TEORÍA DE FLOGISTO
La teoría del flogisto, sustancia hipotética que representa la inflamabilidad, es una teoría científica obsoleta según la cual toda sustancia susceptible de sufrir combustión contiene flogisto, y el proceso de combustión consiste básicamente en la decadencia de dicha sustancia. Fue postulada por primera vez en 1667 por el alquimista y físico alemán Johann Becher (1635-1682) para explicar el proceso químico de la combustión y fue defendida por su compatriota el médico y químico Georg Stahl (1659-1734).
HISTORIA
Johann Becher propuso una versión particular de la teoría de los cuatro elementos: el papel fundamental estaba reservado a la tierra y al agua, mientras que el fuego y el aire eran considerados como simples agentes de las transformaciones. Todos los cuerpos, tanto animales como vegetales y minerales, estaban formados según Becher por mezclas de agua y tierra. Defendió también que los verdaderos elementos de los cuerpos debían ser investigados mediante el análisis y, en coherencia, propuso una clasificación basada en un orden creciente de composición. Becher sostenía que los componentes inmediatos de los cuerpos minerales eran tres tipos diferentes de tierras, cada una de ellas portadora de una propiedad: el aspecto vítreo, el carácter combustible y la fluidez o volatilidad. La tierra que denominó terra pinguis se consideraba portadora del principio de la inflamabilidad. Su nombre podría traducirse como tierra grasa o tierra oleaginosa, que en la alquimia se conoce con el nombre de azufre, aunque Becher empleó también otras expresiones para designarla, entre ellas azufre flogisto. Finalmente fue la palabra flogisto la que acabó imponiéndose, gracias sobre todo a la labor del más efectivo defensor de sus ideas, Georg Ernst Stahl.
LEY DE LAVOISIER
La ley de conservación de la masa, ley de conservación de la materia o ley de Lomonósov-Lavoisier es una de las leyes fundamentales en todas las ciencias naturales. Fue elaborada independientemente por Mijaíl Lomonósov en 1745 y por Antoine Lavoisier en 1785. Se puede enunciar como «En una reacción química ordinaria, la masa permanece constante, es decir, la masa consumida de los reactivos es igual a la masa obtenida de los productos».1 Una salvedad que hay que tener en cuenta es la existencia de las reacciones nucleares, en las que la masa sí se modifica de forma sutil, en estos casos en la suma de masas hay que tener en cuenta la equivalencia entre masa y energía. Esta ley es fundamental para una adecuada comprensión de la química.
Los ensayos preliminares hechos por Robert Boyle en 1673 parecían indicar lo contrario: pesada meticulosa de varios metales antes y después de su oxidación mostraba un notable aumento de peso. Estos experimentos, por supuesto, se llevaban a cabo en recipientes abiertos.2
La combustión, uno de los grandes problemas que tuvo la química del siglo XVIII, despertó el interés de Antoine Lavoisier porque éste trabajaba en un ensayo sobre la mejora de las técnicas del alumbrado público de París. Comprobó que al calentar metales como el estaño y el plomo en recipientes cerrados con una cantidad limitada de aire, estos se recubrían con una capa de calcinado hasta un momento determinado del calentamiento, el resultado era igual a la masa antes de comenzar el proceso. Si el metal había ganado masa al calcinarse, era evidente que algo del recipiente debía haber perdido la misma cantidad de masa. Ese algo era el aire. Por tanto, Lavoisier demostró que la calcinación de un metal no era el resultado de la pérdida del misterioso flogisto, sino la ganancia de algún material: una parte de aire. La experiencia anterior y otras más realizadas por Lavoisier pusieron de manifiesto que si se tiene en cuenta todas las sustancias que forman parte en una reacción química y todos los productos formados, nunca varía la masa. Esta es la ley de la conservación de la masa, que podemos enunciarla, pues, de la siguiente manera: "En toda reacción química la masa se conserva, esto es, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos".
MASA ATÓMICA
La masa atómica es la masa de un átomo, más frecuentemente expresada en unidades de masa atómica unificada. La masa atómica puede ser considerada como la masa total de protones y neutrones (pues la masa de los electrones en el átomo es prácticamente despreciable) en un solo átomo (cuando el átomo no tiene movimiento). La masa atómica es algunas veces usada incorrectamente como un sinónimo de masa atómica relativa, masa atómica media y peso atómico; estos últimos difieren sutilmente de la masa atómica. La masa atómica está definida como la masa de un átomo, que sólo puede ser de un isótopo a la vez, y no es un promedio ponderado en las abundancias de los isótopos. En el caso de muchos elementos que tienen un isótopo dominante, la similitud/diferencia numérica real entre la masa atómica del isótopo más común y la masa atómica relativa o peso atómico estándar puede ser muy pequeña, tal que no afecta muchos cálculos bastos, pero tal error puede ser crítico cuando se consideran átomos individuales. Para elementos con más de un isótopo común, la diferencia puede llegar a ser de media unidad o más (por ejemplo, cloro). La masa atómica de un isótopo raro puede diferir de la masa atómica relativa o peso atómico estándar en varias unidades de masa.
El peso atómico estándar se refiere a la media de las masas atómicas relativas de un elemento en el medio local de lacorteza terrestre y la atmósfera terrestre, como está determinado por la Commission on Atomic Weights and Isotopic Abundances (Comisión de Pesos Atómicos y Abundancias Isotópicas) de la IUPAC. Estos valores son los que están incluidos en una tabla periódica estándar, y es lo que es más usado para los cálculos ordinarios. Se incluye una incertidumbre en paréntesis que frecuentemente refleja la variabilidad natural en la distribución isotópica, en vez de la incertidumbre en la medida. Para los elementos sintéticos, el isótopo formado depende de los medios de síntesis, por lo que el concepto de abundancia isotópica natural no tiene sentido. En consecuencia, para elementos sintéticos, el conteo total de nucleones del isótopo más estable (esto es, el isótopo con la vida media más larga) está listado en paréntesis en el lugar del peso atómico estándar. El litio representa un caso único, donde la abundancia natural de los isótopos ha sido perturbada por las actividades humanas al punto de afectar la incertidumbre en su peso atómico estándar, incluso en muestras obtenidas de fuentes naturales, como los ríos.
MASA MOLECULAR
El ejemplo más corriente de una reacción química es la
formación de óxido de hierro, que resulta de la reacción del oxígeno del aire
con el hierro.
La masa molecular es la masa de una molécula de un compuesto. Se calcula sumando las masas atómicas relativas de todos los átomos que forman dicha molécula. Se mide en unidades de masa atómica, representadas como u, también llamadas unidades Dalton, representada como Da. Esta última unidad es la indicada en el Sistema Internacional de Magnitudes.
La masa molar coincide numéricamente con la masa molecular, pero son dos cosas distintas.
Mientras que la masa molecular es la masa de una molécula, la masa molar es la masa de un mol de compuesto, es decir, del número de Avogadro de moléculas. La masa molecular en u coincide numéricamente con la masa molar en gramos.
Ejemplos:
Por ejemplo, el oxígeno (O2) tiene una masa molecular de aproximadamente 32 u, y un mol de oxígeno ( o sea 6,022 × 1023 moléculas de oxígeno) pesa 32 gramos.
En el caso de la molécula de agua H2O, la masa molecular sería:
Masa atómica relativa del hidrógeno: 1,00797 u.
Masa atómica relativa del oxígeno: 15,9994 u.
Entonces:
Antiguamente se denominaba peso molecular a esta entidad, pero el nombre correcto es masa molecular.
REACCIÓN QUÍMICA
La reacción química es aquel proceso químico en el cual
dos sustancias o más, denominados reactivos, por la acción de un factor
energético, se convierten en otras sustancias designadas como productos.
Mientras tanto, las sustancias pueden ser elementos químicos (materia
constituida por átomos de la misma clase) o compuestos químicos (sustancia que
resulta de la unión de dos o más elementos de la tabla periódica).
Los productos que se obtienen de ciertos reactivos
dependerán de las condiciones persistentes en la reacción química en cuestión,
aunque, si bien es una realidad esto que se sostiene que los productos varían
de acuerdo a las condiciones, determinadas cantidades no sufren ningún tipo de
modificación y por tanto permanecen constantes en cualquier reacción química.
La física reconoce dos grandes modelos de reacciones
químicas, las reacciones ácido-base, que no presentan modificaciones en los
estados de oxidación y las reacciones redox, que por el contrario sí presentan
modificaciones en los estados de oxidación.
BALANCEO DE ECUACIONES QUÍMICAS
Balancear una ecuación significa que debe de existir una equivalencia entre el número de los reactivos y el número de los productos en una ecuación. Lo cual, existen distintos métodos, como los que veremos a continuación
Para que un balanceo sea correcto: "La suma de la masa de las sustancias reaccionantes debe ser igual a la suma de las
Masas de los productos"
Veremos 3 tipos de balanceo de ecuaciones químicas: Balanceo por TANTEO, OXIDO-REDUCCIÓN (REDOX) Y MATEMÁTICO O ALGEBRAICO:
BALANCEO POR TANTEO
Para balancear por este o todos los demás métodos es necesario conocer la Ley de la conservación de la materia, propuesta por Lavoisier en 1774. Dice lo siguiente
"En una reacción química, la masa de los reactantes es igual a la masa de los reactivos" por lo tanto "La materia no se crea ni se destruye, solo se transforma"
Como todo lleva un orden a seguir, éste método resulta más fácil si ordenamos a los elementos de la siguiente manera:
Balancear primero
Metales y/o no metales
Oxígenos
Hidrógenos
De esta manera, nos resulta más fácil, ya que el mayor conflicto que se genera durante el balanceo es causado principalmente por los oxígenos e hidrógenos.
Balancear por el método de tanteo consiste en colocar números grandes denominados "Coeficientes" a la derecha del compuesto o elemento del que se trate. De manera que Tanteando, logremos una equivalencia o igualdad entre los reactivos y los productos.
Ejemplo:
Balancear la siguiente ecuación química:
Continuamos: ¿Cuántos oxígenos hay en el primer miembro? Encontramos 4 porque 3 mas 1 es igual a 4
Y ¿Cuántos en el segundo? Encontramos 6 porque el dos (situado a la izquierda del Fe) se multiplica por el subíndice encontrado a la derecha del paréntesis final y se multiplica 2*3 = 6
Por lo tanto en el segundo miembro hay 6 oxígenos.
Entonces colocamos un 3 del lado izquierdo del hidrógeno en el primer miembro para tener 6 oxígenos
Posteriormente, Vamos con los hidrógenos, en el primer miembro vemos que hay 6 hidrógenos y en el segundo igualmente 6.
Entonces concluimos de la siguiente manera:
Por lo tanto, la ecuación está balanceada.
REACTIVO
Un reactivo o reactante es, en química, toda sustancia que interactúa con otra en una reacción química y que da lugar a otras sustancias de propiedades, características y conformación distinta, denominadas productos de reacción o simplemente productos.
Por tratarse de compuestos químicos, los reactivos se pueden clasificar según muchas variables: propiedadesfísicoquímicas, reactividad en reacciones químicas, características del uso del reactivo.
Sin embargo, por tratarse del concepto de reactivo la clasificación más adecuada en este caso sería la de características de su uso, según la cual se clasifican en el uso al que están destinados los reactivos. Esta clasificación viene dada en el envase del reactivo y depende del tratamiento que se le haya dado, de su riqueza, de su pureza que determina el uso químico que se le va a poder dar, teniendo en cuenta la precisión, exactitud y error absoluto que se ha de tener en laoperación química a realizar.
Así los reactivos se pueden clasificar en:
- PB: Destinado a bioquímica.
- PA: Destinados a aplicaciones analíticas.
- QP: Químicamente puro, destinado a uso general en laboratorio.
- DC: Destinados a las aplicaciones del análisis clínico.
Que produce reacción. Substancia que se emplea en química para reconocer la naturaleza de ciertos cuerpos por medio de la acción que produce sobre ellos (es casi lo mismo que sustancia reactante).
PRODUCTOS
Un producto químico es un conjunto de compuestos químicos (aunque en ocasiones sea uno solo) destinado a cumplir una función. Generalmente el que cumple la función principal es un solo componente, llamado componente activo. Los compuestos restantes o excipientes, son para llevar a las condiciones óptimas al componente activo (concentración, pH,densidad, viscosidad, etc.), darle mejor aspecto y aroma, cargas (para abaratar costos), etc.
Por "producto químico" se entiende toda sustancia, sola o en forma de mezcla o preparación, ya sea fabricada u obtenida de la naturaleza, excluidos los organismos vivos. Ello comprende las siguientes categorías plaguicida, (incluidas las formulaciones plaguicidas extremadamente peligrosas) y productos de la industria química.
REACTIVO LIMITANTE
El reactivo limitante es el reactivo que en una reacción química determinada, da a conocer o limita, la cantidad de producto formado, y provoca una concentración especifica o limitante a la anterior.
Cuando una ecuación está balanceada, la estequiometria se emplea para saber los moles de un producto obtenido a partir de un número conocido de moles de un reactivo. La relación de moles entre reactivo y producto se obtiene de la ecuación balanceada.
Generalmente cuando se efectúa una reacción química los reactivos no se encuentran en cantidades estequiometricamente exactas, es decir, en las proporciones que indica su ecuación balanceada. En consecuencia, algunos reactivos se consumen totalmente, mientras que otros son recuperados al finalizar la reacción. El reactivo que se consume en primer lugar es llamado reactivo limitante, ya que la cantidad de éste determina la cantidad total del producto formado. Cuando este reactivo se consume, la reacción se detiene. El o los reactivos que se consumen parcialmente son los reactivos en exceso.
La cantidad de producto que se obtiene cuando reacciona todo el reactivo limitante se denomina rendimiento teórico de la reacción.
El concepto de reactivo limitante, permite a los químicos asegurarse de que un reactivo, el más costoso, sea completamente consumido en el transcurso de una reacción, aprovechándose así al máximo.
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En el primer caso, con globo naranja, la cantidad de bicarbonato es escasa, y reacciona poco vinagre (el reactivo limitante es el bicarbonato), en el segundo caso, con globo verde, hay mas bicarbonato y la reacción ha evolucionado mas (el bicarbonato es el reactivo limitante). En el tercer caso, globo azul, se consigue mas o menos las cantidades estequiométricas de los dos reactivos, reaccionando todo el bicarbonato y todo el vinagre. En el último caso (globo amarillo) aunque se ha añadido mas bicarbonato (se puede observar en el fondo), el globo no ha crecido mas. En este caso el reactivo limitante es el vinagre, y el que se encuentra en exceso el bicarbonato. No se ha podido obtener mas CO2, ya que no hay mas vinagre con el que reaccionar.
REACTIVO EN EXCESO
Cuando colocamos dos elementos o compuestos para que reaccionen químicamente entre sí, lo usual es colocar una cantidad exacta de uno de los reactivos, y colocar una cantidad en exceso delsegundo reactivo, para asegurarnos que el primero podrá reaccionar completamente, y de esta manera, poder realizar cálculos basados en la ecuación química ajustada estequiométricamente.
El reactivo que se consume por completo es el llamado reactivo limitante, porque es el que determina la cantidad de producto que se puede producir en la reacción. Cuando el reactivo limitante se consume, la reacción se detiene.
El reactivo que no reacciona completamente, sino que “sobra”, es el denominado reactivo en exceso. Si tenemos una cierta cantidad de dos elementos o compuestos diferentes, para producir una reacción química, podemos
% DE RENDIMIENTO DE UNA REACCIÓN
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En general, cuando se produce una reacción química se obtienen menores cantidades de producto de las que cabria esperar teóricamente por la estequiometría de la reacción.
Los motivos son diversos, como pueden ser:
- La reacción se produce en condiciones inadecuadas.
- Se pierde algo de la sustancia al manipularla.
- Existen reacciones alternativas o secundarias que dan lugar a productos no deseados.
Además, hay muchos casos en los que la conversión de reactivos en productos no es total por razones energéticas, independientemente de que se den las circunstancias anteriores.
Ahora vas a tener en cuenta el rendimiento en una reacción concreta.
Un método usado para reducir emisiones de cloruro de hidrógeno, que fue utilizado para obtener cloro antes de los procesos electrolíticos, es la oxidación directa del HCl con el oxígeno, con el empleo de un catalizador y a alta temperatura.
La ecuación química ajustada del proceso es:
4 HCl + O2 → 2 Cl2 + 2 H2O
Partiendo de 27 g de HCl y con suficiente dioxígeno, ¿cuál es la masa de Cl2 que obtendrás si el rendimiento de la reacción es del 36 % ? Masas atómicas relativas: H = 1 ; O = 16 ; Cl = 35,5.
La secuencia de operaciones incluirá un factor que tenga en cuenta el rendimiento de la reacción:
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| Imagen 21. Unknown, Creative commons |
Masas atómicas relativas: H = 1; N = 14
¿QUE ES UNA ÁTOMO?
Un átomo es la unidad constituyente más pequeña de la materia que tiene las propiedades de un elemento químico.1 Cada sólido, líquido, gas y plasma se compone de átomos neutros o ionizados. Los átomos son muy pequeños; los tamaños típicos son alrededor de 100 pm (diez mil millonésima parte de un metro).2No obstante, los átomos no tienen límites bien definidos y hay diferentes formas de definir su tamaño que dan valores diferentes pero cercanos.
Los átomos son lo suficientemente pequeños para que la física clásica dé resultados notablemente incorrectos. A través del desarrollo de la física, los modelos atómicos han incorporado principios cuánticos para explicar y predecir mejor su comportamiento.
Cada átomo se compone de un núcleo y uno o más electrones unidos al núcleo. El núcleo está compuesto de uno o más protones y típicamente un número similar deneutrones (ninguno en el hidrógeno-1). Los protones y los neutrones son llamadosnucleones. Más del 99,94 % de la masa del átomo está en el núcleo. Los protones tienen una carga eléctrica positiva, los electrones tienen una carga eléctrica negativa y los neutrones no tienen carga eléctrica. Si el número de protones y electrones son iguales, ese átomo es eléctricamente neutro. Si un átomo tiene más o menos electrones que protones, entonces tiene una carga global negativa o positiva, respectivamente, y se denomina ion.
Los electrones de un átomo son atraídos por los protones en un núcleo atómico por esta fuerza electromagnética. Los protones y los neutrones en el núcleo son atraídos el uno al otro por una fuerza diferente, la fuerza nuclear, que es generalmente más fuerte que la fuerza electromagnética que repele los protones cargados positivamente entre sí. Bajo ciertas circunstancias, la fuerza electromagnética repelente se vuelve más fuerte que la fuerza nuclear y los nucleones pueden ser expulsados del núcleo, dejando tras de sí un elemento diferente: desintegración nuclear que resulta entransmutación nuclear.
El número de protones en el núcleo define a qué elemento químico pertenece el átomo: por ejemplo, todos los átomos decobre contienen 29 protones. El número de neutrones define el isótopo del elemento.3 El número de electrones influye en las propiedades magnéticas de un átomo. Los átomos pueden unirse a otro u otros átomos por enlaces químicos para formar compuestos químicos tales como moléculas. La capacidad de los átomos de asociarse y disociarse es responsable de la mayor parte de los cambios físicos observados en la naturaleza y es el tema de la disciplina de la química.
No toda la materia del universo está compuesta de átomos. La materia oscura constituye más del universo que la materia y no se compone de átomos, sino de partículas de un tipo actualmente desconocido.
¿QUÉ ES UNA MOLÉCULA?
En química, se llama molécula a un conjunto de al menos dos átomos enlazados covalentes que forman un sistema estable y eléctricamente neutro.
Casi toda la química orgánica y buena parte de la química inorgánica se ocupan de la síntesis y reactividad de moléculas y compuestos moleculares. La química física y, especialmente, la química cuántica también estudian, cuantitativamente, en su caso, las propiedades y reactividad de las moléculas. La bioquímica está íntimamente relacionada con la biología molecular, ya que ambas estudian a los seres vivos a nivel molecular. El estudio de las interacciones específicas entre moléculas, incluyendo el reconocimiento molecular es el campo de estudio de la química supramolecular. Estas fuerzas explican las propiedades físicas como la solubilidad o el punto de ebullición de un compuesto molecular. Las moléculas rara vez se encuentran sin interacción entre ellas, salvo en gases enrarecidos y en los gases nobles. Así, pueden encontrarse en redes cristalinas, como el caso de las moléculas de H2O en el hielo o con interacciones intensas pero que cambian rápidamente de direccionalidad, como en el agua líquida. En orden creciente de intensidad, las fuerzas intermoleculares más relevantes son: las fuerzas de Van der Waals y los puentes de hidrógeno. La dinámica molecular es un método de simulación por computadora que utiliza estas fuerzas para tratar de explicar las propiedades de las moléculas.
¿QUE PRESENTA EL NUMERO DE AVOGRADO Y CUAL ES SU VALOR ?
La constante de Avogadro (símbolos: L, NA) es el número de partículas elementales(usualmente átomos o moléculas) en un mol de una sustancia cualquiera, donde el mol es una de las siete unidades básicas del Sistema Internacional de Unidades (SI). Su dimensión es el recíproco del mol y su valor es igual a 6,022 140857(74)×1023 mol−1.2 3 4
Definiciones anteriores de cantidad química involucraron el número de Avogadro, un término histórico íntimamente relacionado a la constante de Avogadro pero definida de otra forma: inicialmente definido por Jean Baptiste Perrin como el número de átomos en unmol de hidrógeno. Luego fue redefinido como el número de átomos en 12 gramos del isótopo carbono-12 y posteriormente generalizado para relacionar cantidades de sustancia a sus pesos moleculares.5 Por ejemplo, de forma aproximada, 1 gramo de hidrógeno, que tiene un número másico de 1, contiene 6,022×1023 átomos de hidrógeno. De igual manera, 12 gramos de carbono-12 (número másico de 12) contiene el mismo número de átomos, 6,022×1023. El número de Avogadro es una magnitud adimensional y tiene el valor numérico de la constante de Avogadro, que posee unidades de medida.
La constante de Avogadro es fundamental para entender la composición de las moléculas y sus interacciones y combinaciones. Por ejemplo, ya que un átomo de oxígeno se combinará con dos átomos de hidrógeno para crear una molécula de agua (H2O), de igual forma un mol de oxígeno (6,022×1023 de átomos O) se combinarán con dos moles de hidrógeno (2 × 6,022×1023 de átomos H) para crear un mol de H2O.
Revisiones en el conjunto de las unidades básicas del SI hicieron necesario una redefinición de los conceptos de cantidad química, por lo que el número de Avogadro y su definición fueron reemplazados por la constante de Avogadro y su definición. Se ha propuesto que cambios en las unidades SI fijará de manera precisa el valor de la constante a exactamente 6,02214X×1023 al expresarla en la unidad mol−1 (véase Redefinición de las unidades del SI, la X al final de un número significa que uno o más dígitos finales poseen cierta incertidumbre).
| Valor de NA1 | Unidad |
|---|---|
| 6,022 140857(74)×1023 | mol−1 |
| 2,731 597 34(12)×1026 | (lb-mol)−1 |
| 1,707 248 434(77)×1025 | (oz-mol)−1 |
