ÁCIDOS Y BASES

• ÁCIDOS

El término viene de la palabra acidus, que significa "agrio". Estamos familiarizados con los sabores agrios del vinagre, los limones y otros ácidos comunes en los alimentos.
 En siglo XIX, Arrehenius fue el primero en describir los ácidos como sustancias que forman iones hidrógeno (H+) cuando se disuelven en agua. Por ejemplo el cloruro de hidrógeno es ioniza en agua.

NOMENCLATURA DE ÁCIDOS

Un ácido se disuelvan en agua para producir un ion hidrógeno y una anión, primero se coloca la palabra  ácido y su terminación uro se cambia a hídrico. Por ejemplo, el cloruro de hidrógeno (HCl) se disuelve en agua para formar HCl (ac), que se nombra ácido clorhídrico.
La mayoría de los ácidos son oxiácidos, lo que significa que contienen oxígeno. Cuando un oxiácido proviene del nombre de su ion poliatómico. El nombre de un oxiácido proviene del nombre de su ión poliátomico. Cuando un ion poliátomico termina en ato, se antepone la palabra ácido y la terminación se sustituye por ico, que es la terminación de la forma más común de los oxiácidos. Cuando el nombre del ion poliatómico termina en ito, se antepone la palabra ácido y el nombre termina en oso. Por tanto, HNO3, que forma el ion nitrato (NO3-), se llama ácido nítrico; HNO2,  que forma el ion nitrito (NO2-), se llama ácido nitroso.             
La forma ácido - oso tiene un oxígeno menos que la forma común de ácido - ico. En el grupo 7A (17) son posibles oxiácidos adicionales. Los nombres de los oxiácidos de cloro, por ejemplo: cuando la fórmula del ácido contiene un oxígeno de más que la forma ico común del ácido, se usa el prefijo per: HClO4 se llama ácido perclórico. Cuando la fórmula del ácido tiene un oxígeno menos que la forma ico común del ácido que tiene dos átomos de oxígeno menos que la forma ico común del ácido, se usa el sufijo oso, como en ácido cloroso. El prefijo hipo se usa para el ácido que tiene dos átomos de oxígeno menos que la forma ico común del ácido HCLO3. Por tanto HClO se llama ácido hipocloroso.

Nomenclatura de ácidos comunes
ácido	Nombre de ácido	anión	Nombre de anión
HCl	Ácido clorhídrico	Cl-	Cloruro
HBr	Ácido bromhídrico	Br-	Bromuro
HNO	Ácido nítrico	NO3-	Nitrato
HNO	Ácido nitroso	NO2-	Nitrito
H2SO4	Ácido Sulfúrico	SO4-2	Sulfato
H2SO3	Ácido sulfuroso	SO3-2	Sulfito
H2CO3	Ácido carbónico	CO3-2	Carbonato
H3PO4	Ácido Fosfórico	PO4-3	Fosfato
HClO3	Ácido clórico	ClO3-	Clorato
HClO2	Ácido cloroso	ClO2-	Clorito
CH3COOH	Ácido acético	CH3COO-	acetato

Nombres de oxácidos y aniones de cloro
O en ácido	Ácido	Nombre	Anión	Nombre
Un O más	HClO4	Ácido perclórico	ClO4-	Perclorato
Forma común	HClO3	Ácido clórico	ClO3-	Clorato
Un O menos	HClO2	Ácido cloroso	ClO2-	Clorito
Dos O menos	HClO	Ácido hipocloroso	ClO-	hipoclorito

• BASES

          De acuerdo con la teoría de Arrhenius, las bases son compuestos iónicos que se disocian en un ion metálico y en iones, hidróxido (OH-) cuando se disuelven en agua. Por ejemplo, el hidróxido de sodio es una base Arrhenius que se disocia en agua para dar iones sodio, Na+, y también iones hidróxido, OH-.  

La mayoría de las bases Arrehenius son de los grupos 1A (1) y 2 A (2), como NaOH, KOH, LiOH y Ca (OH)2. Hay otras bases como Al(OH-) y Fe (OH), pero son bastantes insolubles. Los iones hidróxido (OH-), producidos por las bases Arrehenius, dan a dichas bases características comunes como sabor amargo y sensación jabonosa.          

Nomenclatura de bases
Las  bases de Arrhenius típicas se nombran como hidróxidos
Bases	Nombre
NaOH	Hidróxido de sodio
KOH	Hidróxido de potasio
Ca(OH)2	Hidróxido de calcio
Al (OH)3	Hidróxido de aluminio

Características de los ácidos y bases
ÁCIDOS	BASES
Ø  Tienen sabor agrio	Ø  Tienen sabor amargo
Ø  Son corrosivos para la piel	Ø  Son suaves al tacto y corrosivas para la piel
Ø  Sus disoluciones enrojecen ciertos colorantes vegetales	Ø  Sus disoluciones devuelven el color azul a ciertos colorantes vegetales
Ø  Disuelven a muchas sustancias	Ø  Precipitan a muchas sustancias que son solubles en ácidos
Ø  Atacan a numerosos metales, desprendiendo gas hidrógeno	Ø  Disuelven a las grasas
Ø  Pierden sus propiedades al reaccionar con las bases	Ø  Pierden sus propiedades al reaccionar con los ácidos

Ø  Conducen la electricidad en solución acuosa	Ø  Vuelven azul el papel de tornasol rojo.
Ø  Vuelven rosa el papel tornasol azul	Ø  Hacen que la piel se torne lisa y resbalosa
Ø  Producen efervescencia al añadirse al mármol o a otros carbonatos y bicarbonatos, son liberación de dióxido de carbono	Ø  Son buenas conductoras de electricidad
Ø  Reaccionan con algunas  metales, como el magnesio, cinc  y aluminio, liberando hidrógeno gaseoso	Ø  Sus soluciones tienen pH superior a 7
Ø  Su valor de pH es inferior a 7

Fuentes:

Timberlake, Karen C. y William Timberlake. Química. 2ª ed. [Tr. Víctor Campos Olguín]. México, Edit. Pearson educación. 2008. págs. 454- 456.

Dulce, María Andrés et. al . Química, para 2ºcurso de bachillerato, modalidad. Ciencias de la Naturaleza y de la salud. España. Edit. Editex S.A.   

Teorías de ÁCIDO - BASE

Introducción

Fertilizantes

Los ácidos y las bases son sustancias  importantes en las áreas de la salud, la industria y el ambiente. Los ácidos y las bases tienen muchos usos en la industria química. el ácido sulfúrico, H2SO4, se usa para producir fertilizantes y plásticos, para fabricar detergentes y conducir electricidad en las baterías de plomo-ácido de los automoviles. El ácido sulfúrico es el químico más ampliamente producido del mundo. El hidróxido de sodio se utiliza en la producción de pulpa y papel, en la fabricación de jabones, en la industria textil, en limpiadores de hornos y cañerías, y en la elaboración de vidrio.

Lluvia ácida

En el ambiente, la acidez o pH, de la lluvia, el agua y el suelo pueden tener efectos significativos. Cuando la lluvia se vuelve muy ácida, deterirora las estatuas de mármol y acelera la corrosión de metales. En los lagos y lagunas, la acidez afecta la capacidad de supervivencia de los peces. La acidez del suelo alrededor de las plantas afecta su crecimiento. Si el pH del suelo es muy ácido o muy básico, las raíces de una planta no captan algunos nutrientes. La mayoría de las plantas prosperan en el suelo con un pH casi neutro, aunque ciertas plantas, como las orquídeas, camelias y moras, requieren un suelo más ácido.                        

Fuente: Timberlake, Karen C. y William Timberlake.Química 2ª ed. [Tr. Víctor Campos Olguín] México. Edit. Pearson Educación. 2008. pág. 454.  

SOLUCIONES

1.1 Introducción

Las soluciones están  en todo nuestro entorno. La mayoría de los gases, líquidos y sólidos que vemos son mezclas de al menos una sustancia disuelta en otra. El aire que respiramos es una solución de gases de oxígeno y nitrógeno. Puesto que los componentes indivuales en cualquier mezcla no están unidos unos con otros, la composición de dichos componentes puede variar. Además, algunas de las propiedades físicas de los componentes individuales todavía son perceptibles.

• Hay diferentes tipos de solución.

En una solución homogénea, los componentes no se pueden distinguir unos de otros.
En una solución heterogénea, los componentes son observables.

1.2 Definiciones:
Una solución es una mezcla en la que una sustancia llamada soluto se dispersa uniformemente en otra sustancia llamada solvente. Puesto que el soluto y el solvente no reaccionan uno con otro, se pueden mezclar en proporciones variables. En una solución, las partículas del soluto se dispersan de modo uniforme entre las moléculas del solvente.

TIPOS DE SOLUTO Y SOLVENTES
Los solutos y solventes varían por que pueden ser sólidos, líquidos o gases. La solución que forman tiene le mismo estado físico que el solvente. Cuando el azúcar se disuelve en un vaso con agua, se forman una solución azucarada líquida. El azúcar es el soluto y el agua es solvente. El agua carbonatada y los refresco se preparan al disolver gas CO2 en agua. El gas CO2 es el soluto y el agua el solvente. la tabla siguiente muestran 27 ejemplos de algunos solventes y sus soluciones.

soluto	disolvente	Ejemplo de soluciones
Liquido	Liquido	Agua + sal Agua + azúcar Leche Mayonesa Agua + alcohol Aromatizantes pinturas
Liquido	Solido	Gelatina Licuados Paletas de hielo Sopas
Liquido	Gas	Desodorante Aerosoles Niebla Espuma
Solido	Liquido	Quesos Mantequilla Agua+arena
Solido	Solido	Perlas Esmalte Mármol Piedras Oro blanco
Solido	Gas	Pómez
Gas	Liquido	Nubes Spray Niebla Espuma
Gas	Solido	Smog Hielo seco humo
Gas	Gas	Solución El aire Oxigeno, nitrógeno etc.

CONCENTRACIÓN DE LAS DISOLUCIONES 
Recuerda que una disolución está formada generalmente por dos partes: el soluto, que corresponde a la sustancia que ésta en menor cantidad en la disolución y que se va a disolver; y el solvente, que es la sustancia que va a disolver y que por general se presenta en mayor cantidad. Así que la relación de cantidades entre soluto y solvente en una disolución es lo que va a dar su concentración.

• La concentración de las disoluciones se pueden expresar de modo cualitativo mediante los siguientes términos:

Diluido para las bajas concentraciones
Concentrado para las altas concentraciones

Así mismo, en el aspecto cuantitativo, dependiendo de la temperatura del solvente y el nivel de solubilidad del soluto, la concentración se puede expresar como:

• Saturada, que es cuando a una temperatura ambiente el soluto se disuelve al máximo en un volumen de disolución determinado.
• Subsaturada, si un soluto se disuelve fácilmente cuando se agrega al solvente, la solución no contiene la máxima cantidad de soluto.  
• Sobresaturada, que es cuando aumenta su solubilidad al elevar la temperatura, lo cual aumenta el movimiento molecular o browniano del soluto. Así se logra una mayor solubilidad característica de dicho soluto. En caso de que la disolución regrese a la temperatura ambiente, el exceso de soluto que se hubiera disuelto a una mayor temperatura, se separá de la disolución, precipitándose o sedimentándose.

También existen tres formas de expresar la relación soluto-solvente o concentración:

• Concentración Molar
• Concentración Porcentual
• Partes de millón (ppm)                 

CONCENTRACIÓN MOLAR
Se refiere a la cantidad de moles de soluto que se disuelven por cada litro de disolución.
Para calcular una concentración de este tipo, se emplea la siguiente ecuación:

M=    Moles de soluto

              Litros de disolución   

Por ejemplo, si 1.0 mol de NaCl se disuelve en suficiente agua para preparar 1.0 L de solución de NaCl resultante tiene una molaridad de 1.0 M. La abreviatura M indica las unidades de moles por litro (mol/L).

                                         M=   Moles de soluto  =       1.0 mol  de NaCl = 1.0 M NaCl

                        Litros de solución              1.0 L solución

CONCENTRACIÓN PORCENTUAL

La concentración porcentual se puede representar tanto en masa como en volumen.

El porcentaje en masa representa la masa de soluto por cada 100 partes de solución:

% en masa =     masa soluto           x 100

          masa de disolución

La concentración de masa porcentual (% m/m) de una solución describe la masa del soluto en cada 100 gramos de solución. La masa en gramos de la solución es la suma de la masa del soluto y la masa del solvente.

Masa porcentual (% m/m) =                Masa de soluto (g)                          X 100

                                           Masa de soluto (g)   + Masa de solvente (g)

   =         Masa de soluto (g)           X 100

 Masa de solución (g)

Supón que preparamos una solución al mezclar 8.00 g de KCL (soluto) con 42.00 g de agua (solvente). Juntas, la masa del soluto y la del solvente dan la masa de la solución (8.00 g + 42.00 g = 50.00 g).El % de masa se calcula al sustituir los valores en la expresión de porcentaje de masa.

                                                   8.00 g KCL        X  100% = 16.0 % (m/m)

50.00 g solución

El porcentaje por volumen expresa el volumen de soluto por cada 100 unidades de volumen. Generalmente se emplea para mezclas gaseosas en las que el volumen es una variable importante a atener en cuenta:

% en volumen =    volumen de soluto       x 100

               volumen de disolución

Un estudiante preparó una solución al agregar agua a 5.0 mL. de etanol (C2H5OH) para dar un volumen final de 250.0 mL. ¿cuál es el volumen porcentual (% v/v) de la solución de etanol?

volumen porcetual (% v/v) = 5.0 mL C2 H5 OH  X100

                                 250.0 mL solución 

volumen porcentual (% v/v) = 2.0 % (v/v) C2H5OH

PARTES DE MILLÓN

Para expresar concentraciones muy pequeñas o trazas de una sustancia muy diluida en otra, generalmente se miden en partes por millón (ppm).

También se puede medir la concentración de partículas en atmósfera terrestre, por ejemplo de ozono, dióxido de carbono o algún otro tipo de contaminante atmosférico 1 ppm (que significa una parte por millón) de dióxido de carbono en una disolución gaseosa de un millón de moléculas de aire. Así, cuando escuchas que el índice máximo permitido del contaminante X es 2 partes por millón, significa que representará dos partes de una sustancia diluida en un millón de partes de otra sustancia.

*KILATE

El quilate es un término que se utiliza de dos maneras distintas:

1. Quilate de joyería: Unidad de masa usada, fundamentalmente, para pesar gemas y perlas. En este sentido, un quilate equivale a un ciento cuarentavo de onza, un 2240 avo de una libra, o 202,83 miligramos en el sistema métrico decimal.

2. Quilate de orfebrería: Designa la ley (pureza) de los metales utilizados en las joyas. En este sentido, un quilate es la 1/24 parte de la masa total de la aleación que la compone (aproximadamente el 4,167%). Por ejemplo, si una joya de oro es de 18 quilates, su aleación está hecha de 18/24 (ó 3/4) partes de oro y tiene una pureza de 75%; mientras que una pieza de 24 quilates está hecha de 24/24 partes de oro y es de oro puro.

Fuentes:

• Rivera Gallegos, Salvador y Fernando García Hernadez. Química 2. 1ª ed. 2ª reimpr. México. Edit. Santillana S.A.de C.V.2009. pp. 100-105.
• Timberlake, Karen C. y William Timberlake. Química. 2ª ed. [Tr. Víctor Campos Olguín]. México. Edit. Pearson educación. 2008. XXV - 752 pp. 
• Damian. "¿que es un kilate y como se mide?" .  http://es.answers.yahoo.com/question/index?qid=20080830081402AAy94lR  (7 de Noviembre del 2010, 7:17 PM.) 

Uso de la Estequiometria (Ejemplos)

2 KMnO4 + 16 HCL  → 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O +2 KCl  

Calcular la masa en gramos de todas las sustancias cuando se obtienen 400 g (MnCl2) cloruro de manganeso.

• Primero debemos obtener la u.m.a. total  de cada reactivo y producto

KMO4
K =39.1      X1 = 39.1 u.m.a.                                      HCl
Mn = 54.94 X1= 54.94 u.m.a.                                       1 Mol H = 1.01  X1= 1.01
04 = 16      X 4= 64.00 u.m.a.                                                Cl = 35 .45 X1 = 35.45
                          158.04 u.m.a.                                                                     36. 46 g
                                 X2                                                                               X 16 
                           316.08 g                                                                            583.36 g                    

2 Mn Cl2                                                                     5 Cl2     
Mn = 54.94 X1 =54.94 u.m.a.                                        Cl2 = 35.45 X2 = 70.9 u.m.a.
Cl 2 = 35 .45 X2 = 70.0 u.m.a.                                                                    X 5   
                                125. 84 g.                                                                  354. 5 g
                                    X2
                                251.68 g

8 H2O                                                                        2KCl
H2 = 1.01 X2 = 2.02 u.m.a.                                        2K = 39.10 X1= 39.10 u.m.a.
O = 16. 00 X 1 = 16.00 u.m.a.                                    2Cl = 35.45 X1= 35.45 u.m.a.
                            18.02 g                                                                        74.55 g
                             X8                                                                                X2
                            144.16 g                                                                      149.1 g

• Una manera conocer si los valores son correctos, se realiza la suma de todos los elementos, separando los reactivos de los productos: 

316.08 + 583.36   → 251.68 + 354.5 + 144.16 + 149.1                       
899.44                  →                      899.44                                                 

NOTA = Fíjate que los resultados son  iguales, si lo son, están correctos de no ser así están incorrectos, una pequeña observación si el resultado es diferente por milésimas es el error de calculo, en ese caso no hay problema, es minima la diferencia.           

• Una vez obtenidas las u.m.a. totales, se realiza la operación para obtener la masa en gramos de cada reactivo y producto, según la cantidad obtenida de 400 g de Mn Cl2 

KMnO4 - Mn Cl2
316.08 g - 251. 68 g
      X      - 400 g

316.08g KMnO4 X 400 g MnCl2 = 502.35 g MnCl2
                 251.68 g

HCl - MnCl2                                                                Cl2 - Mn Cl2
583.36 g - 251.68 g                                                     354.5 g - 251.68 g
     X       - 400 g                                                             X       - 400 g

583.36 g HCl X 400 g Mn Cl2 = 927.14 g MCl             354.5 g Cl2 X 400 g MnCl2 = 563.4 g     
            251.68 MnCl2                                                                 251.68 g MnCl2
   
H2O - MnCl2                                                              KCl - MnCl2
144.16 g - 251.68 g                                                     149.1 - 251.68 g
    X        - 400 g                                                             X    - 400 g

144. 16 g H2O X 400 g MnCl2 = 229.116 g                  149.1 KCl X 400 g MnCl2  = 236.967 g
              251.68 MnCl2                                                            251.68 MnCl2

•  Ahora calcula las moles de todas las sustancias cuando se hacen reaccionar 5 moles de ácido clohidrico (HCl)

KMnO4 - HCl                                                                               MnCl - HCl
2 mol  - 16 mol                                                                              2 mol - 16 mol
   X     - 5 mol                                                                                   X    - 5 mol

2 mol KMn O4  X 5mol HCl = 0.625 mol KMn O4               2 mol MnCl X 5 mol HCl
           16 mol HCl                                                                       16 mol HCl

Cl2 - HCl                                                                                   H2O - HCl
5 mol - 16 mol                                                                           8 mol - 16 mol
    X  -  5 mol                                                                                X   -  5 mol

5 mol Cl2 X 5 mol HCl = 1.562 mol Cl2                                          8 mol H2O X 5 mol HCl = 2.5 mol H2O          
        16 mol HCl                                                                             16 mol HCl     

KCl - HCl                                                                               
 2 mol - 16 mol                      2 mol KCl X 5 mol HCl = 0.625 mol KCl
    X   -  5 mol                                 16 mol HCl


(realizador) Uriel Saldaña Espinosa.
Basado: Timberlake, Karen C. y William Timberlake. Química. 2 ed. [Tr. Victor Campos Olguín], México, Edit. Pearson Educación, 2008. XXV- 752 pp.      

ESTEQUIOMETRÍA

Es la rama de la química que trata de la distribución de los átomos en el espacio y de grupos en las moléculas. El termino define también la relación espacial de los átomos y grupos en la molécula de un compuesto y su efecto sobre las propiedades de éste.

Esta se basa en la ley  de conservación de masa, la cual fue introducida por Antoine Lavoiseier en el siglo XVIII. Esta ley establece que la materia no se crea ni se destruye en una relación química. Los enlaces químicos en los reactivos se dividen y forman nuevos enlaces químicos para obtener productos, pero la cantidad de los productos debe ser iguales a los reactivos.

Esquiometría y la ecuación química balanceada.
 Cuando diminutas partículas de hierro reaccionan con el oxígeno del aire, se forma el óxido de hierro (III) (Fe2O3):

4Fe(s) + 3O₂ (g) →2Fe₂ O₃(s)

Significado= cuatro átomos de hierro reaccionan con tres moléculas de oxígeno para producir dos fórmulas unitarias de óxido  de hierro (III). Pero recuerda que los coeficientes en una ecuación representan no sólo números de partículas indivuales sino también números de moles de partículas. Por tanto, puedes decir que cuatro moles de hierro reaccionan con tres moles de oxígeno para producir dos moles de óxido de hierro (III).
Así la masa de los reactivos puede calcularse de esta manera:

  4 moles de Fe * 55.85 g de Fe  = 223.4 de Fe
                            1 mol de Fe

3 moles de O2 * 32.00 de O2  = 96.00 de O2
                         1 mol de O2   

La masa total de los reactivos = 319.4g

De igual forma, la masa del producto es: 

2 moles de Fe2 O3 *  159.7 g de Fe2 O3  = 319.4 g
                                   1 mol de Fe2 O3   

La masa total de los reactivos es igual a la masa del producto, como lo establece la ley de conservación de la masa, se puede resumir de la siguiente manera.

RELACIONES DERIVADAS A PARTIR DE UNA ECUACIÓN QUÍMICA BALANCEADA
Hierro                         +	Oxígeno	→          óxido de hierro (III)
4 Fe(s)                         +	3O2(g)	→                2Fe2O3(s)
4 átomos de Fe         +	3 moléculas de O2	→    2 fórmulas unitarias de Fe2O3
4 moles de Fe            +	3 moles de O2	→         2 moles de de Fe2 O3
223.4 g de Fe             +	96.0 g de O	→          319.4 g de Fe2O3
	319.4 g de reactivos	→        319.4 g de productos

Fuente:

• Dingrando, Laurel. Química, Materia y Cambio. [Tr. María  García Yelka  y Cecilia Ávila de Barón]. México. Edit. Mc Graw Hill. 2003. pp.