This course is designed to cover subjects in advanced high school chemistry courses, correlating to the standard topics as established by the American Chemical Society. This course is a precursor to the Advanced Chemistry Coursera course. Areas that are covered include atomic structure, periodic trends, compounds, reactions and stoichiometry, bonding, and thermochemistry.
4.02 Aqueous solutions
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Del curso dictado por University of Kentucky
Chemistry
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De la lección
Week 4
We will explore how compounds react with one another to form new substances and then write balanced chemical equations to represent what is happening in a reaction. We will explore several different types of reactions including precipitation, acid-base, oxidation-reduction, and combustion reaction.
Conoce a los instructores
Dr. Allison SoultLecturer
Chemistry
Dr. Kim WoodrumSr. Lecturer
Chemistry
En este módulo vamos a hablar de disoluciones acuosas.
Al final de este módulo deberías ser capaz de describir las propiedades y
características de disoluciones acuosas.
Cuando estudiamos disoluciones,
hay dos distinciones principales de las que vamos a preocuparnos.
Una es mezcla homogénea, la otra es una mezcla heterogénea.
Cuando tenemos una disolución, lo que vemos es que todo el soluto, o
todo de una de las sustancias, está disuelto en la otra sustancia.
Por ejemplo, si miro el vaso de precipitado de la izquierda,
lo que veo es que la sal está completamente disuelta en el agua.
En el lado derecho, tengo una mezcla heterogénea, porque la arena se ha depositado en
el fondo, porque no se disuelve en agua.
Cuando formo mi disolución, tengo dos cosas de las que preocuparme para
hacer dicha disolución, una de las cuales es el soluto, y
eso siempre será la sustancia presente en la menor cantidad,
y luego tengo el disolvente, que es la sustancia presente en mayor cantidad.
Después combinamos estas dos sustancias, el soluto y el disolvente, y
ambas forman la disolución.
De lejos, el tipo más común de disolución que estudiaremos serán las disoluciones acuosas.
Un par de cosas a considerar aquí.
Tenemos cuatro ejemplos de disoluciones acuosas.
Mientras algunas de ellas están coloreadas y
una de ellas no tiene color, nota que todas ellas son transparentes.
Esta es una característica de nuestras disoluciones acuosas.
Nota que siguen considerándose transparentes, aunque tienen color,
porque transparente y sin color significan dos cosas distintas.
Transparente significa algo que es translúcido,
mientras que sin color significa algo que no tiene color.
Así que, veo que estas tres últimas disoluciones son transparentes, pero tienen color.
Siguen siendo disoluciones acuosas, porque cuando hablamos de disoluciones acuosas,
simplemente queremos decir que han sido disueltas en agua.
Las disoluciones no tienen que ser acuosas, ni
tienen que estar en la fase líquida.
De hecho, todas las sustancias que ves aquí son disoluciones,
solo que no todas son disoluciones acuosas.
Por ejemplo, primero queremos considerar el aire.
El aire es realmente una disolución.
El disolvente es el nitrógeno, porque ese es el componente presente en mayor cantidad,
y el oxígeno es el soluto principal.
Nota que hay muchos otros solutos en el aire, pero
están presentes en cantidades mucho menores.
A continuación podemos considerar algo como club soda, o agua carbonatada.
En este caso, es una disolución acuosa, porque nuestro disolvente es el agua, pero
también vemos que nuestro soluto es el CO2, que es un gas.
Así que tenemos un gas disuelto en agua y eso también forma una disolución.
A continuación, otra disolución acuosa: cuando tenemos vinagre.
Tomamos ácido acético, que es el estado líquido y lo disolvemos en agua.
El ácido acético está presente en la menor proporción, así que
es nuestro soluto y nuestro disolvente es el agua.
Ahora podemos pasar a algunas cosas que no son acuosas y
no están en la fase líquida.
Cuando miro un amalgama dental o
un empaste, lo que veo es que el disolvente es plata.
Ese es el componente presente en la mayor proporción.
Pero también tengo como soluto al mercurio, que está presente en menor proporción.
Así que esto se considera una disolución, debido a que contiene dos componentes,
uno de los cuales está presente en una mayor cantidad, el otro en menor cantidad, y
tenemos una combinación homogénea de estos dos componentes.
Cuando considero Betadine, lo que veo es que el soluto es yodo y
el disolvente es etanol.
Y nuestro último ejemplo es el acero.
Y este ejemplo es un poco más difícil de ver,
porque pensamos en el acero y no creemos que sea una disolución.
Pero lo que tenemos nuestro disolvente, el hierro, y nuestro soluto, el carbono.
Solemos asociar disoluciones con la fase líquida, pero
no siempre tiene por qué ser así.
Aquí hay un ejemplo para ti, para que identifiques los compuestos de una mezcla de
20 gramos de muestra de NaCl, con 50 gramos de agua.
Como el agua está presente en mayor cantidad, va a ser el disolvente.
Como el NaCl está presente en menor cantidad, va a ser nuestro soluto.
Juntos forman una disolución.
Ahora queremos ver un poco cómo se comportan estas cosas en el agua.
¿Qué pasa en las disoluciones acuosas cuando algo se disuelve en agua?
¿Qué les pasa a las moléculas que forman esa disolución?
Y luego, ¿cómo afecta eso a las propiedades de esa disolución cuando
tenemos distintas sustancias disueltas en agua?
El primer ejemplo que veremos son nuesrros no electrolitos.
En este caso, las moléculas se disolverán en agua, pero no se disocian en
agua, lo que significa que no se separan en sus pequeños componentes.
Si consideramos algo como la sacarosa, donde tenemos un compuesto orgánico grande,
lo que vemos es que permanece intacto.
Si empezamos con azúcar o sacarosa en su forma sólida,
cuando se disuelve en agua, esas moléculas de azúcar quedarán intactas.
No se separan en iones.
Por el otro lado, si consideramos un electrolito fuerte, algo como
el cloruro de sodio, lo que encontramos es que cuando añadimos cloruro de sodio sólido al agua,
se disolverá y de hecho se separará en iones sodio e
iones cloruro, y esos serán ahora nuestro soluto.
Los iones se separarán los unos de los otros en el agua.
No tendremos unidades de NaCl presentes.
Esto son electrolitos fuertes, porque se disocian completamente en el agua.
En medio tenemos electrolitos débiles y
estos son compuestos que se disocian en agua parcialmente.
Los electrolitos débiles más comunes que vemos son los ácidos débiles.
En este caso estamos considerando ácido acético y
lo que vemos es que el ácido acético se disocia parcialmente en agua.
Una pequeña fracción de moléculas de ácido acético se descompondrán en los iones y
aquí vemos un catión y un anión.
Pero nota que la mayoría de las moléculas permanecerán intactas como
moléculas de ácido acético.
Podemos escribir estas ecuaciones para representar lo que está ocurriendo.
Para un electrolito fuerte, usamos una reacción con flecha normal, que indica
que se dirige completamente hacia la izquierda; nuestros reactivos se dirigen hacia los productos de la derecha.
Para un no electrolito, usamos el mismo tipo de flecha, solo que ahora lo que notamos es
que no estamos descomponiendo la fórmula conforme pasamos de reactivos a productos, sino
que cambiamos la fase de la sustancia.
Para un electrolito débil, usamos un nuevo tipo de flecha que no hemos visto antes;
se lo conoce como flecha de equilibrio.
Y en la flecha de equilibrio, lo que tenemos es la indicación de que la reacción
va tanto hacia el sentido de avance como hacia el sentido inverso, al mismo tiempo.
Si aquí considero la molécula de ácido acético, lo que veo es que una pequeña fracción
de esas moléculas se disociará en sus iones y esto, de hecho, continuará.
Las moléculas de ácido acético continuarán disociándose, pero lo que
también veré es que algunos de mis iones se reagruparán y formarán el reactivo.
Por tanto, esta flecha, esta flecha de equilibrio, indica que la reacción va hacia
el sentido de avance y el sentido inverso.
Si fuésemos a marcar una de estas moléculas de ácido acético y monitorizarla,
lo que notaría es que la mayoría del tiempo está presente como una molécula.
Ocasionalmente, también está presente como un ion,
pero si lo reviso más tarde, podría estar de nuevo en la forma molecular.
Algunos ejemplos de nuestros electrolitos.
Para electrolitos fuertes, vemos algo que reconocemos como un ácido fuerte o
una base fuerte, tal como hidróxido de sodio o potasio y nuestros compuestos iónicos.
Todas estas sustancias son electrolitos fuertes
A continuación podemos ver nuestros electrolitos débilies, cosas como el ácido acético,
que es un ácido débil.
HF, HNO2, son ácidos débiles.
El agua es también una electrolito débil.
Cuando miramos nuestros no electrolitos,
lo que notamos es que tenemos moléculas orgánicas más grandes.
Lo que vemos es que estos compuestos quedan intactos cuando los añadimos a la disolución.
En esta demostración vamos a ver la conductividad de unas pocas
disoluciones diferentes.
Lo que tenemos aquí es un conductímetro y
tenemos nuestra sonda unida a un agitador de alta tecnología.
Lo que vamos a ver es que podemos conducir la
electricidad a través de esta disolución.
Va a conducir entre estas dos electrodos.
La primera cosa que voy a hacer es ponerlo en el agua y
lo que veo es que se enciende una luz.
Y cuando eso pasa, veo que se conduce una pequeña de electricidad.
Para conducir la electricidad necesitamos iones que
lleven esa corriente eléctrica de un elecrodo al otro.
El agua solo tiene una pequeña
cantidad de iones presentes de su disociación.
Ahora podemos ver una disoluciónde azúcar.
Lo que sabemos sobre el azúcar es que no se disuelve en agua, con lo que
no tenemos formación de iones.
Vemos un resultado similar a lo que vimos con el agua.
Sin embargo, cuando pasamos a la disolución de la sal, la disolución de cloruro de sodio,
lo que sabemos es que el NaCl se va a disolver en agua y
va a formar iones sodio e iones cloruro.
Y cuando lo hacen,
vemos niveles más altos de conductividad en la disolución, porque hay iones presentes
que son capaces de transferir esa corriente eléctrica de un electrodo al otro.
Vamos a ver el experimento que estamos demostrando aquí abajo.
Tenemos un indicador de conductividad y lo que está mostrando es que, para
el no electrolito, vemos muy poca conducción eléctrica.
Los extremos de los electrodos no están en contacto físico el uno con el otro, con lo que
dependen de algo en el agua, en la disolución, para ser capaces de transportar esa
carga de un lado al otro para conseguir conducir la electricidad.
Para no electrolitos, tenemos de poca conductividad a nada de conductividad.
Cuando consideramos un electrolito débil, ahora tenemos algunos iones presentes en la disolución.
De hecho, puedo obtener conducción eléctrica en esa disolución, porque
tengo algunos iones.
Cuando paso a la disolución de sal que está completamente disociada, como es
un electrolito fuerte, tengo muchos iones presentes en disolución, con lo que
vemos muchos aniones y muchos cationes.
De hecho, no vemos ninguna de nuestras moléculas intactas
y lo que vemos es que tenemos muy buena conducción eléctrica.
Por tanto, somos capaces de llegar muy alto en el conductímetro, porque hay muchos
iones en esta disolución para transportar esa carga de un electrodo al otro.
Así que, cuando comparamos electrolitos fuertes frente a electrolitos débiles, necesitamos
reconocer que hay ciertas cosas que son ácidos y bases fuertes.
Y la razón por la que los llamamos ácidos y
bases fuertes es porque se disocian completamente en agua.
Tenemos seis ácidos fuertes que conocemos: HCl, HBr, HI, HNO3, H2SO4 y HClO4.
Si recordamos esos seis ácidos fuertes,
entonces sabemos que cualquier otro ácido que encontremos va a ser un ácido débil.
Lo mismo ocurre con nuestras bases. Vemos seis ejemplos aquí: hidróxido de litio, sodio,
potasio, calcio, estroncio y bario.
Otras bases, podemos asumir que son bases débiles.
Entonces, ácidos y bases débiles, al igual que los electrolitos débiles, se ionizan o
disocian -según quieras llamarlo- parcialmente en agua.
Estos dos términos realmente significan lo mismo.
Disociar significa descomponer en iones.
Ionizar significa descomponer en iones.
Si tenemos algo que se disocia parcialmente, entonces tenemos un ácido o
una base débil.
Ahora, nota que "débil" no significa inofensivo.
Débil simplemente indica la cantidad de disociación de esa sustancia en agua.
Algo como el HF o ácido fluorhídrico, es realmente un
ácido muy peligroso, pero es un ácido débil porque no se disocia por completo.
Si alguna vez has visto grabados al aguafuerte, podrían haberse hecho con ácido fluorhídrico
porque, de hecho, puede disolver el vidrio.
Lo almacenamos en una botella de plástico, normalmente en una botella recubierta de teflón, para
que no pueda disolver el recipiente.
También tenemos que ser cuidadosos cuando manipulamos este ácido, porque una
exposición muy breve puede causar mucho daño.
Las moléculas de HF son muy pequeñas y pueden tener muchos
efectos residuales tanto en la piel como en la absorción de la piel y
empezar a causar problemas dentro del torrente sanguíneo.
Así que tenemos que ser más cuidadosos con unas cosas que con otras, pero
"débil" no significa inofensivo.
Un ácido débil puede ser un ácido peligroso, como vemos con el HF.
En el siguiente módulo vamos a ver la solubilidad de compuestos iónicos.
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