INTRODUCCIÓN

Este blog está formado por dos partes, una con contenidos de Química y otra de Tecnología.
Los apuntes en Word son los mismos que están publicados, pero faltan trazos que fueron completados con birome , por lo que es mejor utilizar los impresos.
Apuntes en Word
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Contenidos:

• Sistemas materiales y cambios de estado
• Métodos de separación
• Soluciones
• Átomo
• Enlaces químicos
• Óxidos, cambios físicos y químicos
• Ácidos
• Bases
• Sales
• Principios y leyes químicas
• Compuestos orgánicos, hidrocarburos

¿ Para que sirve saber Química?. Vean este ejemplo, a una abogada también le conviene conocer algo del tema : ver

Métodos de separación

Son procedimientos que permiten separar sistemas formados por dos o mas componentes, tanto en los casos de sistemas homogéneos como heterogéneos.
Para lograr la separación se recurre a que los componentes o sustancias que forman el sistema tienen diferentes propiedades, físicas y/o químicas.
Destilación para ampliar ver
Es posiblemente el más importante, fundamentalmente por que se emplea en la producción de combustibles a partir del petróleo.
Se utiliza fundamentalmente para separar sistemas homogéneos sólido-líquido y líquido-líquido, aprovechando sus diferentes volatilidades o puntos de ebullición.
Existen dos procedimientos: destilación simple y destilación fraccionada.
Destilación simple

Este procedimiento se puede utilizar para separar componentes sólidos, tales como sales disueltas en un disolvente líquido , por ejemplo para obtener agua destilada.
Se coloca lo que se desea destilar en el balón de destilación, el calor del mechero evapora el disolvente , este vapor pasa por el tubo refrigerante, donde condensa, debido al agua fría que circula por el mismo, el producto destilado se recoge en el Erlenmeyer. el proceso no es 100% efectivo , el destilado contendrá algo de sólido.
También puede usarse en un sistema líquido-líquido tal como agua - alcohol, el punto de ebullición del agua es de 100 grados centígrados y el del alcohol 78 grados, por lo que se evaporará primero el alcohol, no se obtienen productos puros, pero la concentración de alcohol en el balón disminuye debido a que la mayor parte pasa al Erlenmeyer
Destilación fraccionada
Se diferencia de la destilación simple en que al utilizar una columna o torre de destilación o fraccionamiento, es mayor el contacto entre los vapores que ascienden y el líquido que desciende, esto permite un mayor contacto y es mas eficiente
Torre de destilación
Tienen una gran importancia puesto que se utilizan fundamentalmente para obtener los diferentes derivados del petróleo.
El petróleo está formado por una mezcla de hidrocarburos, de diferentes longitud de cadenas,y con diversas estructuras, moléculas grandes y pequeñas. En el proceso de destilación se separan los distintos componentes, los cuales tienen muchos usos.
La torre tiene varios platos perforados, en el extremo superior un condensador, y en el fondo un evaporador o "reboiler".
Cada plato tiene orificios por donde sube el vapor y un rebosadero por donde cae el líquido.
El petróleo ingresa al plato de alimentación colocado aproximadamente en el centro de la torre, los componentes mas volátiles suben por los orificios al plato superior, y los menos volátiles, caen por el rebosadero al plato inferior , este proceso ocurre en todos los platos, de modo tal que los componentes mas volátiles circulan hacia la parte superior de la torre y los menos volátiles hacia el fondo.
En el fondo, el líquido llega al evaporador, parte del mismo sale y parte reingresa al último plato de la torre, en la parte superior el gas llega al condensador, una parte sale y otra parte condensada reingresa al plato superior.
Por el tope de la torre sale los componentes mas volátiles, gas, y por el fondo los mas pesados, asfalto. En algunos platos intermedios hay salidas para los componentes de volatilidad intermedia: productos químicos, combustibles, aceites.

Decantación
Es un procedimiento para separar mezclas heterogéneas debido a sus distintas densidades, pueden estar formadas por dos líquidos o un sólido y un líquido.
En la figura se muestra una ampolla para separar dos líquidos, el de mayor densidad se deposita en la parte inferior y se extrae abriendo la válvula.

Ampolla de decantación

En los casos de sistemas sólido- líquido, tiene especial importancia la potabilización de agua, esto se hace en grandes piletas, para separar los sólidos de mayor densidad.
El agua ingresa a la pileta donde circula el tiempo suficiente para que los sólidos caigan al fondo.
Las partículas sólidas en suspensión pueden tener carga eléctrica de igual signo, esto hace que se rechacen , para neutralizar la carga se le agrega una sal llamada sulfato de aluminio, al perder la carga se aglomeran formando partículas de mayor tamaño , las que caen con mayor rapidez

Pileta de decantación

Centrifugado
Al igual que en la decantación se basa en separar componentes por su distinta densidad, pero utilizando un sistema que al girar a alta velocidad aumenta varias veces la aceleración, por lo que los mas pesados se depositan en el fondo

Tamizado
El tamizado se utiliza para separar mezcla de sólidos de diferente granulometría (tamaño)
Los tamices son superficies con perforaciones de igual tamaño , esto determina que partículas pasan o no.

Filtración
Es un procedimiento por el se pueden separar las partículas sólidas contenidas en una mezcla con gases o líquidos en sitemas heterogéneos
Es un procemiento que tiene múltiples aplicaciones tanto en la industria; laboratorios y en la vida cotidiana.
Tipos de filtros
Existen diferentes tipos de filtro, para diferentes usos.
Filtros para laboratorio
Se utilizan fitros de papel colocados en un embudo como se muesrtra en la figura

Filtro para laboratorio

Filtro cartucho
Se utilizan para separar cantidades pequeñas de sólido de un líquido.
El cartucho está formado por una serie de discos metálicos delgados que van colocados en un eje vertical. Deben ser limpiados periódicamente , para ello tienen dientes limpiadores fijos, girando el cartucho los dientes al pasar entre los discos los limpian, caen en la carcasa , en la parte inferior de la misma hay un tapón para sacar la impurezas.

Filtro cartucho

Filtro prensa
Estos filtros contienen una serie de placas colocadas en marcos, colocados verticalmente en un canal metálico. El material que se desea filtrar ingresa por uno de los extremos y los sólidos en suspensión son retenidos por los filtros.

Filtro prensa

Sistemas materiales y estados de la materia

Cuerpo y materia
Cuerpo es todo aquello que ocupa un lugar en el espacio, posee masa y se puede percibir por medio de nuestros sentidos. Materia es lo que constituye al cuerpo.
Propiedades de la materia
Existen dos tipos de propiedades, las intensivas y las extensivas.
Propiedades intensivas
No dependen de la cantidad de materia que se esté considerando sino del material que las constituye
Ejemplos:
Densidad: es el cociente entre la masa y el volumen d= m/v las unidades que normalmente se usan son gramo/centímetro cúbico gr./cm.3
La densidad del agua es = 1 gr./cm.3, no importando que cantidad se considere, la del hierro 7,8 gr./cm.3, la del mercurio 13,6 gr./cm.3, y la de la madera se considera en general (aunque depende del tipo de madera) 0,7 gr./cm.3
Dureza: Se considera que un material es mas duro cuando raya a otro que es mas blando, el material mas duro es el diamante, y el mas blando la tiza
Conductividad eléctrica: Los metales son mucho mas conductores que los no- metales, y dentro de los metales el cobre y el aluminio son excelentes conductores.
Puntos de fusión y ebullición , ejemplo para el agua 0 C⁰ y 100 C⁰
Existen muchos ejemplos mas de propiedades intensivas.
Propiedades extensivas
Dependen de la cantidad de materia , ejemplos: masa, peso , volumen
Lógicamente las propiedades intensivas son las que importan por que indican las características de un material.
Sistemas homogéneos, heterogéneos e in-homogéneos
Sistemas homogéneos, son aquellos en los que las propiedades intensivas son las mismas en cualquier punto en que se las mida. Ejemplos : Una solución de sal en agua, una mezcla agua alcohol.
Sistemas heterogéneos, las propiedades son distintas en diferentes puntos Ejemplos: agua con arena, agua y aceite, agua y hielo , aún tratándose de la misma sustancia, es evidente que sus propiedades son diferentes, entre ellas la densidad, la del hielo es menor por lo tanto flota.
Sistemas inhomogéneos , las propiedades varían gradualmente. Ejemplos En una solución saturada de sulfato de cobre, el color azul es mas intenso en el fondo del recipiente y se vuelve mas tenue a medida que se sube. La atmósfera es también un sistema inhomogéneo, puesto que la presión disminuye paulatinamente con la altura.


Estados de la materia - para ampliar ver
Sólido
Tienen forma y volumen propio, el movimiento de las partículas, átomos o moléculas se limita a vibraciones en torno a un punto
Líquido
Tienen volumen propio, pero toman la forma del recipiente que los contiene, las moléculas no ocupan posiciones fijas, sino que se desplazan con movimientos de traslación debido a la energía cinética que poseen ,en el caso del agua se forman cúmulos de moléculas.
Gas
Los gases no tienen forma ni volumen propio, tienden a ocupar todo el espacio disponible. La energía cinética de las moléculas es mayor y se encuentran mucho mas separadas, por lo tanto se mueven libremente y en todas direcciones.

Cambios de estado - para ampliar ver
Son los fenómenos por los que las sustancias pasan de un estado a otro.
Fusión: Es por ejemplo es lo que ocurre cuando el hielo pasa al estado líquido, agua.
Solidificación: Es el proceso inverso, por ejemplo el agua al congelarse
Licuación o licuefacción : Ocurre cuando condensa vapor y pasa al estado líquido
Vaporización: Es cuando un líquido se transforma en vapor. este fenómeno puede ocurrir por dos procesos diferentes:
Evaporación:
Es un fenómeno que ocurre desde la superficie del líquido y a cualquier temperatura. En un líquido a una determinada temperatura las moléculas tienen una energía cinética promedio, pero alguna tienen mas que otras, las que tienen mayor energía se mueven a mayor velocidad, y si alcanzan la superficie, pueden tener la suficiente para escapar del líquido.
Ebullición:
Ocurre a una determinada temperatura para cada sustancia, dependiendo además de la de la presión a la que se encuentre.
El fenómeno ocurre desde el interior del líquido cuando la presión de vapor del mismo iguala a la presión exterior.
A presión atmosférica por ejemplo para el agua es 100 grados centígrados y para el alcohol etílico 78, 5 grados centígrados , pero en una montaña donde la presión atmosférica es menor el agua entrará en ebullición a menor temperatura, y en una olla a presíón a una temperatura mayor.
Volatilización:
Ocurre cuando un sólido pasa directamente al estado gaseoso, es un fenómeno menos frecuente, Ejemplos: la naftalina , el hielo seco (dióxido de carbono) que usan los heladeros, el Iodo sólido.
Sublimación: Es el proceso inverso a la volatilización , en el caso del Iodo, al enfriarse el gas vuelve al estado sólido, también ocurre en la producción de hielo seco.

Soluciones

Una solución es un sistema homogéneo formado por al menos dos componentes , el que está en mayor cantidad se denomina solvente o disolvente y el o los que están en menor cantidad soluto
El caso mas simple es el formado por dos componentes.
Existen diferentes tipos de soluciones según el estado en que se encuentren el solvente y el soluto.

• Soluciones sólido - líquido, ejemplo sal disuelta en agua


• Soluciones líquido - líquido, ejemplo alcohol disuelto en agua


• Soluciones líquido - gas, ejemplo dióxido de carbono disuelto en agua


• Soluciones gas - gas ejemplo dióxido de carbono disuelto en oxígeno


• Soluciones sólido- sólido , ejemplo una aleación como el bronce

El caso mas importante es el de soluciones en las que el disolvente es un líquido y el soluto un sólido.
Concentración
Se denomina concentración a la cantidad de soluto disuelto que contiene una determinada cantidad de disolvente.
Se puede expresar de diferentes modos:
1) Referida al disolvente

• Gramos de soluto por cada 100 gramos de disolvente gr.st/100 gr.dsv.
  


• Gramos de soluto por kilogramo de disolvente gr. st/kgr. dsv


• Gramos de soluto por cada 100 centímetros cúbicos de disolvente gr. st/100 cm ³


• Gramos de soluto por cada 1000 centímetros cúbicos de disolvente


• Molalidad : moles de soluto por cada 1000 gramos de disolvente"

2) Referida a la solución

• Gramos de soluto por cada 100 gramos de solución gr.st/100gr. sol o %p/p (porciento peso en peso)


• Gramos de soluto por kilogramo de solución gr.st /kgr. sol


• Gramos de soluto por cada 100 cm ³ de solución


• Gramos de soluto por cada 1000 cm ³ de solución


• Molaridad : moles de soluto por 1000 cm ³ de solución o litro de solución

Soluciones no- saturadas, saturadas y sobre-saturadas
Una solución esta no saturada cuando no contiene la máxima cantidad de soluto que puede contener para una determinada temperatura, es decir que se le puede agregar mas soluto del que tiene sin que este se deposite en el fondo del recipiente. Una solución está saturada cuando contiene la máxima cantidad de soluto que puede contener a esa temperatura, si se le agrega mas, este no se disuelve sino que se deposita en el fondo del recipiente.
Una solución está sobre-saturada cuando contiene mas soluto que el que podría contener en circunstancias normales para una determinada temperatura, esto es se puede lograr, por ejemplo enfriando la solución lentamente y en condiciones controladas, pero es un sistema inestable, cualquier perturbación tal como un cambio brusco de temperatura, una vibración, o la caída de una impureza , hará que precipite el excedente.
Solubilidad En las soluciones sólido -líquido la solubilidad por lo general aumenta con la temperatura, es decir que una determinada masa de solvente es capaz de disolver una mayor masa de soluto a mayor temperatura. En las soluciones gas- líquido la solubilidad disminuye con la temperatura.
Esto se puede observar facilmente , una taza de café disuelve mas azúcar si está caliente, mientras que si se calienta un vaso con soda, este pierde el gas.
Curva de solubilidad para una solución sólido-líquido

Saturación
Una solución (o disolución) no saturada puede llegar a la saturación por agregado de soluto a temperatura constante , por enfriamiento o por ambos procesos en forma simultánea.

Sobresaturación

Precipitado

Cuando a una solución se le agrega mas soluto del que puede disolver ,éste se deposita en el fondo del recipiente formando un precipitado ,el precipitado no forma parte de la solución, pero se establece un equilibrio dinámico , esto significa que permanentemente el material precipitado se incorpora a la solución mientras una cantidad igual de soluto precipita, las soluciones en estas condiciones están saturadas, el material depositado en el fondo del recipiente, no forma parte de la solución.

Cristalización

El precipitado se puede depositar en forma amorfa o formando cristales con formas definidas,

Cristales de sulfato de cobre

Se pueden obtener cristales en forma sencilla disolviendo aspirinas en un recipiente con agua en reposo , si se agrega la cantidad suficiente a los pocos días se forman cristales con forma de agujas.
Cálculos de concentración
Dependiendo de los datos que se disponga y lo que se desee calcular , existen procedimientos para logra esto.
Deben tenerse en cuenta algunas relaciones para poder efectuarlos:

• Masa de solución = masa de disolvente + masa de soluto.
• Masa de solución = volumen de solución * densidad de la solución

Y todas las ecuaciones que se pueden obtener a partir de ellas, haciendo los pasajes de términos.

Ejemplos

1)Una solución está formada por 550 cm³ de agua y 60 gramos de cloruro de sodio, su densidad es 1,05 gr/ cm³
Calcular:

1. La concentración % p/p referida a la solución
2. La concentración % p/p referida al disolvente
3. La molaridad

Resolución:

1) Concentración referida a la solución

Masa de solución = 60 gr. + 550 cm³ * 1gr/cm³ = 610 gr.

610 gr. sol __________60 gr. st.

100 gr. sol _________ 9,84 gr. st. 9,84 % p/p

2) Concentración referida al disolvente

550 gr. dsv. _________60 gr. st

100 gr.dsv.__________ 10,91 gr.st. 10,91% p/p

3) Molaridad

Peso atómico del sodio = 23 gr.

Peso atómico del Cloro= 35, 45 gr

__________________________

Peso fórmula del cloruro de sodio = 58,45 gr.

Volumen de solución = 610 gr. / 1,05 gr./cm³ = 580,95 cm³

580,95 cm³______________60 gr. st.

1000 cm³ (1 litro) solución ---103,28 gr.st:

58,45 gr. _____________1 mol

103,28 gr.____________ 1,767 moles

La solución es 1,767 molar

2)

Se disponen de 1500 gramos de una solución formada por agua y ácido nítrico, su concentración es del 12 % p/p referida a la solución, y su densidad 1,2 gr./cm³

Calcular:

1. La masa de acído y el volumen de agua
2. La molaridad
3. La Molalidad

Resolución
1) Masa de ácido y volumen de agua

100 gr sol.__________12 gr. St

1500 gr. sol. _______180 gr. st

Masa de soluto (ácido nítrico) = 180 gr.

Masa de disolvente (agua) = 1500 gr. -180 gr.= 1320 gr.

Volumen de agua = Masa/ densidad = 1320 gr/1 gr./cm³

2) Molaridad

Peso fórmula del ácido nítrico

Nitrógeno ________ 14

Oxígeno _____16*3 = 48

Hidrógeno_________ 1

Peso fórmula ______ 63 gr.

volumen de solución = 1500 cm³/1,2 gr./cm³ = 1250 cm³

1250 cm³ sol. ______ 180 gr. st

1000 cm³ sol.______ 144 gr. St

63 gr. _________ 1 molar

144 gr._________2,285 molar

3)Molalidad

1320 cm ³ de dsv.___________ 180 gr.st.

1000 cm³ dsv. (1 litro)_______ 136,36 gr.st.

63 gr. st. ___________ 1molal

136,36 gr.st_________ 2,16 molal

Ejercicios de soluciones: ver

Para ampliar ver