Conceptos Fundamentales de Química

Este documento resume los procedimientos clave para la determinación de fórmulas químicas, cálculos de concentración, y las bases de la nomenclatura orgánica e inorgánica.

Estequiometría y Cálculos Químicos

Determinación de la Fórmula Empírica

1. Si los datos se proporcionan en gramos (g) o como porcentaje (% masa/volumen), convertir a porcentaje de masa para cada elemento.
2. Dividir el porcentaje de cada elemento entre su masa atómica relativa.
3. Identificar el valor más pequeño obtenido en el paso anterior y dividir todos los resultados por este valor.
4. Redondear los cocientes a números enteros (o fracciones simples si es necesario) y reescribir la fórmula con los subíndices resultantes.

Determinación de la Fórmula Molecular

1. La fórmula molecular es un múltiplo entero de la fórmula empírica, representada como (Fórmula Empírica)_n, donde 'n' es la incógnita.
2. Utilizar los datos disponibles (por ejemplo, masa molar experimental o condiciones de gases ideales) para determinar la masa molar (M_m) del compuesto.
3. Si se usa la ecuación de estado de los gases ideales (PV=nRT), se puede despejar la masa molar (M_m) recordando que n = masa (m) / M_m.
4. Calcular la masa molar de la fórmula empírica (M_{m, empírica}) sumando las masas atómicas de todos los átomos presentes en ella.
5. La relación es: (Masa Molar de la Fórmula Empírica) × n = Masa Molar Molecular. Despejar 'n' y sustituir en la fórmula empírica para obtener la fórmula molecular.
6. Ejemplo de cálculo de masa molar empírica: Para un compuesto con fórmula empírica C₅H₃O₂, la masa molar empírica sería (12 × 5 + 1 × 3 + 16 × 2) = 60 + 3 + 32 = 95 g/mol. Si la masa molar molecular fuera 190 g/mol, entonces n = 190/95 = 2.

Presión Parcial y Concentraciones

Cálculo de la Presión Parcial

La ley de Dalton de las presiones parciales establece que la presión parcial de un gas (P_gas) en una mezcla es:

P_gas = (n_gas / n_totales) × P_total

Para aplicar esta fórmula, si se tienen porcentajes en masa, se puede suponer una masa total de la mezcla (ej. 100 g) o un volumen total (ej. 1 L) para calcular los gramos de cada componente, luego sus moles. Se suman los moles individuales para obtener los moles totales. La presión total (P_total) puede determinarse usando la ecuación de estado de los gases ideales (PV=nRT) si se conocen las condiciones.

Expresiones de Concentración y Rendimiento

• Porcentaje en masa (% m/m): % masa = (masa de soluto / masa de disolución) × 100
• Porcentaje en volumen (% v/v): % volumen = (volumen de soluto / volumen de disolución) × 100
• Concentración másica (c_m): c_m = gramos de soluto / volumen de disolución (L)
• Molaridad (M): M = moles de soluto / volumen de disolución (L)
• Molalidad (m): m = moles de soluto / masa de disolvente (kg)
• Rendimiento porcentual (%R): %R = (cantidad real obtenida / cantidad teórica esperada) × 100
• Fracción molar (X): X_soluto = moles de soluto / moles totales

Constantes y Relaciones Clave

Número de Avogadro

• 1 mol = 6.022 × 10²³ entidades (átomos, moléculas, iones, etc.)

Estados de Oxidación Comunes de Elementos

A continuación, se listan los estados de oxidación más frecuentes para diversos elementos:

• Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, H: +1
• F: -1
• Al, B: +3
• Au: +1, +3
• Be, Mg, Ca, Ba, Ra, Sr, Zn, Cd: +2
• Cu, Hg: +1, +2
• Fe, Co, Ni: +2, +3
• Sn, Pb, Pt, C: +2, +4
• Cl, Br, I: -1, +1, +3, +5, +7
• O: -2 (excepto en peróxidos, superóxidos o con flúor)
• S, Se, Te: +4, +6
• N: +1, +3, +5
• P, As, Sb, Bi: +3, +5
• Si: +4
• Mn: +2, +3, +4, +6, +7
• Cr: +2, +3, +6

Grupos Funcionales Orgánicos y Radicales Comunes

Principales Grupos Funcionales Orgánicos

• Alcoholes: Grupo -OH (hidroxilo) - Sufijo: -ol - Ejemplo: Etanol
• Éteres: Grupo -O- (éter) - Nomenclatura: alquil alquil éter - Ejemplo: Etil metil éter
• Cetonas: Grupo -CO- (carbonilo interno) - Sufijo: -ona - Ejemplo: Propanona
• Aldehídos: Grupo -CHO (carbonilo terminal) - Sufijo: -al - Ejemplo: Etanal
• Ácidos Carboxílicos: Grupo -COOH (carboxilo) - Prefijo: ácido - Sufijo: -oico - Ejemplo: Ácido etanoico
• Ésteres: Grupo -COO- (éster) - Nomenclatura: sustituir -oico por -oato + radical - Ejemplo: Etanoato de propilo
• Amidas: Grupo -CONH₂ (amida) - Nomenclatura: sustituir -oico por -amida - Ejemplo: 2-Metilpropanamida
• Aminas: Grupo -NH₂ (amino) - Nomenclatura: sustituir -o del alcano por -amina - Ejemplo: N,N-Dimetilpropanamina
• Nitrilos: Grupo -CN (ciano) - Sufijo: -nitrilo - Ejemplo: Propanonitrilo
• Nitroderivados: Grupo -NO₂ (nitro) - Prefijo: Nitro- - Ejemplo: Nitroetano

Radicales Orgánicos Comunes

• Propilo: -CH₂-CH₂-CH₃
• Vinilo: -CH=CH₂
• Alilo: -CH₂-CH=CH₂
• Isopropilo: -CH(CH₃)₂
• Isobutilo: -CH₂-CH(CH₃)₂
• Etenilo: -CH=CH₂

Nomenclatura de Compuestos Inorgánicos

Reglas Generales y Ejemplos

• Óxidos: El oxígeno (O) generalmente tiene estado de oxidación -2.
• Hidruros: El hidrógeno (H) generalmente tiene estado de oxidación +1 (con no metales) o -1 (con metales).

Ácidos Oxoácidos del Cloro

• HClO: Ácido Hipocloroso
• HClO₂: Ácido Cloroso
• HClO₃: Ácido Clórico
• HClO₄: Ácido Perclórico

Ejemplos de Sales Inorgánicas

• Fosfato de Calcio: Ca₃(PO₄)₂
• Hidrogenocarbonato de Potasio: KHCO₃