0,548x)/(0,2 - x) = 1,66·10^-2 -> x² + 0,5646x - 3,32·10^-3 = 0 -> x = 0,0058; H₃O⁺ = x + 0.548 = 0.554 ;pH = -log(0,554) = 0,26

La Capa de Ozono y los Clorofluorocarburos (CFC)

La capa de ozono es la zona de la estratosfera (capa superior a la troposfera) terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono y absorbe gran cantidad de la radiación ultravioleta de alta frecuencia. Los clorofluorocarburos (CFC) son derivados de los hidrocarburos saturados obtenidos mediante la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de flúor o cloro, principalmente. Estos compuestos gaseosos, usados como agentes extintores y con fines industriales (aerosoles y refrigerantes), alcanzan con los años la estratosfera, donde son disociados por la radiación ultravioleta, liberando el cloro de su composición y dando comienzo al proceso de destrucción de la capa de ozono. Algunos de los más importantes son el CFC-12 (refrigerante automovilístico), CCl₄ (líquido refrigerante, aerosol, plaguicida y limpiador), metilcloroformo (disolvente industrial), etc. La mayor parte de los sustitutos de estos compuestos, hidrofluorocarbonos (HFC), tienen una vida más corta en la atmósfera por poseer átomos de hidrógeno enlazados al carbono. Además, disminuyen el efecto de los CFC en un 90%. La preocupación por la protección de la capa de ozono llevó al establecimiento de acuerdos internacionales para prohibir la producción de CFC en el mundo, comenzando con la creación del Protocolo de Montreal en 1987. Como resultado, todos los compuestos que afecten a la capa de ozono se deben prohibir en las naciones.

Grupos de la Tabla Periódica y Propiedades Atómicas

• 1. Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
• 2. Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
• 13. B, Al, Ga, In, Tl
• 14. C, Si, Ge, Sn, Pb
• 15. N, P, As, Sb, Bi
• 16. O, S, Se, Te, Po
• 17. F, Cl, Br, I, At
• 18. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

Masa atómica: C = 12, H = 1, O = 16

Apantallamiento: Se produce por la repulsión entre los electrones del átomo.

Carga nuclear efectiva: Atracción de los protones a la capa externa de electrones. Z_eff = Z (número atómico) - Apantallamiento.

Radio atómico: Se define como la mitad de la distancia internuclear mínima que presenta una molécula diatómica de ese elemento en estado sólido.

Radio iónico:

• Catión: Al perder electrones, habrá un menor apantallamiento para el mismo número atómico, por lo que la carga nuclear efectiva será mayor. Esta mayor atracción hará el radio más pequeño.
• Anión: Contrario al catión.

Energía de ionización: Energía mínima necesaria para que un átomo neutro, en su estado electrónico fundamental, ceda un electrón y dé lugar a un ion monopositivo en estado gaseoso fundamental. En un período, a mayor atracción, más energía para soltarlo. En un grupo, a menor atracción, menos energía.

Afinidad electrónica: Variación de energía que se produce cuando un átomo neutro, en estado gaseoso y en su estado fundamental, adquiere un electrón y se transforma en un ion mononegativo.

Electronegatividad: Es una medida de la capacidad de un átomo para competir por el par de electrones que comparte con otro átomo al que está unido por un enlace químico.

Compuestos Orgánicos: Anillo Bencénico, Puentes de Hidrógeno y Alcaloides

Anillo bencénico: Se producen reacciones que tienen lugar en el núcleo, por lo tanto, son normalmente de sustitución y no de adición. El anillo bencénico es mucho más estable.

Puentes de hidrógeno: Los alcoholes y el agua forman puentes de hidrógeno. Los éteres se parecen más a los alcanos. Al formar puentes de hidrógeno, el punto de ebullición es muy alto. Ejemplos: etanol (CH₃-CH₂OH), dimetiléter (CH₃-O-CH₃) y propano (CH₃-CH₂-CH₃). Los ácidos carboxílicos y sus derivados forman puentes de hidrógeno entre sí y con el agua, por lo que tienen un punto de ebullición más alto que los éteres. Alcohol: -OH, Ácido: -COOH, Éter: -O-.

Alcaloide: Es un compuesto químico que posee un nitrógeno heterocíclico procedente del metabolismo de los aminoácidos. Ejemplo: peyote del cactus. Los alcaloides derivan de un aminoácido, son, por lo tanto, nitrogenados. Son básicos y poseen una acción fisiológica intensa en los animales, incluso a bajas dosis, por lo que son muy usados en medicina. Ejemplos: morfina, cocaína.