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 

Gases ideales Teoría

GASES IDEALES

        La necesidad de estudiar los gases ideales se explica porque los gases son fluidos ampliamente utilizados en una gran variedad de sistemas como son los compresores y las turbinas a gas.

LEY DE BOYLE

        Hacia el año 1660, Robert Boyle realizó una serie de experiencias, con las que determinó el efecto que ejerce la presión sobre el volumen de una determinada cantidad de aire.

Fig. 1.25 Representación de la Ley de Boyle

“El volumen de un gas varía de forma inversamente proporcional a la presión si la temperatura permanece constante.”

LEY DE CHARLES Y GAY LUSSAC

      En 1787 Charles y posteriormente Gay Lussac en 1808 demostraron que, si la presión permanece constante el volumen del gas varía en forma lineal con la temperatura.

Fig. 1.26 Representación de la Ley de Charles

Para        t = 0ºC         V = V₀        

y para   t = -273.15ºC        V = 0

                  

       La extrapolación a bajas temperaturas de dichas rectas es muy significativa pues tiende a V = 0 cuando la temperatura tiende a  -273.15ºC lo que aconseja la elección de una escala cuyo origen sea precisamente esta temperatura. Esta escala es la ya conocida escala Kelvin:

 

Este resultado expresa la ley de Charles-Gay Lussac que puede enunciarse así:

“El volumen de una determinada cantidad de gas varía en proporción directa con la temperatura si la presión permanece constante.”

      Estas leyes la cumplen aproximadamente la mayor parte de los gases, constituyendo ambas leyes dos características de los gases que se denominan ideales.

LEY DE LOS GASES IDEALES

       Las leyes de Boyle y de Charles pueden cambiarse para proporcionarnos una ley más general que relacione la presión, el volumen, y la temperatura.

    Consideremos una masa de gas que ocupa un Volumen V₁ a la temperatura T₁ y presión P₁. Supongamos que manteniendo constante la temperatura T₁, se produce una interacción mecánica entre el sistema y el medio exterior, de forma que la presión alcanza el valor P₂ y el volumen que ocupa el gas se convierte en V_x. Para este proceso se cumplirá según la ley de Boyle

                                                 

Si a continuación el gas interacciona térmicamente con el medio exterior, su presión seguirá siendo P₂ mientras que la temperatura pasará a T₂ y por consiguiente el volumen alcanzará el valor V₂. Para este proceso de acuerdo con la ley de Charles

            

Igualando las ecuaciones 1.40 y 1.41 se obtiene:

                                                                                        

      El valor de la constante se determina a partir de las consideraciones de Avogadro. Este hace uso de razonamientos de naturaleza microscópica para justificar el comportamiento macroscópico de la materia de diferentes gases, que a la misma presión y temperatura contienen el mismo número de moléculas; deduce que en un mol de cualquier sustancia existe el mismo número de moléculas que calcula en 6.023x10²³ .

Para un mol la hipótesis de Avogadro se suele formular diciendo que los volúmenes ocupados por un mol de cualquier gas a igual presión y temperatura son iguales.

      Experimentalmente se comprueba que a 1 atm de presión y a una temperatura de 0ºC ese volumen es 22. 4136 l  (SI 101.325 kPa ; 0ºC, 1 kmol ocupará un volumen de 22.4136 m³ ).

      El resultado dado por la ecuación puede expresarse en función del número de moles de la sustancia, ya que el volumen es proporcional a dicho número; luego podrá escribirse:

                

donde n = m / M   siendo m la masa en kg y M la masa molecular del gas

                            

sustituyendo en 1.44 la constante universal

Otras formas:

                                                                   

Donde R es la constante específica para cada gas.

Las Unidades de temperatura

La temperatura es una magnitud física que expresa el grado o nivel de calor o frío de los cuerpos o del ambiente. En el sistema internacional de unidades, la unidad de temperatura es el Kelvin. A continuación, de forma generalizada, hablaremos de otras unidades de medida para la temperatura.
En primer lugar podemos distinguir, por decirlo así, dos categorías en las unidades de medida para la temperatura: absolutas y relativas.

- Absolutas son las que parten del cero absoluto, que es la temperatura teórica más baja posible, y corresponde al punto en el que las moléculas y los átomos de un sistema tienen la mínima energía térmica posible.
         - Kelvin (sistema internacional): se representa por la letra K y no lleva ningún símbolo "º" de grado. Fue creada por William Thomson, sobre la base de grados Celsius, estableciendo así el punto cero en el cero absoluto (-273,15 ºC) y conservando la misma dimensión para los grados. Esta fue establecida en el sistema internacional de unidades en 1954.

- Relativas por que se comparan con un proceso fisicoquímico establecido que siempre se produce a la misma temperatura.
       - Grados Celsius (sistema internacional): o también denominado grado centígrado, se representa con el símbolo ºC. Esta unidad de medida se define escogiendo el punto de congelación del agua a 0º y el punto de ebullición del agua a 100º , ambas medidas a una atmósfera de presión, y dividiendo la escala en 100 partes iguales en las que cada una corresponde a 1 grado. Esta escala la propuso Anders Celsius en 1742, un físico y astrónomo sueco.
       - Grados Fahrenheit (sistema internacional): este toma las divisiones entre los puntos de congelación y evaporación de disoluciones de cloruro amónico. Así que la propuesta de Gabriel Fahrenheit en 1724, establece el cero y el cien en las temperaturas de congelación y evaporación del cloruro amónico en agua. Este utilizo un termómetro de mercurio en el que introduce una mezcla de hielo triturado con cloruro amónico a partes iguales. Esta disolución salina concentrada daba la temperatura más baja posible en el laboratorio, por aquella época. A continuación realizaba otra mezcla de hielo triturado y agua pura, que determina el punto 30 ºF, que después fija en 32 ºF (punto de fusión del hielo) y posteriormente expone el termometro al vapor de agua hirviendo y obtiene el punto 212 ºF (punto de ebullición del agua). La diferencia entre los dos puntos es de 180 ºF, que dividida en 180 partes iguales determina el grado Fahrenheit

FUENTE : http://www.pce-iberica.es/medidor-detalles-tecnicos/unidades-temperatura.htm

¿Por qué Química en las carreras de Ingeniería y Ciencias Exacta?

La Química es la ciencia que estudia la composición y estructura de la materia y los cambios que puede sufrir. El centro de esta ciencia es la reacción química. El conocimiento de las estructuras permite deducir, generalmente, las propiedades de las sustancias y materiales, a partir de lo cual se pueden proyectar aplicaciones de utilidad para la ciencia y el desarrollo tecnológico. Cada avance en la Ingeniería y en las Ciencias Exactas origina una nueva demanda química o bien espera progresos químicos para su introducción. En el Área de las carreras de Ingeniería y de las Ciencias Exactas, la Química aporta: a) conceptos básicos significativos para entender las propiedades de los materiales, sus formas de conservación, deterioro y posibles formas de contaminación ambiental. b) la posibilidad de que el futuro profesional pueda comunicar a los especialistas los problemas relacionados con la Química de los materiales. c) una formación básica adecuada para que como ciudadano responsable ayude a formar opinión consciente en su entorno. (Pliego, 2004) A menudo se la considera la ciencia central, dado que para comprender otras disciplinas como Biología, Física, Geología, etc., es necesario tener un conocimiento básico de la Química. Comprender la Química, es esencial para comprender como funciona el mundo. La Química opera en tres niveles: el nivel macroscópico que se ocupa de las propiedades de los objetos grandes y visibles. Existe un mundo inferior de transformaciones, invisible un nivel microscópico en el cual la química interpreta los fenómenos macroscópicos en términos de reordenamientos de átomos. El tercer nivel, es el nivel simbólico, en el que se expresan los fenómenos químicos a través de símbolos químicos y ecuaciones matemáticas. Este nivel mantiene unidos a los otros dos niveles. La Química permite entender nuestro mundo y su funcionamiento.

Conversión de unidades

La conversión de unidades 

es la transformación de una cantidad, expresada en un cierta unidad de medida, en otra equivalente, que puede ser del mismo sistema de unidades o no.

Este proceso suele realizarse con el uso de los factores de conversión y las tablas de conversión.

Frecuentemente basta multiplicar por una fracción (factor de conversión) y el resultado es otra medida equivalente, en la que han cambiado las unidades. Cuando el cambio de unidades implica la transformación de varias unidades se pueden utilizar varios factores de conversión uno tras otro, de forma que el resultado final será la medida equivalente en las unidades que buscamos, por ejemplo si queremos pasar 8 metros a yardas, lo único que tenemos que hacer es multiplicar 8 x (0.914)=7.312 yardas.

Alguna equivalencia 

1 m = 100 cm

1 m = 1000 mm

1 cm = 10 mm

1 km = 1000 m

1 m = 3.28 pies

1 m =  0.914 yardas 

1 pie = 30.48 cm

1 pie = 12 pulgadas 

1 pulgada = 2.54 cm

1 milla = 1.609 km

1 libra = 454 gramos

1 kg = 2.2 libras 

1 litro = 1000 Cm³

^{1 hora = 60 minutos}

^{1 hora = 3600 segundos}

^{Factor de Conversion} 

Un factor de conversión es una operación matemática, para hacer cambios de unidades de la misma magnitud, o para calcular la equivalencia entre los múltiplos y submúltiplos de una determinada unidad de medida.

Dicho con palabras más sencillas, un factor de conversión es "una cuenta" que permite expresar una medida de difentes formas. Ejemplos frecuentes de utilización de los factores de conversión son:

• Cambios monetarios: euros, dólares, pesetas, libras, pesos, escudos...
• Medidas de distancias: kilómetros, metros, millas, leguas, yardas...
• Medidas de tiempo: horas, minutos, segundos, siglos, años, días...
• Cambios en velocidades: kilómetro/hora, nudos, años-luz, metros/segundo..

UNIDAD 1 CONCEPTOS : LA MATERIA.

CONCEPTOS BÁSICOS.

MATERIA : Es todo lo que ocupa un lugar en el espacio y tiene masa.

Ej. AGUA Y  ARENA

ESTADOS FISICOS DE LA MATERIA 

SÓLIDO

Rígidas Tienen forma definida Su volumen es constante ( T y P) 

LIQUIDO

Adquieren la forma del recipiente que los contiene Son difíciles de comprimir

GASEOSO

Son menos densos que sólidos y los líquidos. Son fáciles de comprimir y de expandir

SUSTANCIA: Es una forma de materia que tiene una composición definida (constante) y propiedades específicas que la distinguen de otras.

ELEMENTO:  Es una sustancia que no puede descomponerse en otras más sencillas mediante cambios químicos.

COMPUESTO:  Es una sustancia que puede descomponerse en otras más sencillas, por medios químicos, siempre en la misma proporción de masa.

MEZCLA : Es una combinación de dos o más sustancias puras en la que cada sustancia conserva su composición propia y sus propiedades. 

Mezcla homogénea : La composición de la mezcla es uniforme.

Mezcla heterogénea: Su composición no es igual en cualquier punto de la misma.

PROPIEDADES DE LA MATERIA. 

Propiedad física: Son las características propias de una sustancia que se pueden medir y observar sin que se modifique la composición o identidad de la sustancia. Ej: El color, olor, sabor, estado físico, densidad, punto de ebullición, punto de fusión, la conductividad térmica o eléctrica.

Propiedad química: Son aquellas en que la materia cambia de composición, ya sea transformándose en una sustancia nueva por descomposición o por reacción con otras especies. Ej: Descomposición por efecto del calor, reacción con un ácido, combustión, etc.

CAMBIOS DE LA MATERIA

Cambios químicos: Son las alteraciones que sufren las sustancias para producir nuevas sustancias con propiedades y composición distinta a la original. Se representan mediante ecuaciones químicas

Cambios físicos: Son alteraciones que no implican transformación de la composicion química de la sustancia, es decir, no hay formación de nuevas sustancias.