QUIMICA 2008

Unidad Acadmica de Ciencias de la Tierra. UAG Apuntes de Qumica Talavera-Mendoza O. (2008).__________________________________________________________________________________________________________

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PROGRAMA DE QUMICA

1 - NOCIONES BSICAS1.1 Conceptos bsicos

Elemento, tomo, electrn, protn, neutrn, istopos.1.2 - Tabla peridica (Grupos, Periodos)

1.2.1 - Metales, no metales, metaloides, elementos mayores, elementos traza2 - REACCIONES QUMICAS

2.1 - Estados de oxidacin o Valencias2.1.1 - Smbolos y valencias

2.2 - Reacciones qumicas2.2.1- xidos2.2.2 - Anhdridos2.2.3 - cidos2.2.4 - Hidrxidos o Bases2.2.5 - Sales

3 - FRMULAS QUMICAS3.1- Pesos atmicos y moleculares3.2 - Smbolos, Frmulas, Pesos Formulares3.3 - Frmulas Moleculares, Pesos Moleculares, Moles3.4 - Clculo de Composiciones y Frmulas

3.4.1 - Composicin a partir de frmula3.4.2 - Frmulas empricas

4 - ESTEQUIOMETRA4.1- Balanceo de ecuaciones

4.1.1 - Simples4.1.2 - xido-reduccin

4.2 - Concentraciones4.2.1 - Normal4.2.2 - Molar4.2.3 - %4.2.4- ppm4.2.4- gr/ton4.2.5 - Clculo de concentraciones a partir de soluciones de concentracin conocida.


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CAPTULO INOCI0NES BSICAS

________________________________________________________________________________________________1.1 - Estructura interna del tomo

La materia est constituida por tomos, los cualesrepresentan la partcula fundamental de cualquier sustanciaque conserva las caractersticas qumicas de sta. El tomoest constituido por un nmero de partculas ms pequeasdenominadas partculas subatmicas. Tres son las partculassubatmicas ms importantes: Protn, Neutrn y electrn.Otras partculas subatmicas incluyen al neutrino, positrn, ynegatrn, las cuales no sern tratadas en este curso. El protnes una partcula subatmica que tiene carga positiva y que seencuentra alojado en el ncleo del tomo. El neutrn es otrapartcula subatmica con carga elctrica neutra, que contieneen su interior partculas ms pequeas cuya suma de cargas esigual a cero. El neutrn tambin se encuentra alojado en elncleo del tomo y, tanto el neutrn como el protn, recibenel nombre de nucleones. El electrn es una partculasubatmica con carga elctrica negativa que se encuentraorbitando alrededor del ncleo del tomo. El nmero deprotones es igual al nmero de electrones por lo que el tomoes elctricamente neutro. En las figuras que siguen semuestran los ejemplos de configuracin atmica siguiendo elmodelo de tomo de N. Bohr del hidrgeno y del carbono.

El nmero de protones en el ncleo de un tomo define elnmero atmico (Z), el cual es diferente para todos loselementos.

Z= No de protonesLa sumatoria de neutrones y protones dentro del ncleo

del tomo, es decir el nmero de nucleones, definen elnmero de masa.

A= protones + neutrones = No de nucleonesPuesto de otra manera:

A= Z + N

Donde A es el nmero de masa, Z, el nmero de protonesy N el nmero de neutrones.

No todos los tomos de un mismo elemento son iguales.Aunque todos los tomos de un elemento tienenimperativamente el mismo nmero de protones (Z) o nmeroatmico, (y en consecuencia el mismo nmero de electrones),no todos poseen el mismo nmero de neutrones en susncleos. A estos tomos de un mismo elemento que poseendiferente nmero de neutrones se les denomina istopos. As,todos los istopos de un elemento contienen el mismonmero de protones (Z) pero diferente nmero de masa (A).El hidrgeno tiene tres istopos, todos caracterizados por lapresencia de un protn pero diferente nmero de neutrones.En la figura que sigue se muestran los esquemas de los tresistopos del hidrgeno. En el primero de los istopos, elhidrgeno no contiene ningn neutrn en el ncleo por lo quesu nmero de masa (A) es igual a 1. En el segundo istopo,existe un neutrn por que lo que este istopo tiene un nmerode masa (A) igual a 2 y, finalmente en el tercer istopoexisten dos neutrones en el ncleo por lo que este istopo dehidrgeno tiene un nmero de masa (A) igual a tres.

Estn dos tipos de istopos: istopos estables eistopos radioactivos. Los istopos estables son aquellos queno sufren ninguna transformacin natural, mientras que losistopos radiactivos sufren transformaciones espontneasconvirtindose en istopos de otros elementos.


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1.2 - Tabla peridicaLa tabla peridica es la clasificacin de los elementos

qumicos conocidos actualmente (111) por orden creciente desu nmero atmico.

Las propiedades fsicas y qumicas de los elementosvaran paulatinamente con el nmero atmico creciente oconfiguracin electrnica existiendo una repeticin peridicade propiedades. Henry Moseley propuso que " laspropiedades de los elementos y de sus compuestos sonfunciones peridicas del nmero atmico de los elementos".

La tabla peridica de los elementos est formada porgrupos o familias y periodos. Un grupo o familia es unconjunto de elementos que tienen una configuracinelectrnica externa semejante, es decir, poseen el mismonmero de electrones en su ltimo orbital. Se tienen 8 gruposdivididos en subgrupos A y B. Los grupos corresponden a lascolumnas verticales de la tabla peridica.

Ejemplo:Grupo I

Subgrupo A: H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr.Subgrupo B: Cu, Ag, Au

Un periodo es un conjunto de elementos dispuestos enlneas horizontales. Se tienen 7 periodos y los hay cortos ylargos. Cada periodo comienza con un metal activo y terminacon un gas noble, haciendo el recorrido de izquierda aderecha. La distribucin de los elementos en periodosobedece a la ocupacin progresiva de los electrones enniveles (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) y subniveles (s, p, d, f) energticosde acuerdo con el siguiente orden de ocupacin:1s, 2s, 3p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f,6d, 7pEjemplo:

El hidrgeno y el helio son elementos que presentanelectrones que ocupan posiciones exclusivamente del nivel ysubnivel energtico 1s. Los elementos del periodo 4 del K(19) al Kr (36) son elementos que presentan electrones queocupan posiciones hasta el nivel y subnivel energtico 4p.

1.2.1 - Metales y No metales, Metaloides y Gases NoblesSe distinguen dos regiones de elementos, los metales a la

izquierda de la tabla y cuyo comportamiento es el de siempreperder electrones convirtindose en cationes.

La otra regin est a la derecha y corresponde a los nometales, cuyo comportamiento es el de ganar o perderelectrones convirtindose en aniones.

Los metaloides son los elementos que se encuentran en laregin fronteriza entre metales y no metales, sucomportamiento en unos casos corresponde al de un metaladems de su aspecto, y en otros casos se parecen a un nometal: Al, Si, Ge, As, Sb, Te, At.

Algunos autores opinan que el trmino metaloide est malempleado para estos elementos, que el ms apropiado sera"semimetales".

Un grupo especial de elementos que ocupa la posicin ala extrema derecha de la tabla recibe el nombre de gasesnobles o inertes. Todos estos elementos se caracterizan portener una envoltura externa de electrones dotada de lamxima estabilidad, el helio con dos electrones y los dems


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con ocho. No tienen tendencia, por tanto, ni a perder ni aganar electrones. De aqu que su valencia sea cero o quereciban el nombre de inertes, aunque a tal afirmacin se tienehoy una reserva ya que se han podido sintetizar compuestosde nen, xenn y kriptn con el oxgeno, el flor y el agua.

Aproximadamente 78% de los elementos son metales, 9%son no metales, 5.5% son gases nobles y el resto sonmetaloides o semimetales.

Existe un grupo de elementos que bajo ciertascondiciones fsico-qumicas se comportan como metales ybajo otras condiciones como no metales. Estos elementos, portanto, son capaces de formar cidos y bases. A estoselementos se les llama elementos anfteros y los mscomunes estn representados en la figura que sigue.

De los 109 elementos conocidos actualmente, slo 90ocurren en la naturaleza. De estos, slo unos cuantosconstituyen mayoritariamente la tierra. Estos elementosreciben el nombre de elementos mayores y se expresangeneralmente en xidos y su concentracin en las rocas seexpresa en % en peso. Estos elementos son:SiO2, TiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, MnO, MgO, CaO, Na2O, K2Oy P2O5

En los minerales los elementos mayores son aquellos queconstituyen mas del 99% de la frmula y por tanto estosvaran en funcin de la composicin qumica de losminerales. Por ejemplo, en los feldespatos, los elementosmayores son: SiO2, Al2O3, CaO, Na2O y K2O. En Cambio enel zircn, los elementos mayores son: SiO2 y ZrO2.

Tanto las rocas como en los minerales, pueden contenerpequeas cantidades de cualquier otro elemento natural, perosu concentracin es tan pequea que tiene poco impacto en lacomposicin global de la roca o del mineral.

Estos elementos cuando presentes reciben el nombre deelementos traza y tienen una gran importancia en el estudiodel origen, evolucin y transformacin de minerales y rocas.Estos se expresan comnmente como elementos individualesy su concentracin, pequea se expresa en partes por milln(ppm) o partes por billn (ppb).


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CAPTULO 2REACCIONES QUMICAS

_____________________________________________________2.1 - Nmero de oxidacin o valencia

El nmero de oxidacin o valencia es la capacidad decombinacin que tiene un tomo de cada elemento y consisteen el nmero de electrones que puede ganar o perder en sultimo nivel de energa.

La tendencia de todos los elementos es la de estabilizar sultimo nivel de energa con dos u ocho electrones y parecerseal gas noble ms cercano. Para los elementos de los tresprimeros grupos es ms fcil perder electrones adquiriendocarga elctrica positiva. Para los elementos de los ltimosgrupos es ms fcil ganar electrones adquiriendo carganegativa.

Algunos elementos presentarn dos o ms valenciasdebido a que capacidad de combinacin les permite perder oganar electrones en diferente cantidad, dependiendo de lascondiciones a que se somete, o bien dependiendo delelemento que tenga para combinacin. El nmero deoxidacin de todos los elementos cuando estn puros, sincombinacin, es cero (0).

2.1.1 - SMBOLOS Y VALENCIAS MS COMUNES DELOS ELEMENTOS MS COMUNES____________________________________________Metales y Semimetales metlicos____________________________________________Elemento Smbolo ValenciasLitio (Li) +1Sodio (Na) +1Potasio (K) +1Rubidio (Rb) +1Cesio (Cs) +1Plata (Ag) +1Berilio (Be) +2Magnesio (Mg) +2Calcio (Ca) +2Estroncio (Sr) +2Bario (Ba) +2Zinc* (Zn) +2Cadmio (Cd) +2Boro* (B) +3Aluminio* (Al) +3Ytrio (Y) +3

Titanio* (Ti) +4Zirconio* (Zr) +4Vanadio* (V) +5Cobre (Cu) +1 +2Mercurio (Hg) +1 +2Oro (Au) +1 +3Hierro* (Fe) +2 +3Cobalto (Co) +2 +3Nquel (Ni) +2 +3Estao* (Sn) +2 +4Platino (Pt) +2 +4Plomo* (Pb) +2 +4Bismuto* (Bi) +3 +5Cromo* (Cr) +2 +3 +6Molibdeno* (Mo) +2 +3 +6Wolframio* (W) +2 +3 +6Manganeso* (Mn) +2 +4 +6 +7_________________________________________________No Metales y Semimetales no metlicos_________________________________________________Elemento Smbolo ValenciasOxgeno (O) -2Silicio* (Si) +4Hidrgeno (H) -1 +1Arsnico* (As) -3 +3 +5Fsforo (P) -3 +3 +5Antimonio* (Sb) -3 +3 +5Nitrgeno (N) -3 +3 +5Carbono (C) -2 -4 +2 +4Azufre (S) -2 +2 +4 +6Selenio (Se) -2 +2 +4 +6Telurio (Te) -2 +2 +4 +6Flor (F) -1Cloro (Cl) -1 +1 +3 +5 +7Bromo (Br) -1 +1 +3 +5 +7Iodo (I) -1 +1 +3 +5 +7

(*) = ELEMENTO ANFTERO


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2.2.1 - XIDOSLos xidos son compuestos que resultan de la

combinacin de un metal o elemento anftero ms oxgeno.Ejemplo 1La combinacin del metal zinc (Zn) ms oxgeno (O)

produce un compuesto denominado xido de zinc. Lareaccin puede expresarse como sigue:

Zn+2 + O-2 ZnOEn la formacin de cualquier compuesto neutro, la suma

de las cargas o valencias positivas o negativas debe ser igual acero. En el ejemplo anterior, el nmero total de valenciaspositivas es igual a 2 mientras que el nmero total devalencias negativas es igualmente 2. As, las cargas positivasdel zinc se combinan con las dos cargas negativas del oxgenopara formar el compuesto xido de zinc el cual eselctricamente neutro. Existen otros xidos en donde elnmero de cargas positivas y negativas no estn de antemanobalanceadas siendo necesario realizar un balanceo de cargas.

Ejemplo 2La combinacin del sodio (Na) con el oxgeno (O)

produce el compuesto xido de sodio. La reaccin deformacin si consideramos slo un tomo de cada elementoes:

Na+1 + O-2 NaO-

En este caso, si combinamos un tomo de sodio con untomo de oxgeno se producir un compuesto elctricamenteno neutro puesto que la nica carga positiva del sodio sloneutralizar una carga negativa del oxgeno quedando otracarga negativa libre por lo que se requiere realizar unbalanceo de cargas. Una forma simple realizar el balanceo decargas en las reacciones consiste en intercambiar las valenciasde los elementos colocando el nmero a la izquierda delelemento:

2Na+1 + 1O-2 Na2OEl nmero 2 de la valencia de oxgeno se pasa del lado

izquierdo del sodio mientras que el nmero 1 de la valenciadel sodio se coloca al lado izquierdo del oxgeno.Generalmente, cuando el nmero es 1, no se indica quedandopor asentado que la ausencia de nmero indica laintervencin de un slo tomo. De esta forma la ecuacinestar forzosamente balanceada elctricamente.

2Na+1 + O-2 Na2O(2 x 1) + (1 x -2)

+ 2 + (-2) = 0El nmero de tomos de cada elemento en la parte de los

reactivos se coloca como subndice del lado derecho delelemento en la parte de los productos.

Ejemplo 3La combinacin del aluminio (Al) ms oxgeno (O)

produce el compuesto denominado xido de aluminio. Lareaccin considerando solamente un tomo de cada elementose puede expresar como sigue:

Al+3 + O-2 AlO+1

Como puede observarse, la reaccin de un slo tomo decada elemento produce un compuesto cargado positivamentepuesto que el nmero de cargas positivas es mayor en unaunidad que el nmero de cargas negativas. As, se requiereefectuar nuevamente el balanceo de cargas.

2Al+3 + 3O-2 Al2O3(2 x +3) + (3 x -2)

(+6) + (-6) = 0El intercambio de nmeros de valencia produce el

balanceo de cargas. As, para formar una molcula de xidode aluminio elctricamente neutra se necesitan en realidad 2tomos de aluminio y 3 tomos de oxgeno.

Nomenclatura de los xidosExisten metales que poseen una sola valencia como el

caso del Li+1, Mg+2 o Ag+1. Existen otros, sin embargo, queposeen dos o ms valencias positivas como por ejemplo elFe+2+3, Au+1+3, Cr+2+3+6 o Mn+2+4+6+7. Cada elemento convalencias mltiples forman compuestos diferentes en funcindel valor de la valencia con la que reacciona. Por ejemplo, elcobre puede formar dos xidos diferentes; uno cuandoreacciona con la valencia +1:

Cu+1 + O-2 Cu2Oy otro cuando reacciona con la valencia +2:

Cu+2 + O-2 CuOEn el caso de elementos con una sola valencia no se

requiere de nomenclatura especial para denominar loscompuestos resultantes pero en el caso de elementos convalencias positivas mltiples se requiere un nombre diferentepara cada compuesto diferente de manera que se evitenconfusiones.

1 - Para elementos que tengan una valencia, el xidoresultante se llamar simplemente xido del metal encuestin.

EjemploEl calcio presenta solamente una sola valencia: +2. El

xido que resulta de su combinacin con el oxgeno recibe elnombre de xido de calcio.


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Ca+2 + O-2 CaO (xido de calcio)2 - Para elementos que presenten dos valencias, los

xidos resultantes tomarn la terminacin -oso para el xidoformado con la valencia menor y -ico para el xido formadocon la valencia menor.

EjemploEl cobre presenta dos valencias positivas +1 y +2. La

combinacin del cobre con sus dos valencias ms oxgenoproducir entonces dos xidos:(1) 2Cu+1 + O-2 Cu2O (xido cuproso)(2) Cu+2 + O-2 CuO (xido cprico)

La valencia menor del cobre es +1, luego el xido queresulta de la combinacin de Cu+1 ms O-2 recibe laterminacin oso como se indica en la reaccin (1). Lavalencia mayor del cobre es +2, luego, el xido que resulta dela combinacin de Cu+2 ms O-2 recibe la terminacin icocomo se indica en la reaccin (2).

3 - Para elementos que presenten tres valencias, losxidos resultantes se llamarn como sigue:

- Cuando el elemento reaccione con su valencia menor, elxido tomar el prefijo hipo- y la terminacin -oso.

- Cuando el elemento reaccione con su valenciaintermedia, el xido tomar exclusivamente la terminacin -oso.

- Cuando el elemento reaccione con su valencia mayor, elxido tomar la terminacin -ico.

EjemploEl cromo es un elemento anftero que en condiciones

bsicas forma xidos con el oxgeno. Este elemento reaccionageneralmente con tres valencias positivas: +2, +3 y +6. As, lacombinacin de tomos de cromo de diferente valenciaformar tres xidos diferentes con el oxgeno:(1) Cr+2 + O-2 CrO (xido hipocromoso)(2) 2Cr+3 + 3O-2 Cr2O3 (xido cromoso)(3) Cr+6 + 3O-2 CrO3 (xido crmico)

La valencia menor del cromo es +2. El xido que resultade la combinacin de Cr+2 ms O-2 recibe el prefijo hipo y laterminacin oso como se indica en la reaccin (1). Lavalencia intermedia del cromo es +3, luego el xido queresulta de la combinacin de Cr+3 ms O-2 recibeexclusivamente la terminacin oso. Finalmente, la valenciamayor del cromo es +6. El xido que resulta de lacombinacin de Cr+6 ms O-2 recibe la terminacin -ico comose indica en la reaccin (3).

4 - Para elementos que presentan cuatro valenciaspositivas, los xidos que resulten se denominarn comosigue:

- Cuando el elemento reaccione con la valencia menor, elxido recibir el sufijo hipo- y la terminacin -oso.

- Cuando el elemento reaccione con su valenciaintermedia inferior, el xido tomar exclusivamente laterminacin -oso.

- Cuando el elemento reaccione con su valenciaintermedia superior, el xido tomar exclusivamente laterminacin -ico.

- Cuando el elemento reaccione con su valencia mayor, elxido tomar el sufijo per- y la terminacin -ico.

EjemploEl manganeso forma xidos cuando reaccionan con el

oxgeno en condiciones bsicas. El manganeso reaccionageneralmente con cuatro valencias positivas: +2, +4, +6 y +7.Luego, el manganeso formar con el oxgeno cuatro xidosdiferentes:(1) Mn+2 + O-2 MnO (xido hipomanganoso)(2) Mn+4 + 2O-2 MnO2 (xido manganoso)(3) Mn+6 + 3O-2 MnO3 (xido mangnico)(4) 2Mn+7 + 7O-2 Mn2O7 (xido permangnico)

La valencia menor del manganeso es +2, luego el xidoformado con el oxgeno recibe el sufijo hipo y la terminacinoso. La valencia intermedia inferior del manganeso es +4. Elxido formado recibe solamente la terminacin oso. Cuandoel manganeso reacciona con su valencia intermedia superior,el xido resultante recibe la terminacin ico. Finalmente,cuando el manganeso reacciona con su valencia mayor, elxido que resulta recibe el sufijo per y la terminacin ico.

Una forma alternativa de llamar a los compuestos dondeintervengan elementos con valencias mltiples es la adoptadainternacionalmente en el convenio Stock. Este consiste enescribir la carga por tomo entre parntesis despus delnombre del metal. Por ejemplo, los xidos de cobreanteriormente sealados reciben el nombre de xido cuprosocuando el Cu reacciona con la valencia +1 y xido cpricocuando reacciona con la valencia +2. Segn el convenio deStock, el xido cuproso deber llamarse xido de cobre (I) yel xido cprico se llamara xido de cobre (II).

A pesar de ser mundialmente aceptada esta nomenclatura,tiene en realidad un uso muy restringido puesto que en laformacin de sales se mantiene la nomenclatura tradicional yha ocasionado fuertes confusiones. En este curso se utilizarla nomenclatura tradicional.

Ejercicios1 - Formar los siguientes xidos:a - xido de litio i - xido estanosob - xido de potasio j - xido estnicoc - xido de estroncio k - xido manganosod - xido de cadmio l - xido permangnicoe - xido de titanio m - xido mercurosof - xido ferroso n - xido mercricog - xido frrico o - xido bismticoh - xido urico


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2 - Denominar segn la nomenclatura tradicional lossiguientes xidos:

a - Rb2O i Ni2O3b - B2O3 j - Cs2Oc - CrO k - PtOd - CrO3 l - Bi2O5e - MnO2 m - Cr2O3f - Fe2O3 n - ZnOg - Ag2O o - Co2O3h - NiO

2.2.2 - ANHDRIDOSLos anhdridos son compuestos que resultan de la

combinacin de un no metal o un elemento anftero msoxgeno.

EjemploLa combinacin del silicio (Si) con el oxgeno (O)

produce el compuesto denominado anhdrido de silicio. Lareaccin se expresa:

Si+4 + 2O-2 SiO2

Nomenclatura de los anhdridosLa nomenclatura que se utiliza para denominar a los

anhdridos es esencialmente la misma que la utilizada paradenominar a los xidos con la excepcin del nombre generaldel compuesto, es decir, en lugar de xido deber utilizarse eltrmino anhdrido.

Ejemplos(1) Si+4 + 2O-2 SiO2 (anhd. de silicio)(2) 2Sb+3 + 3O-2 Sb2O3 (anhd. antimonioso)(3) 2Sb+5 + 5O-2 Sb2O5 (anhd. antimnico)(4) S+2 + O-2 SO (anhd. hiposulfuroso)(5) S+4 + 2O-2 SO2 (anhd. sulfuroso)(6) S+6 + 3O-2 SO3 (anhd. sulfrico)(7) 2Cl+1 + O-2 Cl2O (anhd. hipocloroso)(8) 2Cl+3 + 3O-2 Cl2O3 (anhd. cloroso)(9) 2Cl+5 + 5O-2 Cl2O5 (anhd. clrico)(10) 2Cl+7 + 7O-2 Cl2O7 (anhd. perclrico)

Ejercicios1 - Formar los siguientes anhdridosa - Anhd. de hidrgeno i - Anhd. hiponitroso

b - Anhd. de silicio j - Anhd. nitrosoc - Anhd. carbnico k - Anhd. hipoclorosod - Anhd. fosforoso l - Anhd. clorosoe - Anhd. fosfrico m - Anhd. clricof - Anhd. hiposulfuroso n - Anhd. perclricog - Anhd. sulfuroso o - Anhd. mangnicoh - Anhd. sulfrico2 - Denominar segn la nomenclatura tradicional lossiguientes anhdridos:

a - As2O3 i - Mn2O7b - Cl2O3 j - MnOc - Cl2O5 k - I2O5d - Cl2O7 l - Br2O7e - N2O3 m - SeO3f - N2O5 n - TeO2g - SO3 o - CO2h - SO

2.2.3 - HIDRXIDOS O BASESLos hidrxidos o bases son compuestos que resultan de la

combinacin de un xido ms agua.Ejemplo 1:La combinacin del xido de sodio ms agua produce el

compuesto llamado hidrxido de sodio. La reaccin seextresa como sigue:

Na2O + H2O NaOHxido + Agua Hidrxido de sodiode sodio

En la reaccin, el oxgeno del xido desplaza un tomode hidrgeno del agua y el sodio reacciona con el inhidroxilo (OH) que resulta con una carga negativa. Como seobserva en la reaccin anterior, la ecuacin no estbalanceada en cuanto a tomos puesto que en el lado de losreactivos existen dos tomos de sodio mientras que del ladode los productos existe slo uno. De igual manera, del lado delos reactivos existen dos tomos de oxgeno y dos dehidrgeno mientras que del lado de los productos slo existeuno de cada elemento. As del lado de los reactivos existe untomo de ms de cada elemento participante (Na, O, H);suficientes para formar otra molcula de hidrxido de sodio.

Na2O + H2O 2NaOHDe esta forma, la combinacin de una molcula de xido

de sodio con una molcula de agua produce dos molculas dehidrxido de sodio.

Ejemplo 2:La combinacin del xido de calcio ms agua produce el

hidrxido de calcio segn la reaccin siguiente:


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CaO + H2O Ca(OH)2En este caso, a diferencia del anterior, una molcula de

xido de calcio combinada con una molcula de aguaproduce slo una molcula de hidrxido de calcio.

Ejemplo 3:La combinacin del xido de aluminio con el agua

produce el compuesto llamado hidrxido de aluminio. Lareaccin se expresa:

Al2O3 + H2O Al(OH)3

En este caso existe una vez ms un desequilibrio de masasentre los reactivos y los productos:

Reactivos Productos Diferencia2Al Al (+1)4O 3O (+1)2H 3H (-1)

Segn este balance, en la reaccin existen un tomo dealuminio y un tomo de oxgeno de ms del lado de losreactivos mientras que en el lado de los productos existe untomo de ms de hidrgeno. Balanceando la reaccin elhidrxido de aluminio se formara segn la reaccin completasiguiente:

Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3As, la combinacin de una molcula de xido de

aluminio ms tres molculas de agua produce dos molculasde hidrxido de aluminio.Nomenclatura de los hidrxidos

La nomenclatura de los hidrxidos es la misma utilizadapara denominar a los xidos con la diferencia del nombregeneral del compuesto, es decir, en lugar de xido se utilizarel trmino hidrxido.

Ejemplos:(1) Na2O + H2O 2NaOH (hidrx. de sodio)(2) Rb2O + H2O 2RbOH (hidrx. de rubidio)(3) MgO + H2O Mg(OH)2 (hidrx. de magnesio)(4) SrO + H2O Sr(OH)2 (hidrx. de estroncio)(5) Al2O3 + 3H2O 2Al(OH)3 (hidrx. de aluminio)(6) Hg2O + H2O 2HgOH (hidrx. mercuroso)(7) HgO + H2O Hg(OH)2 (hidrx. mercrico)(8) CrO + H2O Cr(OH)2 (hidrx. hipocromoso)(9) Cr2O3 + 3H2O 2Cr(OH)3 (hidrx. cromoso)(10) CrO3 + 3H2O Cr(OH)6 (hidrx. crmico)(11) MnO + H2O Mn(OH)2 (hidrx. hipomanganoso)(12) MnO2 + 2H2O Mn(OH)4 (hidrx. manganoso)

(13) MnO3 + 3H2O Mn(OH)6 (hidrx. mangnico)(14) Mn2O7 + 7H2O 2Mn(OH)7 (hidrx. permangnico)

Ejercicios:1 - Formar los siguientes hidrxidos:a - Hidrxido de plata i - Hidrxido uricob - Hidrxido de zinc j - Hidrxido bismutosoc - Hidrxido de itrio k - Hidrxido bismticod - Hidrxido ferroso l - Hidrxido hipomolibdosoe - Hidrxido frrico m - Hidrxido molibdosof - Hidrxido estanoso n - Hidrxido molbdicog - Hidrxido estnico o - Hidrxido niqulicoh - Hidrxido auroso2 - Nombrar segn la nomenclatura tradicional los siguienteshidrxidos:a - KOH i - AuOHb - Ba(OH)2 j - Au(OH)3c - Ca(OH)2 k - W(OH)2d - Ti(OH)4 l - W(OH)3e - Fe(OH)2 m - W(OH)6f - Fe(OH)3 n - Mn(OH)6g - Sn(OH)2 o - Mn(OH)7h - Sn(OH)4

2.2.4 - CIDOSExisten dos tipos de cidos inorgnicos: cidos hidrcidos

y cidos oxicidos.cidos hidrcidos

Los cidos hidrcidos son compuestos que resultan de lacombinacin de un no metal ms hidrgeno. El no metalreacciona con su valencia negativa mientras que el hidrgenolo hace con su valencia positiva.

Ejemplo 1:La combinacin de un tomo de cloro con un tomo de

hidrgeno produce el cido denominado cido clorhdrico. Lareaccin se expresa:

Cl-1 + H+1 HClEjemplo 2:La combinacin de un tomo de azufre con dos tomos de

hidrgeno produce el cido llamado cido sulfhdrico segnla reaccin siguiente:

S-2 + 2H+1 H2S


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Nomenclatura de cidos hidrcidosTodos los no metales cuentan con una sola valencia

negativa a excepcin del carbono que reacciona en ocasionescon dos valencias negativas. Sin embargo, los compuestosinorgnicos de carbono con valencia -4 son extremadamenteraros aunque en qumica orgnica son comunes. De estaforma, cada no metal con valencia negativa slo puede formarun slo cido hidrcido por lo que la nomenclatura de estoscompuestos es relativamente simple. Esta consiste en agregaral compuesto la terminacin -hdrico.

Ejemplo 1:El cido que resulta de la combinacin de Cl-1 ms H+1

recibe el nombre de cido clorhdrico como se sealanteriormente:

Cl-1 + H+1 HCl (cido clorhdrico)Ejemplo 2:El cido que resulta de la combinacin de S-2 ms 2H+1

recibe el nombre de cido sulfhdrico:S-2 + 2H-1 H2S (cido sulfhdrico)

Ejercicios:1 - Formar los siguientes cidos:a - cido fluorhdrico f - cido oxigenhdricob - cido clorhdrico g - cido telurhdricoc - cido sulfhdrico h - cido iodhdricod - cido bromhdrico i - cido selenhdricoe - cido carbonhdrico2 - Denominar los siguientes cidos hidrcidos:

a - HBrb - H2Cc - H2Od - H2See - HFf - HI

cidos oxicidosLos cidos oxicidos son compuestos que resultan de la

combinacin de un anhdrido ms agua.Ejemplo 1:La combinacin del anhdrido sulfrico ms agua produce

el cido denominado cido sulfrico. La reaccin se expresa:SO3 + H2O H2SO4Anhdrido Agua cidoSulfrico Sulfrico

Ejemplo 2:La combinacin de anhdrido hipocloroso ms agua

produce el cido llamado cido hipocloroso segn la reaccinsiguiente:Cl2O + H2O H2Cl2O2 = 2HClOAnhdrido Agua cidoHipocloroso Hipocloroso

Nomenclatura de los cidos oxicidosLa nomenclatura utilizada para denominar los cidos

oxicidos es la misma utilizada para denominar a los xidos yanhdridos cambiando exclusivamente el nombre general delcompuesto.

Ejemplos:(1) SiO2 + H2O H2SiO3 (cido de silicio)(2) Sb2O3 + H2O 2HSbO2 (cido antimonioso)(3) Sb2O5 + H2O 2HSbO3 (cido antimnico)(4) SO + H2O H2SO2 (cido hiposulfuroso)(5) SO2 + H2O H2SO3 (cido sulfuroso)(6) SO3 + H2O H2SO4 (cido sulfrico)(7) Cl2O + H2O 2HClO (cido hipocloroso)(8) Cl2O3 + H2O 2HClO2 (cido cloroso)(9) Cl2O5 + H2O 2HClO3 (cido clrico)(10) Cl2O7 + H2O 2HClO4 (cido perclrico)

Nota - En la formacin de cidos a partir de losanhdridos de fsforo (fosforoso y fosfrico) intervienen tresmolculas de agua en lugar de una sola. De esta forma, lasreacciones para producir cidos oxicidos de fsforoquedaran:

(1) P2O3 + 3H2O 2H3PO3(2) P2O5 + 3H2O 2H3PO4En este caso el cido de fsforo formado con su valencia

menor (reaccin 1) recibe el nombre de cido ortofosfricomientras que el cido formado con su valencia mayor(reaccin 2) recibe el nombre de cido pirofosfrico.

Ejercicios:1 - Formar los siguientes cidos oxicidosa - cido Sulfrico f - cido Ntricob - cido Sulfuroso g - cido Bromosoc - cido Permangnico h - cido Brmicod - cido Hipomanganoso i - cido Selnicoe - cido Nitroso j - cido Arsnico


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2 - Denominar los siguientes cidos oxicidos:a - H3PO4 f - H2SO3b - HBrO3 g - HNO3c - HClO4 h - HAsO2d - H2MnO4 i - HIOe - H2SO4 j HIO4

2.2.5 - SALESLas sales son compuestos que resultan de la combinacin

de un cido ms un hidrxido o base. Puesto que existen dosclases de cidos, existen dos tipos diferentes de sales: saleshidrcidas y sales oxisales.

Sales hidrcidasLas sales hidrcidas son sales que resultan de la

combinacin de un cido hidrcido ms un hidrxido.Ejemplo 1:La reaccin de cido clorhdrico con el hidrxido de

sodio produce una sal denominada cloruro de sodio msagua. La reaccin se expresa como sigue:

NaOH + HCl NaCl + H2OEn la reaccin, los tomos de sodio se combinan con los

tomos de cloro. Por otra parte, el hidrgeno liberado por elcido ms el in oxidrilo liberado por el hidrxido, formanuna molcula de agua.

Ejemplo 2:La combinacin de hidrxido de calcio con el cido

fluorhdrico produce la sal hidrcida denominada fluoruro decalcio. La reaccin es:

Ca(OH)2 + 2HF CaF2 + 2H2O

Nomenclatura de las sales hidrcidasLa nomenclatura para denominar a las sales hidrcidas, al

igual que en los cidos hidrcidos, es relativamente simple.sta consiste en cambiar la terminacin -hdrico del cidopor la terminacin -uro en la sal. La nomenclatura de losmetales en los hidrxidos se mantiene sin cambio.

Ejemplo 1:La combinacin del hidrxido de plata con el cido

clorhdrico produce la sal cloruro de plata segn la siguientereaccin:AgOH + HCl AgCl + H2Ohidrxido cido cloruro Aguade plata clorhdrico de plata

Como puede observarse en este ejemplo, la terminacin -hdrico del cido da lugar al nombre de la sal con laterminacin -uro, mientras que el nombre del metal en elhidrxido (de plata) permanece sin cambio.

Ejemplo 2:Consideremos ahora la formacin de una sal hidrcida a

partir del cido sulfrico y un hidrxido de un metal quecontenga dos valencias, por ejemplo, el hierro. As las dossales formadas con estos compuestos seran:(1) Fe(OH)2 + H2S FeS + 2H2O

hidrxido cido sulfuro aguaferroso sulfhdrico ferroso

(2) 2Fe(OH)3 + 3H2S Fe2S3 + 6H2OHidrxido cido sulfuro aguaFrrico sulfhdrico frrico

Ntese una vez ms que en ambas reacciones laterminacin -hdrico del cido se cambi por la terminacin -uro en la sal, mientras que el nombre del hierro en loshidrxidos qued sin cambio en las sales formadas.

Ejercicios:1 - Formar las siguientes sales hidrcidasa - Cloruro ferroso d - Bromuro de potasiob - Sulfuro niqueloso e - Selenuro de magnesioc - Yoduro de cadmio f - Fluoruro de aluminio

Sales oxisalesLas sales oxisales son compuestos que resultan de la

combinacin de un hidrxido ms un cido oxicido.Ejemplo 1:La combinacin de hidrxido de plata con cido ntrico

produce la sal oxisal denominada nitrato de plata. La reaccinse expresa:AgOH + HNO3 AgNO3 + H2Ohidrxido cido nitrato aguade plata ntrico de plata

En la reaccin, los tomos de plata se combinan con elradical nitrato (NO3-) para formar la sal oxisal nitrato deplata mientras que el hidrgeno liberado por el cido secombina con el in oxidrilo (OH-) del hidrxido para formaragua.


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Ejemplo 2:La combinacin del hidrxido de calcio con el cido

hipocloroso produce la sal oxisal llamada hipoclorito decalcio segn la reaccin siguiente:Ca(OH)2 + 2HClO Ca(ClO)2 + 2H2Ohidrxido cido hipoclorito aguade calcio hipocloroso de calcio

Nomenclatura de las sales oxisalesLa nomenclatura de las sales oxisales consiste en cambiar

las terminaciones de los cidos mientras que los prefijos delos mismos cidos se mantienen sin cambio. Lasterminaciones -oso de los cidos (p.e. hipocloroso o cloroso)se cambian por la terminacin -ito en las sales (p.e.hipoclorito o clorito). Las terminaciones -ico de los cidos(p.e. clrico o perclrico) se cambian por las terminaciones -ato en las sales (p.e. clorato o perclorato). La nomenclaturade los metales de los hidrxidos queda sin cambio en lassales. En forma tabulada la nomenclatura de las sales oxisalesquedara:Terminacin en los cidos Terminacin en las sales

hipo --- oso hipo --- ito--- oso --- ito--- ico --- ato

per ---- ico per ---- atoNtese que los prefijos hipo- y per- de los cidos se

mantienen sin cambio en las sales.Ejemplo 1:Consideremos la formacin de sales oxisales a partir del

hidrxido de zinc ms los cuatro cidos oxicidos del cloro:(1) Zn(OH)2 + 2HClO Zn(ClO)2 + 2H2O

hidrxido cido hipoclorito aguade zinc hipocloroso de zinc

(2) Zn(OH)2 + 2HClO2 Zn(ClO2)2 + 2H2Ohidrxido cido clorito aguade zinc cloroso de zinc

(3) Zn(OH)2 + 2HClO3 Zn(ClO3)2 + 2H2Ohidrxido cido clorato aguade zinc clrico de zinc

(4) Zn(OH)2 + 2HClO4 Zn(ClO4)2 + 2H2Ohidrxido cido perclorato aguade zinc perclrico de zinc

Ntese que la nomenclatura utilizada en los metales delos hidrxidos (de zinc) se mantiene en las sales. De igualmanera si se tratara de un hidrxido ferroso o frrico, la

nomenclatura del metal en la sal se mantendra (p.e. cloratoferroso o clorato frrico).

Ejercicios:1 - Formar las siguientes sales oxisalesa - Hipoclorito mercuroso k - Nitrito de potasiob - Hipoclorito mercrico l - Nitrato de magnesioc - Clorito mercuroso m - Bromito de aluminiod - Clorito mercrico n - Arsenito antimoniosoe - Clorato mercuroso o - Arsenito antimnicof - Clorato mercrico p - Perbromato estnicog - Perclorato mercuroso q - Hipoyodito cuprosoh - Perclorato mercrico r - Perbromato cpricoi - Sulfito ferroso s - Sulfato de titanioj - Sulfito frrico t - Carbonato de bario2 - Denominar las siguientes sales oxisales:a - CaCO3 i - V(CrO4)5b - BaSO4 j - Cd(AsO3)2c - Al2(SeO4)3 k - Ca3(PO4)2d - Cu(NO3)2 l - Au(CO2)3e - Pt(BrO)4 m - Ti(SO4)2f - Sb2(CO2)5 n - LiNO2g - Au(NO2)3 o - Sn(IO)2h - CaSiO3


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CAPTULO 3FRMULAS QUMICAS

__________________________________________________________________________________________________________3.1. - Pesos Atmicos Relativos

Las masas de los tomos individuales son muy pequeas.Incluso el tomo ms pesado tiene una masa menor de 5 x 10-22 g. Se consider conveniente, por lo tanto, definir unaunidad especial en la que las masas de los tomos puedanexpresarse sin tener que utilizar exponentes. Esta unidad sellama unidad de masa atmica unificada y se designa con elsmbolo u. Se define como exactamente 1/12 de la masa deltomo de C12. As, la masa del tomo de C12 es exactamente12u. Las masas de otros tomos istopos pueden expresarseen la misma unidad. Por ejemplo, la masa del Na23 es22.98984u. Se dispone actualmente de tablas con las masasde todos los tomos de formas isotpicas determinadas.

La mayor parte de las reacciones qumicas no discriminanentre los diversos istopos. Por ejemplo, los porcentajes detomos de hierro Fe54, Fe56, Fe57 y Fe58 son 5.82, 91.66,2.19 y 0.33 respectivamente en todos los minerales de hierro,meteoritos y compuestos de hierro preparados sintticamente.Para efectos qumicos interesa conocer la masa media de untomo de hierro en su mezcla natural de istopos. Estas masasmedias tambin se tabulan en funcin de la unidad u y se lesda un nombre diferente para distinguirlas de las masasnucldicas. Estas masas medias se llaman pesos atmicosrelativos, pesos atmicos qumicos o simplemente pesosatmicos. Debe subrayarse que son las masas medias para lostomos de los elementos tal como existen en la naturaleza.Mol

En los experimentos qumicos comunes entran enreaccin nmeros enormes de molculas. Fue pues,conveniente definir un nuevo concepto, el mol, como unconjunto de un nmero grande y determinado de unidadesqumicas fundamentales, comparables a la cantidad quepodra utilizarse en un experimento real. Se define un mol detomos de cualquier elemento como la cantidad de sustanciaque contiene exactamente el mismo nmero de tomos que 12g de C12 puro. Este nmero se llama nmero de Avogadro;su valor, determinado experimentalmente es, 6.023 x 1023. Elvalor de la unidad de masa atmica unificada, u, puederelacionarse ahora con la escala de gramos ya que 1 tomo deC12 tiene una masa de 14u. Por lo tanto:Masa de 1 mol de tomos C12 = NA x masa de un tomo de

C12 = NA x 12u = 12 g.

o bien1u = 1 / NA g = 1 / 6.023 x 1023 g = 1.660 x 10-24 g

Consideremos ahora un mol de tomos de otro elementode peso atmico W. La masa media de un tomo de esteelemento es Wu o W / NA g. Por tanto, la masa de un mol(NA) de tales tomos es NA (W/NA) gramos o sencillamenteW gramos. Dicho de otra forma, la masa en gramos de unmol de tomos de cualquier elemento es igual al pesoatmico. Un mol de tomos recibe el nombre de tomo-gramo o abreviadamente at-g, pudindose dar el pesoatmico en las medidas gramos por tomo-gramo.3.2 - Smbolos, Frmulas, Pesos Formulares

El smbolo de un elemento se utiliza para designarlodiferencindolo de otros elementos. Adems, el smbolo seutiliza con frecuencia para representar una cantidad particularde tal tomo, un tomo-gramo. As, Au puede significarsimplemente oro. En otros contextos puede referirse a 1tomo-gramo o 197.0 g de oro.

Una frmula indica el nmero relativo de tomos de cadaelemento en una sustancia. Fe3O4 se refiere a un compuestoen el que hay presentes 3 tomos de hierro por cada 4oxgenos. Si los subndices son el conjunto de nmerosenteros ms pequeos posible que expresa el nmero relativode tomos, se dice que la frmula es emprica o mnima. ElFe3O4 es un ejemplo de ello. Fe3O4 es una notacindescriptiva de este xido determinado de hierro. A veces seutiliza tambin Fe3O4 para designar una cantidad particularde compuesto, la cantidad que contiene 3 tomos-gramo dehierro y 4 tomos-gramo de oxgeno. Esta cantidad decompuesto contiene NA de las unidades formulares mssencillas (en que la unidad formular contiene 3 tomos dehierro y 4 tomos de oxgeno) y se llama por tanto mol deFe3O4. Tambin se denomina peso-frmula-gramo (pfg). Secompone de (3 x 55.85) o sea 167.55 g de hierro y (4 x16.00) o 64.00 g de oxgeno combinados para hacer (167.55+ 64.00) o sea 231.55 g del compuesto. 231.55 es el pesoformular del compuesto. En general, el peso formular esigual a una suma de nmeros, cada uno de los cuales es elproducto del peso atmico de uno de los elementos queforman el compuesto por el nmero de tomos de talelemento indicado en su frmula. El peso formular puede serdado en las unidades gramos por peso-formula-gramo.


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3.3 - Frmulas Moleculares, Pesos Moleculares, MolesSi una frmula expresa no solamente el nmero relativo

de tomos de cada elemento sino tambin el nmero real detomos de cada elemento en una molcula del compuesto, sellama frmula molecular.

Ejemplo:La frmula molecular del benceno es C6H6. Esto indica

que la molcula del benceno est constituida por 6 tomos decarbono y 6 tomos de hidrgeno y el peso molecular delbenceno ser (6 x 12.011) + (6 x 1.008) = 78.114.

La frmula emprica o mnima del benceno ser CH; estoindica nicamente que el benceno est formado por loselementos carbono e hidrgeno en la proporcin de 1 tomode carbono a 1 tomo de hidrgeno. La frmula emprica norepresenta el nmero real de tomos de carbono e hidrgenoen una molcula de benceno y, por tanto, no representa elpeso molecular del benceno. Para determinar la frmulamolecular de un compuesto es necesario conocer su pesomolecular. La frmula molecular es un mltiplo entero (1, 2,3, etc.) de la frmula emprica.

La frmula C6H6 puede utilizarse para representar78.114 g de benceno. Esta cantidad de benceno contiene 6NA (at-g) de carbono y 6 NA (at-gr) de hidrgeno contieneNA molculas (unidades de C6H6) y por tanto se denominaun mol de benceno. El nmero de Avogadro puede, pues,darse en las unidades molculas por mol exactamente igualque en tomos por tomo-gramo.

Ejemplos de clculo de pesos moleculares:(i) - La frmula molecular del cido clorhdrico es HCl.

Esto indica que la molcula de HCl est formada por tomos

de hidrgeno y cloro en la relacin de 1:1. El peso moleculardel cido clorhdrico ser:

H = 1.008Cl = 35.453

PM = 36.461 g.

(ii) - El cido sulfrico (H2SO4) est formado por tomosde hidrgeno, azufre y oxgeno en la relacin 2:1:4. El pesomolecular del cido sulfrico ser:

H = 2 x 1.008 = 2.016S = 32.064 = 32.0640 = 4 x 16.00 = 64.00

PM = 98.08 g.

EjerciciosDeterminar el peso molecular de los siguientes compuestos:a.- NaCl f.- H2CrO4 k.- Mg2Si2O6b.- HNO3 g.- CaCO3 l.- KAlSi3O8c.- Ag2SO4 h.- CaSO4 2H2O m.- ZrSiO4d.- KClO4 i.- FeSiO3 n.-Na2Fe2Si4O12e.- Mg2SO4 j.- NaAlSiO4 o.- CaTiO5

3.4 - Clculo de Composiciones y Frmulas3.4.1 - Clculo de composiciones a partir de la frmula

La existencia de una frmula por compuesto implica queexisten relaciones fijas entre los pesos de dos elementoscualesquiera o entre el peso de un elemento cualquiera y elcompuesto total.


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Ejemplo 1:El mineral corundo est compuesto por 2 tomos de aluminio y 3 de oxgeno y su frmula ideal puede expresarse como Al2O3. A

partir de estos datos es posible calcular el porcentaje de cada elemento en el corundo. Estas relaciones pueden verse mejorescribiendo las frmulas en forma vertical como se ilustra a continuacin:

______________________________________________________________________________________________(1) (2) (3) (4) (5)E n por pfg WE (p. atmico mE por pfg mE por 100 g

Elemento de compuesto del elemento) = nE xWE del compuesto______________________________________________________________________________________________Al 2 27.0 54.0 g (54.0 g Al / 102.0 g Al2O3) x 100

= 52.9%O 3 16.0 48.0 g (48.0 g O / 102.0 g Al2O3) x 100

= 47.1%Comprobacin

PF = 102.0 g 52.9% + 47.1% = 100%______________________________________________________________________________________________La suma de los valores de cada elemento de la columna (4) es igual al peso formular (PF) del compuesto. Los valores de la

columna (5) representan el contenido fraccionario o relativo de los diversos elementos en el compuesto. As, 100 g de corundo(Al2O3) contiene 52.9 g o 52.9% de aluminio y 47.1 g o 47.1% de oxgeno. Es evidente que la suma de las fracciones constituyentesdebe ser igual a 100 g o 100%.

Ejemplo 2:El mineral albita est compuesto de tomos de sodio, aluminio, silicio y oxgeno en proporciones que permiten escribir su

frmula ideal como NaAlSiO4. Cual es el porcentaje en peso de cada elemento contenido en la frmula en 100 g de compuesto ?.______________________________________________________________________________________________(1) (2) (3) (4) (5)E n por pfg WE (p. atmico mE por pfg mE por 100 g

Elemento de compuesto del elemento) = nE xWE del compuesto______________________________________________________________________________________________Na 1 22.99 22.99 g (22.99 g Na / 142.06 g albita) x 100

= 16.18%Al 1 26.98 26.98 g (26.98 g Al / 142.06 g albita) x 100

= 18.99%Si 1 28.09 28.09g (28.06 g Si / 142.06 g albita) x 100

= 19.77%O 4 16.00 64.00g (64.0 g O / 142.06 g albita) x 100

= 45.05%Comprobacin

PF = 142.06 g 16.18% + 18.99% + 19.77%+ 45.05% = 99.99%

______________________________________________________________________________________________Los valores de la columna (5) indican que en 100 g de albita (NaAlSiO4) existen 16.18 g o 16.18% de sodio, 18.99 g o 18.99%

de aluminio, 19.77g o 19.77% de silicio y 45.05 g o 45.05% de oxgeno.

Escuela Regional de Ciencias de la Tierra. UAG Apuntes de Qumica Talavera-Mendoza O. (2008)._______________________________________________________________________________________________

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EjerciciosCalcule los porcentajes en peso de cada elemento

contenido en los siguientes compuestos:a.- HCl f.- MgSiO3b.- HNO3 g.- ZrSiO4c.- BaSO4 h.- Na2Fe2Si4O12d.- CaSiO3 i.- Ca3(PO4)2e.- FeS2 j.- PbS

3.4.2 - Clculo de frmulas empricasComo se ha establecido con anterioridad, la frmula

emprica o mnima expresa el nmero relativo de tomos delos diferentes elementos en un compuesto con el conjuntoms pequeo posible de nmeros enteros. Estos nmerospueden encontrarse convirtiendo los datos de composicinanaltica en peso en los n valores o nmeros de tomos-gramoNE (NE = % / W).

Ejemplo 1:Consideremos un compuesto que segn el anlisis tiene 17.09% de magnesio, 37.93% de aluminio y 44.98% de oxgeno (a no ser

que se indique lo contrario, el porcentaje es en peso, es decir el nmero de gramos de cada elemento por 100 g de compuesto).Un esquema conveniente de manejar los datos, como en los ejemplos de clculo de composiciones a partir de la frmula, es en

forma de tabla como la siguiente:______________________________________________________________________________________________(1) (2) (3) (4) (5)E mE (masa de E en WE nE (N de at-g nE / nE ms pequeo

Elemento 100 g de comp. (p. at. de E) de E = mE / WE______________________________________________________________________________________________Mg 17.09 g 24.31 0.703 0.703 / 0.703 = 1Al 37.93 g 26.98 1.406 1.406 / 0.703 = 2O 44.98 g 16.00 2.812 2.812 / 0.703 = 4

______________________________________________________________________________________________La columna (1) indica los elementos del compuesto. La columna (2) la concentracin de los elementos en % en peso. La columna

(3) expresa el peso atmico del elemento. Los nmeros de la columna (4) dan los nmeros de at-g de los elementos componentes en elpeso fijo de compuesto, 100 g que se ha escogido como base. La columna (5) expresa la relacin emprica o mnima de los elementosdel compuesto. Esta se obtiene dividiendo cada nE valores de la columna (4) entre el nE ms pequeo de ellos, en este caso, 0.703.Los nmeros de la columna (5) muestran entonces el nmero relativo de tomos-gramo y por tanto, el nmero de tomos demagnesio, aluminio y oxgeno en este compuesto es 1 : 2 : 4. La frmula emprica o mnima de este compuesto es por consiguienteMgAl2O4.

Ejemplo 2:El anlisis qumico por va hmeda de un mineral mostr que se compone de los siguientes elementos y concentraciones: Si =

53.26%; O = 53.26%. Calcular la frmula emprica o mnima del compuesto.______________________________________________________________________________________________(1) (2) (3) (4) (5)E mE (masa de E en WE nE (N de at-g nE / nE ms pequeo

Elemento 100 g de comp. (p. at. de E) de E = mE / WE______________________________________________________________________________________________

Si 46.74 g 28.086 1.664 1.664 / 1.664 = 1O 53.26 g 16.00 3.330 3.330 / 1.664 = 2

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Unidad Acadmica de Ciencias de la Tierra. UAG Apuntes de Qumica Talavera-Mendoza O. (2008)._______________________________________________________________________________________________

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La columna (4) muestra nuevamente el nmero de at-g del elemento en el compuesto (nE) el cual fu obtenido dividiendo la masadel elemento en 100 g de compuesto (mE) entre el peso atmico del elemento WE (nE = mE / WE). La columna (5) muestra lasrelaciones empricas de los elementos en el compuesto y se obtiene dividiendo nE / nE ms pequeo, en este caso 1.664. Losresultados muestran que en el compuesto existe un tomo de silicio y dos tomos de oxgeno (relacin 1 : 2). Luego, la frmulaemprica o mnima del compuesto puede ser expresada como SiO2.

Ejercicios1. - Calcule la frmula emprica de los compuestos a

partir de sus composiciones en porcentaje.a. - Fe = 63.53% S = 36.47%b. - Na = 21.6% Cl = 33.3% O = 45.1%c. - C = 63.1% H = 11.92% F = 24.97%d. - Na = 12.10% Al = 14.19% Si = 22.14%

O = 42.09% H2O = 9.48%2. - Resuelva los siguientes problemas.a. - En la fabricacin de cemento se requiere caliza cuyo

contenido de slice, SiO2, sea inferior a 5%. Calcular elporcentaje mximo de silicio, Si, permitido y el porcentajemnimo de calcio, Ca, en la caliza. Qu cantidad de Si y deCa se obtendran si se procesara 1 tonelada de caliza?

b. - Una muestra de cuprita impura, Cu2O, contiene66.6% de Cu. Cul es el porcentaje de Cu2O puro en lamuestra?

c. - Una veta contiene 30% de argentita, Ag2S. Cuantaplata metlica se podr obtener si se procesa 1 tonelada de laveta? (i) si la recuperacin es del 100%; (ii) si la recuperacines del 75%.

d. - Un concentrado de minerales contiene 10% de platanativa, Ag; 15% de argentita, Ag2S; 40% de galena, PbS; 15% de cuprita, Cu2O y 20% de calcita, CaCO3. Calcular lacantidad de plata, plomo y cobre que se obtendra si seprocesaran 10 toneladas de concentrado con una recuperacindel 68%.

e. - Procesando una tonelada de slo uno de los 3minerales de azufre siguientes, galena, PbS; pirita, FeS2; y,argentita, Ag2S, se pretende obtener la mayor cantidad deazufre. Qu mineral deber ser procesado?

3.4.3. - Frmulas EstructuralesEjemplo 1:

______________________________________________________________________________________________1 2 3 4 5 6 7Wt % peso proporcin Props. N de iones N de iones Distribucin mol

molecular atmica de por cada en la for. de iones endel xido oxgeno en 4 O2 estructural la formula

cada molsuma

_______________________________________________________________ideal_________________________________SiO2 39,11 60,09 0,6509 1,3017 2,021 1,011 Si 1,001 SitioTiO2 0,06 79,90 0,0008 0,0015 0,002 0,001 Al 0,000tetrahed.Al2O3 0,00 101,94 0,0000 0,0000 0,000 0,000 Total 1,001Cr2O3 0,00 152,02 0,0000 0,0000 0,000 0,000FeO 21,89 71,85 0,3047 0,3047 0,473 0,473 Ti 0,001MnO 0,43 70,94 0,0061 0,0061 0,009 0,009 Mg 1,492MgO 38,75 40,32 0,9611 0,9611 1,492 1,492 Fe 0,473CaO 0,05 56,08 0,0009 0,0009 0,001 0,001 Mn 0,009 2 SitioYNa2O 0,00 61,98 0,0000 0,0000 0,000 0,000 Ca 0,001K2O 0,00 94,20 0,0000 0,0000 0,000 0,000 Cr 0,000Total 100,29 T= 2,58 Total = 2,988 Na 0,000

K 0,000Total = 1,976

____________________________________________________________________________________________Se describe el procedimiento para calcular la frmula estructural de minerales a partir de anlisis qumicos obtenidos en la

microsonda, utilizando como ejemplo el clculo de la frmula estructural de un olivino.La columna 1 enlista la composicin qumica del mineral expresado en porciento en peso (% wt) de los xidos que lo constituyen.


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La columna 2 enlista los pesos moleculares de cada uno de los xidos.La columna 3 expresa las proporciones moleculares de cada xido en el mineral. Esta se obtiene dividiendo el contenido de cada

xido (columna 1) entre su peso molecular (columna 2).La columna 4 expresa la cantidad proporcional de cada elemento en funcin del nmero de tomos de oxgenos asociados en cada

xido. Esta se obtiene multiplicando la columna 3 por el nmero de tomos de oxgeno presente en el xido correspondiente. (2 en elSiO2, 3 en el Al2O3, etc.). Al pie de la columna 4 aparece su total (T).

La celda unitaria del olivino contiene 4 oxgenos. Para conocer el nmero de iones en la celda en el olivino tomado comoejemplo, se requiere recalcular cada una de las proporciones atmicas del oxgeno de manera que sumen 4. Esto se realizamultiplicando cada resultado de la columna 4 por la relacin 4/T y el resultado se reporta en la columna 5.

La columna 6 representa el nmero de iones de cada elemento basados en la presencia de 4 oxgenos en la celda unitaria delolivino. Para el SiO2 existe 1 tomo de silicio por cada 2 tomos de oxgeno de manera que el resultado correspondiente al SiO2 en lacolumna 5 deber ser multiplicado por 1/2. Para el Al2O3 existen 2 tomos de aluminio por cada 3 tomos de oxgeno, entonces elresultado correspondiente al Al2O3 en la columna 5 deber igualmente ser multiplicado por 2/3. Para iones divalentes los valores dela columna 6 son los mismos que los de la columna 5 mientras que para iones monovalentes, la columna 6 representa el doble de losvalores correspondientes en la columna 5.

Los nmeros de iones basados en 4 oxgenos dado en la columna 6 deben ser agrupados en funcin de su distribucin en la redcristalina para establecer correctamente su frmula estructural. En el caso del olivino la formula general es:

Y2 SiO4donde X = Mg, Fe2+,Mn, Ca. El Si puede ser substituido por pequeas cantidades de Al o de Fe3+. La posicin de los elementos Yen la estructura del olivino se denomina posicin Y u octadrica. Mientras que el SiO4 ocupa la posicin llamada tetradrica. De estaforma la distribucin de los iones en el olivino en el ejemplo anterior pueden quedar agrupados como se presentan en la columna 7.Esta representa la frmula estructural del olivino calculada en base a 4 oxgenos la cual en notacin de ecuacin puede ser escrita(tomando slo los elementos mayores del olivino) como sigue:

Fe1.5 Mg0.5SiO4


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CAPTULO 4ESTEQUIOMETRA

_____________________________________________________4.1 - BALANCEO DE ECUACIONES4.1.2 - Oxidacin-Reduccin

El concepto ms simple y antiguo de oxidacin se refierea la toma de oxgeno por un elemento o compuesto, como enla transformacin del Cu2O en CuO o del FeO en Fe2O3.Actualmente se considera como el proceso que consiste en laprdida de uno o ms electrones por tomos o iones que setraduce por un aumento en la valencia positiva de unelemento o radical. De igual manera, en un principio seconsider la reduccin como el proceso mediante el cual eloxgeno era eliminado de un compuesto. Actualmente, seconsidera que la reduccin es un proceso que consiste en laganancia de uno o ms electrones por tomos o iones lo queconduce a la disminucin de la valencia positiva (o aumentode la valencia negativa).Estado de oxidacin

El estado de oxidacin es un concepto til paradiagnosticar rpidamente la oxidacin o reduccin de tomosparticulares en compuestos. El estado de oxidacin de unelemento es un nmero tal que, referido a ese elemento en uncompuesto determinado, indica el valor de la oxidacin oreduccin que se requiere para convertir un tomo de dichoelemento en su estado libre, hasta el que se encuentra en elcompuesto.

Se aplican las siguientes reglas para la determinacin delestado de oxidacin:

(1) El estado de oxidacin de un elemento libre o nocombinado es cero. Se escribe So, Bao, Cl2o, etc.

(2) El estado de oxidacin del hidrgeno combinado, conpocas excepciones es +1 (H+1 o H+).

(3) El estado de oxidacin del oxgeno combinado esnormalmente -2 (O-2).

(4) El estado de oxidacin de un metal combinado escomnmente positivo. Se encuentran excepciones en loselementos anfteros, p.e. SbH3.

(5) El estado de oxidacin de un radical o el de un in esaquel de su electrovalencia.

(6) El estado de oxidacin de un compuesto neutro essiempre igual a cero y se determina sumando los nmeros deoxidacin de cada tomo multiplicado por el nmero detomos que hay de dicho elemento en la molcula, en eseestado de oxidacin.

Consideremos algunas aplicaciones de dichas reglas:a) - La transformacin de Cuo en CuO. Al pasar de Cuo a

CuO, el cobre experimenta una oxidacin de 2 unidades, poreso el nmero de oxidacin del cobre es +2. Aplicando laregla 6, puesto que el oxgeno es -2, el cobre en el CuO debeser +2. De otra forma:

Cux + O-2 0X + (-2) 0

X +2Luego, el estado de oxidacin del Cu en el CuO es +2.

BALANCEO DE ECUACIONES DE OXIDACION-REDUCCION

Los fundamentos de la oxidacin-reduccinconstituyen la base de dos mtodos sistemticos sencillospara balancear las ecuaciones de este tipo. Si se conocentodos los productos de la reaccin, el balanceo puede hacersedirectamente ya sea por el mtodo del in-electrn o bien porel mtodo del estado de oxidacin. Este ultimo siendo demayor facilidad, ser utilizado y explicado en lo subsecuente.

Mtodo del estado de oxidacin1 - Escribir una ecuacin esquemtica que incluya

aquellos reactivos y productos que contienen los elementosque sufren cambios en su estado de oxidacin. ej:

HNO3 + H2S = NO + S + H2O2 - Calcular el estado de oxidacin de cada uno de los

elementos en ambos lados de la reaccin:H+1N+5O-2 + H2+1O-2 = N+2O-2 + So + H+1O-2

3 - Determinar el o los elementos que sufrieronvariaciones en su estado de oxidacin diferenciando aquel o


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aquellos oxidacin y aquel o aquellos que sufrieronreduccin.

En el ejemplo, los elementos que sufrieron variacin ensu estado de oxidacin son el N y el S. El N paso de +5 en elHNO3 a +2 en el NO por lo que gano 3 electrones y luego seredujo, mientras que el S paso de -2 en el H2S a So, luegoperdio 2 electrones y por lo tanto se oxid.

4. - Se escribe un esquema de la igualacin de loselectrones.(1) N+5 + 3e = N+2(2) S-2 - 2e = So

5. - Multiplicar cada formula principal por nmeros quehagan que el numero total de electrones perdidos y ganadossean iguales. Esto se produce multiplicando la ecuacin (1)por 2 y la ecuacin (2) por 3.(1) 2N+5 + 6e = 2N+2(2) 3S-2 - 6e = 3So

6. - Con los valores obtenidos se escribe la ecuacinesquemtica parcialmente balanceada.

2HNO3 + 3H2S = 2NO + 3S + H2O7. - Por simple inspeccin se completan los coeficientes

apropiados para el resto de la ecuacinNotemos que en el ejemplo los tomos de N y de S se

encuentran balanceados, no as los tomos de oxgeno ehidrogeno. En la parte de los reactivos existen 8 tomos dehidrogeno mientras que en los productos slo existen 2. Estopuede balancearse si se consideran 4 molculas de H2O enlos productos.

2HNO3 + 3H2S = 2NO + 3S + 4H2OObservemos que los tomos de oxigeno se han

balanceado automticamente; 6 del lado de los reactivos y 6del lado de los productos.

8. - Comprobar la ecuacin final contando el numero detomos de cada elemento en ambos miembros de la ecuacin.

Reactivos ProductosH = 2 + 6 = 8 H = 4 X 2 = 8N = 2 N = 2O = 2 X 3 = 6 O = 2 + 4 = 6S = 3 S = 3

Ejemplo 1:Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccin:

KMnO4 + KCl + H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 + H2O +Cl2

1. - KMnO4 + KCl + H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 + H2O + Cl22. -K+1Mn+7O4-2 + K+1Cl-1 + H2+1S+6O4-2 =

Mn+2S+6O4-2 + K2+1S+6O4-2 + H2+1O-2 + Cl2o

3. - Los elementos que sufrieron variacin en su estado deoxidacin son el Mn y el Cl. El Mn paso de +7 en el KMnO4a +2 en el MnSO4, por lo que gan 5 electrones, luego seredujo. El Cl paso de -1 en el KCl a Cl2o, luego perdi 2electrones, entonces se oxid.

4. - (1) Mn+7 + 5e = Mn+2(2) 2Cl-1 - 2e = Cl2o

5. - (1) 2Mn+7 + 10e = 2Mn+2(2) 10Cl-1 - 10e = 5Cl2o

6. - 2KMnO4 + 10KCl + H2SO4 =2MnSO4 + K2SO4 + H2O + 5Cl2

7. - La ecuacin completa:2KMnO4 + 10KCl + 8H2SO4 =

2MnSO4 + 6K2SO4 + 8H2O + 5Cl28. - Comprobacin

Reactivos ProductosK = 2 + 10 = 12 K = 12Mn = 2 Mn = 2O = 8 + 32 = 40 O = 8 + 24 + 8 = 40Cl = 10 Cl = 10H = 16 H = 16

Ejemplo 2 :Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccin:

K2Cr2O7 + HCl = KCl + CrCl3 + H2O + Cl21. - K2Cr2O7 + HCl = KCl + CrCl3 + H2O + Cl22. - K2+1Cr2+6O7-2 + H+1Cl-1 =

K+1Cl-1 + Cr+3Cl3-1 + H2+1O-2 + Cl2o

3. - Los elementos que sufrieron variacin en el estado deoxidacin son el Cr y el Cl. El Cr pas de +6 en el K2Cr2O7 a+3 en el CrCl3, por lo que gan 3 electrones, luego se redujo.El cloro pas de -1 en el HCl a Clo, por lo que perdi 1electrn, luego se oxid.

4. - (1) 2Cr+6 + 6e = 2Cr+3(2) 2Cl-1 - 2e = Cl2o

5. - (1) 2Cr+6 + 6e = 2Cr+3


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(2) 6Cl-1 - 6e = 3Cl2o

6. - K2Cr2O7 + 6HCl = KCl + 2CrCl3 + H2O + 3Cl27. - La ecuacin completaK2Cr2O7 + 14HCl = 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O + 3Cl28. - ComprobacinReactivos ProductosK = 2 K = 2Cr = 2 Cr = 2O = 7 O = 7H = 14 H = 14Cl = 14 Cl = 14

Ejemplo 3 :Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin reduccin:

FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO21. - FeS2 + O2 = Fe2O3 + SO22. - Fe+2S2-1 + O2o = Fe2+3O3-2 + S+4O2-2

3. - Los elementos que sufren variacin en su estado deoxidacin son en este caso el Fe, el S y el O. El Fe pas deFe+2 en el FeS2 a Fe+3 en el Fe2O3, por lo que perdi unelectrn, luego se oxid. El S pas de -1 en el FeS2 a +4 en elSO2, por lo que perdi 5 electrones, luego tambin se oxid.El O pas de O2o a O-2 en el SO2 y en el Fe2O3, por lo quegan 2 electrones, luego se redujo.

4. - (1) 2Fe+2 - 2e = 2Fe+3(2) 2S-1 - 10e = 2S+4(3) 2Oo + 4e = 2O-2

En este caso se consideran en una sola ecuacin loselementos que se oxidaron y por otro lado los que seredujeron. Luego las dos ecuaciones finales quedan:

(1) 2Fe+2 + 2S-1 - 12e = 2Fe+3 + 2S+4(2) 2Oo + 4e = 2O-2

5. - (1) 8Fe+2 + 8S-1 - 48e = 8Fe+3 + 8S+4(2) 24Oo + 48e = 24O-2

6. - 8FeS2 + 12O2 = 4Fe2O3 + 8SO2Se balancean primero el Fe y el S y el oxgeno se

balancea al tanteo.7. La ecuacin completa quedara:8FeS2 + 22O2 = 4Fe2O3 + 16SO2

La ecuacin puede ser dividida entre 24FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO28. - Comprobacin:Reactivos ProductosFe = 4 Fe = 4S = 8 S = 8O = 22 O = 22

Ejemplo 4 :Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccinZn + NaNO3 + NaOH = Na2ZnO2 + NH3 +

H2O1. - Zn + NaNO3 + NaOH =

Na2ZnO2 + NH3 + H2O

2. - Zno + Na+1N+5O3-2 + Na+1O-2H+1 =Na2+1Zn+2O2-2 + N-3H3+1 + H2+1O-2

3. - Los elementos que cambiaron su estado de oxidacinson el Zn y el N. El Zn pas de Zno a Zn+2 en el Na2ZnO2,por lo que perdi 2 electrones, luego se oxid. El N pas de+5 en el NaNO3 a -3 en el NH3, por lo que gan 8 electrones,luego se redujo.

4. - (1) Zno - 2e = Zn+2(2) N+5 + 8e = N-3

5. - (1) 4Zno - 8e = 4Zn+2(2) N+5 + 8e = N-3

6. - 4Zn + NaNO3 + NaOH =4Na2ZnO2 + NH3 + H2O

7. - La ecuacin completa:4Zn + NaNO3 + 7NaOH =

4Na2ZnO2 + NH3 + 2H2O8. - Comprobacin:Reactivos ProductosZn = 4 Zn = 4Na = 8 Na = 8N = 1 N = 1O = 10 O = 10H = 7 H = 7


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Ejemplo 5:Igualar la siguiente ecuacin de oxidacin-reduccinHgS + HCl + HNO3 =

H2HgCl4 + NO + S + H2O1. - HgS + HCl + HNO3 =

H2HgCl4 + NO + S + H2O

2. - Hg+2S-2 + H+1Cl-1 + H+1N+5O3-2 =H2+1Hg+2Cl4-1 + N+2O-2 + So + H2+1O-2

3. - Los elementos que sufrieron variacin en su estado deoxidacin son el N y el S. El N pas de +5 en el HNO3 a +2en el NO, por lo que gan 3 electrones, por lo tanto se redujo.El S pas de -2 en el HgS a So por lo que perdi 2 electrones,luego se oxid.

4. - (1) S-2 - 2e = So(2) N+5 + 3e = N+2

5. - (1) 3S-2 - 6e = 3So(2) 2N+5 + 6e = 2N+2

6. - 3HgS + HCl + 2HNO3 =H2HgCl4 + 2NO + 3S + H2O

7. - 3HgS + 12HCl + 2HNO3 =3H2HgCl4 + 2NO + 3S + 4H2O

8. - Comprobacin :Reactivos ProductosHg = 3 Hg = 3S = 3 S = 3Cl = 12 Cl = 12N = 2 N = 2H = 14 H = 14O = 6 O = 6

Ejercicios:Balancear las siguientes ecuaciones de oxidacin-

reduccina. KMnO4 + HCl = KCl + MnCl2 + H2O + Cl2b. Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O + NO2c. Cu + HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O + NOd. CdS + I2 + HCl = CdCl2 + HI + Se. CrI3 + KOH + Cl2 =

K2CrO4 + KIO4 + KCl + H2O

f. CoCl2 + Na2O2 + NaOH + H2O =Co(OH)3 + NaCl

g. V(OH)4Cl + FeCl2 + HCl =VOCl2 + FeCl3 + H2O

h. P2H4 = PH3 + P4H2i. Ca3(PO4)2 + SiO2 + C = CaSiO3 + P4 + COj. KBr + H2SO4 = K2SO4 + Br2 + SO2 + H2O

4.2 CONCENTRACION DE SOLUCIONESEn una disolucin o solucin de una sustancia en otra, la

sustancia disuelta se denomina soluto. La sustancia en dondese disuelve el soluto se denomina disolvente o simplementesolvente. Cuando la cantidad relativa de una sustancia en unadi-solucin es mucho mayor que la otra, la sustancia presenteen mayor cantidad se considera como el solvente.

Existen dos formas principales de expresar lasconcentraciones: (i) en unidades fsicas; y, (ii) en unidadesqumicas.

Concentraciones en unidades fsicasCuando se emplean unidades fsicas, las concentraciones

de las soluciones se expresan generalmente de la manerasiguiente:

(1) En peso del soluto por unidad de volumen de ladisolucin.

Ej. 20 g de KCl por litro de solucin

(2) En porcentaje de composicin o sea el nmero degramos de soluto en 100 g de solucin.

Ej. Una solucin acuosa de NaCl al 10% contiene 10 g deNaCl por 100 g de disolucin. 10 g de NaCl se mezclan con90 g de agua para formar 100 g de solucin.

(3) En peso del soluto por peso del solvente.Ej. 5.2 g de NaCl en 100 g de agua o 100 g de Ag en una

tonelada de material.(4) En partes de soluto en un milln de partes.Ej. 10 partes de Zr en un milln de partes.


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Ejemplos de concentraciones en unidades fsicas.a). - Explicar como se prepararan 60 ml de una solucin

acuosa de AgNO3 de valor 0.030 g de AgNO3 por ml.Cada ml debe contener 0.030 g de AgNO3

1 ml -------- 0.030 g de AgNO3luego;60 ml -------- X

ResolviendoX = (60 ml x 0.030 gr) / 1 ml = (60 x 0.030) gr / 1 = 1.8

g.Para preparar 60 ml de AgNO3 de valor 0.030 g de

AgNO3 por ml, se disuelven 1.8 g de AgNO3 en unos 50 mlde agua. A continuacin se aade agua suficiente paraobtener exactamente el volumen de 60 ml. Agitarcuidadosamente para asegurar su uniformidad.

b). - Cuantos gramos de disolucin al 5 % de NaCl senecesitan para tener 3.2 g de NaCl?

Una disolucin al 5 % de NaCl contiene 5 g de NaCl en100 g de solucin

5 g de NaCl --------------- 100 g de solucin -luego;

3.2 g de NaCl --------------- XResolviendoX = (3.2 g x 100 g) / 5 g = 64 gPor lo tanto se necesitarn 64 g de disolucin de NaCl al

5 % para tener 3.2 g de NaCl.

c). - Cuanto NaNO3 debe pesarse para preparar 50 ml deuna disolucin acuosa que contenga 70 mg de Na+ por litro?

La disolucin debe contener 70 mg de Na+ por litro70 mg de Na+ ----------------- 1000 mlluego;X ----------------- 50 mlResolviendoX = (50 ml x 70 mg) / 1000 ml = 3.5 mgEn 50 ml de solucin debe haber 3.5 mg de Na+. Por otro

lado, el peso molecular del NaNO3 es 84.9968 g o 84996.8mg; luego en 84996.8 mg de NaNO3 existen 22.9899 g o22989.9 mg de Na+.

84996.8 mg de NaNO3 ---------- 22989.9 mg de Na+

luego;X ----------- 3.5 mg

ResolviendoX = (93.5 mg x 84996.8 mg) / 22989.9 mg = 12.94 mgPor lo tanto, para preparar 50 ml de una solucin acuosa

de NaNO3 que contenga 70 mg de Na+ por litro, debe pesarse12.94 mg de NaNO3.

d). - Calcular el peso de Al2(SO4)3.18H2O necesario parapreparar 50 ml de una disolucin acuosa de concentracin 40mg de Al+3 por ml.

La solucin debe contener 40 mg de Al+3 por ml40 mg de Al+3 ------------ 1 mlluego

X ------------ 50 mlResolviendoX = (50 ml x 40 mg) / 1 ml = 2000 mg50 ml de solucin de concentracin 40 mg de Al+3 por ml

contiene 2000 mg de Al+3. Por otro lado. el peso moleculardel Al2(SO4)3.18H2O es 666.443 g 666443.0 mg. En666443.0 mg de Al2(SO4)3.18H2O existen 53963.0 mg deAl+3.

666443.0 mg de sal ------------ 53963.0 mg de Al+3X ------------ 2000.0 mgResolviendoX = (666443.0 mg x 2000.0 mg) / 53963.0 mg =

24699.998 mg 24.70 g.Para preparar 50 ml de una disolucin de Al2(SO4)3

.18H2O que contenga una concentracin de 40 mg de Al+3por ml se requiere pesar 24.70 g de Al2(SO4)3.18H2O.

e). - Describir como se prepararan 50 gr de una solucinde BaCl2 al 12 % partiendo de agua pura y BaCl2.2H2O

La solucin debe contener 12 gr de BaCl2 en 100 gr desolucin

12 g de BaCl2 -------------- 100 g de solucinluego;X -------------- 50 gResolviendoX = (50 g x 12 g) / 100 g = 6 g


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50 g de solucin de BaCl2 al 12 % en peso debe contener6 gr de BaCl2. Por otro lado, el peso molecular del BaCl2.2H2O es igual a 244.278 g. Un mol de BaCl2.2H2O pesa244.243 g de los cuales 208.246 g son de BaCl2 y 36.032 gson de agua. Luego;244.278 g de BaCl2.2H2O ------------ 208.246 g de BaCl2

X ------------6 gResolviendoX = (6 g x 244.278 g) / 208.246 g = 7.038 gDe los 7.038 g de BaCl2.2H2O requeridos, 6 g son de

BaCl2 y 1.038 g son de agua. Luego, para preparar 50 g deuna solucin de BaCl2 al 12 % en peso partiendo de aguapura y BaCl2.2H2O se requiere pesar 7.038 g de BaCl2.2H2Oy mezclarla con 42.962 g de agua pura.

f). - Calcular el peso del HCl anhidro en 5 ml de HClconcentrado de peso especfico 1.19 g/ml y que contiene HClal 37.23 %.

Un ml de HCl concentrado pesa 1.19 g.1 ml HCl conc. ----------- 1.19 gluego;5 ml ----------- XResolviendoX = (5 ml x 1.19 g) / 1 ml = 5.95 gSi el HCl concentrado estuviera al 100 %, 5 ml de HCl

concentrado pesaran 5.95 g; pero el cido est slo al 37.23% en peso, por lo tanto;

5.95 g -------- 100 %luego;

X ------- 37.23 %ResolviendoX = (37.23 % x 5.95 g) / 100 % = 2.22 gAs, 5 ml de HCl concentrado al 37.23 % en peso pesan

2.22 g.g) - Calcular el volumen de cido sulfrico concentrado

de peso especfico 1.84 g/ml y concentrado al 98 % en pesoque conten-drn 40 gr de H2SO4 puro.

100 g de H2SO4 concentrado contiene 98 g de H2SO4puro y 2 gr de agua.

100 g de H2SO4 conc.-------- 98 g de H2SO4 puroluego;X -------- 40 g

ResolviendoX = (40 g x 100 g) / 98 g = 40.82 gCon 40 g de H2SO4 puro se pueden preparar 40.82 g de

H2SO4 concentrado al 98 % en peso. Por otro lado, 1 ml deH2SO4 concentrado pesa 1.84 g.

1 ml de H2SO4 conc. ---------------- 1.84 gX ---------------- 40.82 gResolviendoX = (40.82 g x 1 ml) / 1.84 g = 22.18 mlCon 40 gr de H2SO4 puro se pueden preparar 22.18 ml de

H2SO4 concentrado al 98 % en peso y de peso especfico 1.84g/ml.

h). - Exactamente 4.0 g de una solucin de H2SO4 sediluyeron en agua y se aadi un exceso de BaCl2. Elprecipitado de BaSO4 lavado y seco pesaba 4.08 g. Hallar elporcentaje de H2SO4 en la solucin original.

Primero se debe conocer lar proporciones moleculares delos reactivos y de los productos.

H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HClSegn la reaccin, un mol de H2SO4 reacciona con

un mol de BaCl2 para producir un mol de BaSO4 y dos molesde HCl. As, si un mol de H2SO4 produjo un mol de BaSO4,se puede establecer la relacin siguiente:98.08 g de H2SO4 -------------- 233.404 g de BaSO4donde 98.08 g y 233.404 g representan los pesos molecularesdel H2SO4 y del BaSO4 respectivamente. Escrito de otraforma:96.064 g de SO4-- -------------- 96.064 g de SO4--

en el cido en el sulfatoSi el peso final del BaSO4 fu de 4.08 g, podemos

calcular el peso del ion SO4-- en el producto.233.404 g de BaSO4 ---------------- 96.064 g de SO4--

4.08 g ---------------- XResolviendoX = (4.08 g x 96.064 g) / 233.404 g = 1.68 gDe los 4.08 g de BaSO4, 1.68 g son de SO4--. Puesto que

la proporcin de SO4-- en el H2SO4 y en el BaSO4 es 1:1,luego en el cido existan 1.68 g de SO4--. Podemos ahora


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calcular el peso del cido que estr en la reaccin de lamanera siguiente:

98.08 g de H2SO4 ------------- 96.06 g de SO4--X ------------- 1.68 g

ResolviendoX = (1.68 g x 98.08 g) / 96.06 g = 1.72 gEsto nos indica que 1.72 g de H2SO4 puro estn

contenidos en 4 g de H2SO4 diluido. Luego;1.72 g de H2SO4 ------------ 100 %luego;

4 g ------------ XEsta regla de tres es inversa puesto que si aumenta la

cantidad de cido diluido que contiene 1.72 g de H2SO4 purola concentracin debe ser menor al 100 %, luego resolviendo

X = (1.72 g x 100 %) / 4 g = 43 %La concentracin inicial de H2SO4 era 43%.Ejerciciosa). - Que peso de NH4Cl se necesita para preparar 100

ml de una disolucin que contenga 70 mg de NH4Cl por ml?Sol: 7.0 g

b). - Se necesita preparar 100 g de una disolucin deNaOH al 19.7 % en peso. Cuantos gramos de NaOH y H2Ose necesitarn? Sol: 19.79 g de NaOH ; 80.3 g de H2O

c). - Cuantos gramos de Na2CO3 se necesitarn parapreparar 500 ml de una solucin que contenga 10 mg de CO3-- por ml? Sol: 8.83 g

d). - Qu volumen de cido ntrico diluido de pesoespecfico 1.11 g/ml y con 19 % de HNO3 en peso contiene10 g de HNO3 puro. Sol: 47 ml

e). - Se pasa gas amoniaco a travs de agua para dar unadisolucin de peso especfico 0.93 g/ml conteniendo 18.6 %en peso de NH3. Cual es el peso de NH3 por ml dedisolucin? Sol: 173 mg/ml

f). - Dados 100 ml de agua pura a 4o C qu volumenpuede prepararse de una disolucin de HCl de peso especfico1.175 g/ml y conteniendo 34.4 % de HCl en peso?

Sol: 130 mlg). - Un preparado excelente para limpiar manchas en

tejidos o cueros se compone de 80 % en volumen detetracloruro de carbono, 16% de ligroina y 4% de alcoholamlico. Cuanto se habr de tomar de cada sustancia paraobtener 75 cc de disolucin? Sol: 60cc; 12cc; 3cc.

h). - Cuanto CaCl2.6H2O y agua deben pesarse parapreparar 100 g de una disolucin al 5 % de CaCl2?

Sol: 9.9 g de CaCl2.6H2O y 90.1 g de H2Oi). - Cuanto BaCl2 se necesitar para preparar 250 ml de

una disolucin que contenga la misma concentracin de Cl-que otra que contenga 3.78 g de NaCl por 100 ml?

Sol: 16.8 g de BaCl2.

Concentraciones en unidades qumicasCuando se emplean unidades qumicas, las concentra-

ciones de las soluciones se expresan generalmente de lamanera siguiente:

(1) La Molaridad de una disolucin es el nmero demoles de soluto contenidos en una solucin.

Ej. Una solucin 0.5 Molar (0.5M) de H2SO4 contiene49.04 g de H2SO4 por litro de solucin, puesto que 49.04 g esla mitad del peso molecular del H2SO4, 98.08 g. Unasolucin 1 Molar (M) contiene 98.08 g de H2SO4 por litro desolucin.

(2) La formalidad de una solucin es el nmero de pesosfrmula-gramo del soluto contenido en un litro de disolucin.Para solutos que tienen pesos moleculares definidos, lamolaridad y la formalidad son lo mismo. As pues, unadisolucin M de H2SO4 es igual que una solucin 1 Formal(F), puesto que el peso molecular del H2SO4 es el mismo quesu peso formular, 98.08 g. Para solutos que no tienen pesosmoleculares verdaderos, como las sales e hidrxidos, no esestrictamente correcto referirse a moles, pero puede hacerseuso del peso frmula-gramo. Es comn, sin embargo, quemuchos qumicos empleen todava el peso molecular para elpeso formular de dichas sustancias, "Mol" por peso frmula-gramo y "Molaridad" por formalidad.

Ej. Una solucin 1 Formal (F) de NaOH contiene 40.00gr de NaOH por litro de solucin, puesto que el pesoformular del NaOH es 40.00. Los qumicos que hablan de unasolucin M de NaOH se refieren a lo que aqu denominamosuna solucin F.

(3) La Normalidad de una disolucin es el nmero depesos equivalente-gramo de soluto contenido en un litro dedisolucin. El equivalente-gramo se define simplementecomo la masa de la sustancia que reacciona con 1.008 g dehidrgeno o 8 g de oxgeno.

El equivalente-gramo de un cido es la masa del mismoque contiene un tomo-gramo de hidrgeno reemplazable, esdecir, 1.008 g de H. La forma ms simple de calcular elequivalente-gramo de un cido consiste en dividir el pesomolecular del cido en cuestin entre el nmero dehidrgenos en el cido.

Ejemplo 1. Un equivalente-gramo de HCl equivale a:


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35.453 + 1.008 = (36.461) / 1 = 36.461 g.Ejemplo 2. Un equivalente-gramo de H2SO4 equivale a:(2 X 1.008) + 32.064 + (4 X 16.00) =

(98.08) / 2 = 49.04 gEjemplo 3. Un equivalente-gramo de H3PO4 equivale a:(3 X 1.008) + 30.974 + (4 X 16.00) =

(103.998) / 3 = 34.666 g.

As, una solucin 1 Normal (N) de HCl contiene 36.461 gde HCl por litro de solucin. Una solucin 1 Normal (N) deH2SO4 contiene 49.04 g de H2SO4 por litro de solucin.Finalmente una solucin 1 Normal (N) de H3PO4 contiene34.666 g de H3PO4 por litro de solucin.

El equivalente-gramo de un hidrxido o base es la masade la misma que contiene un mol de oxhidrilo reemplazable.La forma ms simple de calcular el equivalente-gramo de loshidrxidos consiste en dividir el peso molecular delcompuesto entre el nmero de iones oxhidrilo (OH)presentes.

Ejemplo 1. Un equivalente-gramo de NaOH equivale a:23.9898 + 16 + 1.008 = 40.9978 / 1 = 40.9978 g.Luego una solucin N de NaOH contiene 40.9978 g de

NaOH por litro de solucin.

Ejemplo 2. Un equivalente-gramo de Ca(OH)2 equivale a:40.08 + [(16.00 + 1.008) X 2] = 74.096 / 2 = 37.048 gEntonces una solucin N de Ca(OH)2 contiene 37.048 g

de Ca(OH)2 por litro de solucin.Ejemplo 3. Un equivalente gramo de Sn(OH)4 equivale a:108.69 + [(16.00 + 1.008) X 4] = 176.722/4 = 44.1805 g.

Por lo tanto una solucin N de Sn(OH)4 contiene 44.1805g de Sn(OH)4 por litro de solucin.

El equivalente-gramo de una sal normal es la masa quecontiene un equivalente-gramo del catin o anin. La formams simple de calcular el equivalente-gramo de una salconsiste en dividir el peso molecular de la sal entre elproducto de la valencia del catin o elemento metlico por elnmero de tomos presente.

Ejemplo 1. Un equivalente-gramo de KCl equivale a:39.102 + 35.453 = (74.555) / 1 = 74.555 g.

Luego una solucin N de KCl contiene 74.555 g de KClpor litro de solucin.Ejemplo 2. Un equivalente-gramo de Na2SO4 equivale a:(2 X 23.00) + 32.064 + (4 X 16.00) = (142.064)/2 = 71.032 g

Entonces una solucin N de Na2SO4 contiene 71.032 g deNa2SO4 por litro de solucin.Ejemplo 3. Un equivalente-gramo de AlCl3 equivale a:

26.9815 + (3 X 35.453) = 133. 3405 / 3 = 44.447 g.Por lo tanto una solucin N de AlCl3 contiene 44.447 g

de AlCl3 por litro de solucin.

(4) La Molalidad de una disolucin es el nmero demoles de soluto por kilogramo de disolvente contenido en ladi-solucin. La molalidad (m), llamada a veces molaridad enpeso, no puede calcularse a partir de la normalidad (N) dela molaridad (M) a no ser que se conozca el peso especficode la disolucin.

Ejemplo 1. Una disolucin constituida por 98.08 gr deH2SO4 puro y 1.00 kg de agua deber ser una disolucin 1molal (m) de H2SO4.

(5) Las fracciones molares o los porcentajes molares seutilizan en trabajos tericos porque muchas propiedadesfsicas de las disoluciones se expresan con mayor claridad enfuncin de los nmeros relativos de las molculas deldisolvente y del soluto.

La fraccin molar de cualquier compuesto de unasolucin se define como el nmero de moles de estecomponente dividido por el nmero total de moles de todoslos componentes de la disolucin. La suma de las fraccionesmolares de todos los componentes de una disolucin es 1. Enuna disolucin de 2 componentes, la fraccin molar delsoluto es igual a:moles de soluto / (moles de soluto + moles de disolvente)Anlogamente la fraccin molar del disolvente es igual a:moles de disolvente / (moles de soluto + moles de disolvente)

Ejemplo. Si una solucin contiene 2 moles de alcoholetlico y 6 moles de agua, la fraccin molar del alcohol es:

XCOOH = 2 / (2 + 6) = 0.25y la fraccin molar del agua es:XH2O = 6 / (2 + 6) = 0.75

Ejemplos de concentraciones en unidades qumicas.


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a) - Cuantos gramos de soluto se necesitan para preparar1 litro de Pb(NO3)2 1M?

Una solucin 1M debe contener 1 mol de soluto por litrode solucin. Puesto que 1 mol de Pb(NO3)2 = 331.2 g, senecesitan, luego, 331.2 g de Pb(NO3)2 para preparar unasolucin 1M.

b) - Cual es la molaridad de una disolucin que contiene16.0 g de CH3OH en 200 ml de solucin?

El peso formular del CH3OH = 32.0 gLuego; 32 g ----------------- 1 mol

16 g -------------- XResolviendo

X = (16 g x 1 mol) / 32 g = 0.5 molesAplicando la frmula

M = N de moles / litrosM = (0.5 moles) / 0.200 lM = 2.50 M

c) - Determinar la concentracin molar de cada una de lasdisoluciones siguientes: (i) 18 g de AgNO3 por litro dedisolucin; (ii) 12 g de AlCl3.6H2O por litro de disolucin.

El peso molecular del AgNO3 = 169.875 g y delAlCl3.6H2O = 241.341 g.(i) 1 mol de AgNO3 ------------------- 169.875 g

X ------------------- 18 gResolviendo

X = (18 g) (1 mol) / 169.875 g = 0.106 molesAplicando la frmula

M = 0.106 moles / 1 l = 0.106 M(ii) 1 mol de AlCl3.6H2O -------------- 241.341 g

X -------------- 12 gResolviendo

X = (12 g) (1 mol) / 241.341 g = 0.05Aplicando la frmula

M = 0.05 moles / 1 l = 0.05 Md) - Que peso de (NH4)2SO4 se necesita para preparar

400 ml de disolucin M/4 ?

El peso molecular del (NH4)2SO4 = 132.1 g0.25 M / 0.400 l = N de molesN de moles = 0.1 moles

1 mol de (NH4)2SO4 -------------- 132.1 g0.1 moles -------------- X

ResolviendoX = (0.1 moles ) (132.1 g) / 1 mol = 13.21 g


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CAPTULO 5ANLISIS QUMICO CUALITATIVO

____________________________________________________5.1 Introduccin

El anlisis qumico cualitativo tiene por objeto identificarlos componentes de una sustancia, mezclas de sustancias osoluciones, y en que forma el elemento componente o gruposde elementos estn combinados entre s.

La identificacin de una sustancia implica sutransformacin, por lo regular con la ayuda de otra sustanciade composicin conocida, en un compuesto nuevo que poseepropiedades caractersticas. Esta transformacin se llamareaccin qumica. La sustancia mediante la cual estatransformacin se efecta se denomina reactivo. Sedistinguen entre las reacciones, las por va hmeda (es decir,el medio en que se efectan es lquido, comnmente agua) ylas por va seca; las primeras son las ms importantes y poreso sern estudiadas con mayor detalle en este curso.5.2 Reacciones de los iones de los metales o cationes5.2.1 Clasificacin analtica de los cationes

Los iones de los metales o cationes ms comunes sedividen, para los fines del anlisis cualitativo, en grupos quese distinguen por el hecho de que los cationes de cada gruposon precipitados por un reactivo en particular. De este modo,por adicin de un pequeo exceso de cido clorhdricodiluido a una solucin que contiene todos los iones de losmetales comunes, se obtiene un precipitado que estconstituido por los cloruros de plata, plomo y mercurio (oso).Por esto, a estos cationes, se les rene formando el Grupo I;sus cloruros son insolubles en cido clorhdrico diluido. Demanera similar, por el uso de reactivos apropiados, los ionesde los metales restantes se separan en otros grupos. Engeneral, se puede establecer que la clasificacin se basa en lasdistintas solubilidades de los cloruros, sulfuros, hidrxidos ycarbonatos.

Un resumen de los diversos grupos se da en la tablaClasificacin Analtica de los iones de metales o cationes. Seadmite, en dicha tabla, que los reactivos de grupo se agregansistemticamente a las soluciones despus de haber separadotodos los iones de los grupos anteriores. De este modo,primero se agrega cido clorhdrico a la solucin original;despus se pasa sulfuro de hidrgeno por el filtrado delGrupo I; luego se agregan soluciones de hidrxido de amonioy cloruro de amonio al filtrado del Grupo II, y assucesivamente.

Grupo de la Plata (Grupo I): Plomo, Mercurio (oso) yPlata

Los compuestos de estos metales se caracterizan porqueprecipitan como cloruros con cido clorhdrico diluido ocloruros solubles. El cloruro de plomo es algo soluble enagua y, por eso, no se precipita totalmente como cloruro eneste grupo, y se encuentra, luego, en el Grupo II donde esprecipitado como sulfuro muy insoluble.

Grupo del Arsnico y del Cobre (G

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QUIMICA 2008