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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.
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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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17
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