Introducciòn a los Oxidos Bàsicos

ÓXIDOS BÁSICOS

      

El el tipo de Compuesto Químico que se Forma por la Unión Ionica de algún metal (electropositivo) y el oxigeno (electronegativo). 

¿QUIENES SON METALES?

La mayor parte de los elementos metálicos exhibe el lustre brillante que asociamos a los metales. Los metales conducen el calor y la electricidad, son maleables (se pueden golpear para formar láminas delgadas) y dúctiles (se pueden estirar para formar alambres). Todos son sólidos a temperatura ambiente con excepción del mercurio (punto de fusión =-39 ºC), que es un líquido. Dos metales se funden ligeramente arriba de la temperatura ambiente: el cesio a 28.4 ºC y el galio a 29.8 ºC. En el otro extremo, muchos metales se funden a temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo se funde a 1900 ºC.

Los metales tienden a tener energías de ionización bajas y por tanto se oxidan (pierden electrones) cuando sufren reacciones químicas.

LOCALIZACIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA

Corresponde a los elementos situados a la izquierda y centro de la Tabla Periódica (Grupos 1 (excepto hidrógeno) al 12, y en los siguientes se sigue una línea quebrada que, aproximadamente, pasa por encima de Aluminio (Grupo 13), Germanio (Grupo 14), Antimonio (Grupo 15) y Polonio (Grupo 16) de forma que al descender aumenta en estos grupos el carácter metálico).

EL OXIGENO 

Elemento químico gaseoso, símbolo O, número atómico 8 y peso atómico 15.9994. Es de gran interés por ser el elemento esencial en los procesos de respiración de la mayor parte de las células vivas y en los procesos de combustión. Es el elemento más abundante en la corteza terrestre. Cerca de una quinta parte (en volumen) del aire es oxígeno.

Existen equipos capaces de concentrar el oxígeno del aire. Son los llamados generadores o concentradores de oxígeno, que son los utilizados en los bares de oxígeno.

El oxígeno gaseoso no combinado suele existir en forma de moléculas diatómicas, O2, pero también existe en forma triatómica, O3, llamada ozono.

El oxígeno se separa del aire por licuefacción y destilación fraccionada. Las principales aplicaciones del oxígeno en orden de importancia son: 1) fundición, refinación y fabricación de acero y otros metales; 2) manufactura de productos químicos por oxidación controlada; 3) propulsión de cohetes; 4) apoyo a la vida biológica y medicina, y 5) minería, producción y fabricación de productos de piedra y vidrio.

CONFIGURACIÓN ELECTRONICA

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE METALES DE TRANSICIÓN 

Los elementos del escandio (Z=21) al cobre (Z=29) pertenecen a los metales de transición. Los metales de transición tiene el subnivel d incompleto, o bien dan lugar a cationes que tienen el subnivel d incompleto. Considérese los metales de la primera serie de transición, del escandio al cobre. A lo largo de esta serie los electrones que se agregan se colocan en los orbitales 3d de acuerdo con la regla de Hund. Sin embargo hay dos irregularidades.

La configuración del cromo (Z=24) es [Ar] 4s13d5 y no [Ar] 4s23d4, como se esperaría. Se observa peculiar similitud en el cobre, cuya configuración electrónica es [Ar] 4s13d10 en lugar de [Ar] 4s23d9. Lo que ocurre es que la energía de los orbitales 3d y 4s se encuentran muy relacionadas entre sí. De manera ocasional, un electrón puede moverse desde uno de estos orbitales hasta el otro orbital. Este comportamiento anómalo se debe en particular a la estabilidad especial que se asocia a los orbitales degenerados que se encuentran llenos de manera incompleta.

Para los elementos del Zn (Z=30) al Kr (Z=36), las subcapas 4s y 4p se llenan en la forma indicada. En el rubidio (Z=37), los electrones empiezan a entrar en el nivel energético n=5 iniciando la quinta fila de la tabla periódica la cual es muy similar a la que precede. La sexta fila empieza muy parecida a la quinta fila: Un electrón en el orbital 6s del cesio (Cs) y dos electrones en el orbital 6s del bario (Ba). El siguiente elemento el latano (La) es un metal de transición. 

Según el diagrama de llenado de los orbitales, después de llenar el orbital 5s se colocaran los electrones en el orbital 4f . En realidad las energías del 5d y el 4f están muy cerca, de hecho para el latano el 4f es ligeramente de mayor energía que el 5d. La configuración del latano es [Xe] 6s25d1y no [Xe] 6s24f1. Siguiendo al latano están los catorce elementos que conforman las tierras raras o lantánidos. Los metales de las tierras raras tiene incompletos los subniveles 4f o fácilmente dan lugar a cationes que tienen subniveles 4f incompletos. En esta serie, los electrones que se agregan se colocan en los subniveles 4f. Después de que se han llenado por completo el siguiente electrón entra en el subnivel 5d, lo que ocurre en el lutecio.

Nótese que la configuración electrónica del gadolinio (Z=64) es [Xe] 6s24f75d1 en lugar de [Xe] 6s24f8. De nueva se gana mayor estabilidad al tener subniveles semilleros (4f7) y ello favorece a esta configuración como en el caso del cromo.

Una vez completada la serie de los lantánido, siguen los metales de la tercera serie de transición incluyendo lantano y hafnio (Z=72) hasta oro (Z=79), que se caracterizan por el llenado de los orbitales 5d. A continuación se llenan los orbitales 6p que siguen hasta radón (Z=86).

La última fila de los elementos pertenece a la serie de los actínidos, la cual comienza con torio (Z=90). La mayoría de estos elementos no se encuentran en la naturaleza, sino que han sido sintetizados en reacciones nucleares.

Para nombrarlos se utilizan tres sistemas de nomenclaturas muy conocidas:

A) Sistemática: se utilizan los siguientes prefijos para indicar la cantidad de átomos de cada elemento que componen al óxido:

Mono = Si está una sola vez. 

Di = si se repite dos veces

Tri = Tres veces

Tetra = Cuatro veces

Penta = Cinco veces

Hexa = Seis veces

Hepta = Siete veces

Por ejemplo: Fe2O3 : Trióxido de dihierro

                     CuO: Monóxido de cobre.  

(se sobreentiende que al no colocar mono como prefijo, el elemento está una sola vez en la fórmula)

                      

B) Stock: En esta nomenclatura se debe colocar el número de oxidación del elemento electropositivo (metal) en número romano dentro de un paréntesis.

Por ejemplo: Fe2O3 : Óxido de hierro (III)

                     CuO: Óxido de cobre (II)

C) Tradicional: En esta nomenclatura se utilizan prefijos y sufijos dependiendo del número de estados de oxidación que presente el elemento electropositivo (metal).

a) Si el elemento electropositivo presenta un sólo estado de oxidación: se coloca la palabra "Óxido de" seguido del nombre del elemento electropositivo en español. Por ejemplo: 

CaO: Óxido de calcio. 

 Al2O3: Óxido de aluminio.

b) Si el elemento electropositivo presenta dos números de oxidación: Se coloca la palabra "Óxido" seguido de las terminaciones "oso" o "ico" al elemento electropositivo respectivamente (generalmente se utiliza el nombre en Latin del elemento menos la terminación "um o ium"). Por ejemplo:  FeO : Óxido Ferroso.

                                                               Fe2O3 : Óxido Férrico.

c) Si el elemento electropositivo presenta tres números de oxidación: Se coloca "Óxido" seguido de:

c.1) Hipo+ nombre del metal en Latin menos su terminación "um o ium"+oso.   Si es el menor número de oxidación.

c.2) Nombre del metal en Latin menos su terminación "um o ium"+oso.  Si es el penúltimo número de oxidación.

c.3) Nombre del metal en Latin menos su terminación "um o ium"+ico. Si es el último número de oxidación.

Por ejemplo:   CrO: Oxido hipocromoso.

                       Cr2O3 : Óxido cromoso.

                       CrO3 : Óxido crómico.  

EJERICICIOS PROPUESTOS.

1- NOMBRE MEDIENTE LAS 3 NOMENCLATURAS LOS SIGUIENTES OXIDOS BÀSICOS:

1- FeO 
2- MgO 
3- CuO 
4- MnO 
5- CaO 
6- K2O (el numero corresponde al subíndice) 
7- ZnO 
8- Na2O 
9- Ag2O 
10- Rb4O2 
11- Sr2O2 

EJERCICIO DE GAS IDEAL EXPLICACIÓN RÁPIDA

Problemas.

1) En la figura 2 kg de argón y 2 kg de N₂ se encuentran ocupando igual volúmenes de 0.5 m³ cada uno y separados por un pistón sin fricción y no conductor del calor; la temperatura del argón es de 50 °C. Se le suministra calor a ambos recipientes hasta conseguir un incremento de temperatura en el argón de 200 °C. Determínese las temperaturas iniciales y finales del N_2.

    

Como  P_A1 = P_B1  tenemos:

   

Suponiendo volúmenes iguales:

Simplificando tenemos:

2) Un tanque de 1 m³ que contiene aire a 25 °C y 500 kPa se conecta por medio de una válvula, a otro tanque que contiene 5 kg de aire a 35 °C Y 200 kPa. Después se abre la válvula y se deja que todo el sistema alcance el equilibrio térmico con el medio ambiente que se encuentra a 20 °C. Determine el volumen del segundo tanque y la presión final del aire.

Tanque A                           Tanque B

 

Tanque B

Tanque A

Volumen final del sistema

Masa final del sistema

Presión final del sistema

EJERICICIOS DE GASES IDEALES

1.- Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 cm³ a una presión de 750 mm Hg. ¿Qué volumen ocupará a una presión de 1,2 atm.si la temperatura no cambia?

Como la temperatura y la masa permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley de Boyle: P₁.V₁ = P₂.V₂

 Tenemos que decidir qué unidad de presión vamos a utilizar. Por ejemplo atmósferas.

Como 1 atm = 760 mm Hg, sustituyendo en la ecuación de Boyle:

2.- El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 cm³ a la temperatura de 20ºC. Calcula el volumen a 90ºC si la presión permanece constante.

Como la presión y la masa permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley de Charles y Gay-Lussac:

V1/T1=V2/T2

El volumen lo podemos expresar en cm³ y, el que calculemos, vendrá expresado igualmente en cm³, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin.

3.- Una cierta cantidad de gas se encuentra a la presión de 790 mm Hg cuando la temperatura es de 25ºC. Calcula la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 200ºC.

Como el volumen y la masa  permanecen constantes en el proceso, podemos aplicar la ley de   Gay-Lussac:

P1/T1=P2/T2

La presión la podemos expresar en mm Hg y, la que calculemos, vendrá expresada igualmente en mm Hg, pero la temperatura tiene que expresarse en Kelvin.

4.- Disponemos de un recipiente de volumen variable. Inicialmente presenta un volumen de 500 cm³ y contiene 34 g de amoníaco. Si manteniendo constante la P y la T, se introducen 68 g de amoníaco, ¿qué volumen presentará finalmente el recipiente?

Ar (N)=14. Ar (H)=1.

Manteniendo constante la P y la T, el volumen es directamente proporcional al número de moles del gas. El mol de amoníaco, NH₃, son 17 g luego:

 Inicialmente  hay en el recipiente 34 g de gas que serán 2 moles y al final hay 192 g de amoníaco que serán 6 moles.

EJERCICIOS PROPUESTOS 

5.- Un gas ocupa un volumen de 2 l en condiciones normales. ¿Qué volumen ocupará esa misma masa de gas a 2 atm y 50ºC? R: 1,18lt

6.- Un recipiente cerrado de 2 l. contiene oxígeno a 200ºC y 2 atm. Calcula:

a)  Los gramos de oxígeno contenidos en el recipiente.

b) Las moléculas de oxígeno presentes en el recipiente.

Ar(O)=16.

 R: a) 3,2 gr b) 6,023.10²²  MOLECULAS DE O₂

7.- Tenemos 4,88 g de un gas cuya naturaleza es SO2 o SO3. Para resolver la duda, los introducimos en un recipiente de 1 l y observamos que la presión que ejercen a 27ºC es de 1,5 atm. ¿De qué gas se trata?

Ar(S)=32.Ar(O)=16.

R: El gas es el SO₃

8.-Un mol de gas ocupa 25 l y su densidad es 1,25 g/l, a una temperatura y presión determinadas. Calcula la densidad del gas en condiciones normales.

 R. 1,40 gr/L

Método de la regla de tres para transformar unidades

Para Transformar unidades es posible utilizar el método de la regla de tres , es muy sencillo.

Observemos los pasos a seguir según cada caso :

Problema 1

Calculé la equivalencia correspondiente entre 12.60 kg -> mg

Solución

Primero planteamos el factor que relaciona de cada lado de la igual las unidades involucradas. 

Ej. 

1kg=100000mg

Luego se relaciona de la siguiente forma :

-Se descompone el factor de esta forma :

1 Kg----------->100.000gr

Y se coloca la magnitud a transformar del lado donde este ubicada la misma unidad 

1kg------------>100.000 mg 

12.60 kg <------------x=?

La relación se lee de la siguiente forma :

Si se sabe que 1 kg equivale  100.000 mg , entonces ¿12.60 kg a cuantos mg corresponderán?

La relación se opera de la siguiente forma :

12.60kgx100.000mg/1kg de tal forma que se cancelan los kg y queda el resultado 12.60kg=1.260.000mg R/.

Problema 2

¿ A cuantos toneladas equivalen 13240 kg? Si se deseara obtener un segundo resultado en lb cuantos serian ?

Solución

Factor 

1lb=0,454 kg

1 Lb---------------->0,454 kg

X=?<----------------13240kg

X=(13240kgx1Lb)/0,454kg= 29,162 Lb.

Factor 

1 Ton: 1000kg

1Ton------------->1000kg

X=? <-------------13240kg

X=13,240 toneladas.

Problema 3

Un móvil tiene una velocidad de 60.788 m/s . convertir su velocidad a m/h , km/s y cm/h .

Solución 

Primera transformación 

Factor : 1 hora =3600 s.

1m/h-------------->1m/3600 s

X=?<------------60.788 m/s

X= 218836,8 m/h

Segunda transformación.

Factor 1km=1000m

1km/s------------>1000m/s

X=?<---------------60.788m/s

X= 0,0607km/h

Tercera transformación

Factor : 1 h=3600s

1m:100cm

1m/h----------->100cm/3600s

218836,8m/h<----------x=?

X= 6078,8 cm/h

EJERCICIOS PROPUESTOS

1. La velocidad de un avión es de 123.65 km/días , si un día tiene 24 h , cual es el valor de la velocidad en km/h  . Haga una segunda transformación y obtenga m/s.

2. La densidad del agua es 1gr/ml , convierta dicha densidad a kg/cm³.

3. La masa de un un cuerpo es igual a 1297,547 mg . Obtenga el valor de dicha masa en a) kilogramo b)Centigramo c) Decagramo

4. Indique un factor correcto para obtener en una solo transformación la conversión de 70 lb a mg. DEMIESTRELO. 

5. El área de un cubo es igual a 12,89cm³ . ¿Cuál es el valor del área en  m³?.

6. El volumen de un de una solución es igual a 17800,09 cm³  , transforme dicho volumen a). Litros b) ml c) cc

7.  La densidad de los compuestos orgánicos es menor que la del agua . si un compuesto tiene una densidad de 0,007889 kg/m³ . cual es el valor de la densidad en unidades a)gr/cm³ b) gr/m³ c)gr/ml d)gr/cc

LOS EJERCICIOS ESTAN RESUELTOS POR EL METODO DEL FACTOR UNITARIO AQUÍ