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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

INGENIERÍA MECÁNICA NOMBRE: DENNIS TOMALO GUACHAMIN GRUPO: 3 ASIGNATURA: QUÍMICA FECHA: 29/06/17

Mezclas Una mezcla es un material formado por dos o más componentes unidos, pero no combinados químicamente. En una mezcla no ocurre una reacción química y cada uno de sus componentes mantiene su identidad y propiedades químicas. No obstante, algunas mezclas pueden ser reactivas, es decir, que sus componentes pueden reaccionar entre sí en determinadas condiciones ambientales, como una mezcla aire-combustible en un motor de combustión interna. Es la combinación física de dos o más sustanciasque retienen sus identidades y que se mezclan pudiendo formar según sea el caso aleaciones, soluciones, suspensiones y coloides. Son el resultado del mezclado mecánico de sustancias químicas tales como elementos y compuestos, sin que existan enlaces químicos u otros cambios químicos, de forma tal que cada sustancia ingrediente mantiene sus propias propiedades químicas. 1 A pesar de que no se producen cambios químicos de sus componentes, las propiedades físicas de una mezcla, tal como por ejemplo su punto de fusión, pueden ser distintas de las propiedades de sus componentes. Algunas mezclas se pueden separar en sus componentes mediante procesos físicos (mecánicos o térmicos), como destilación, disolución, separación magnética, flotación, tamizado, filtración, decantación o centrifugación. Los azeótropos son un tipo de mezcla que por lo general requiere de complicados procesos de separación para obtener sus componentes. Si después de mezclar algunas sustancias, éstas reaccionan químicamente, entonces no se pueden recuperar por medios físicos, pues se han formado compuestos nuevos. Las mezclas se clasifican en:  

Homogéneas. Heterogéneas.

Los componentes de una mezcla pueden ser:    

Sólidos Líquidos Gaseosos

Mezclas Homogéneas Una mezcla contiene dos o más sustancias combinadas de tal forma que cada una conserva su identidad química. Las mezclas homogéneas o uniformes son aquellas en las que la composición es la misma en toda la muestra. La mezcla homogénea también se denomina disolución, que consiste en un disolvente, normalmente la sustancia presente en mayor cantidad, y uno o más solutos. Normalmente el disolvente es un líquido, mientras que el soluto puede ser sólido, líquido o gas. La soda es una disolución formada por dióxido de carbono (soluto) y agua (disolvente). El agua de mar es una disolución más compleja, formada por varios solutos sólidos, incluyendo el cloruro de sodio y otras sales, en agua, que es el disolvente. También es posible conseguir disoluciones en estado sólido. El latón es una disolución sólida que contiene dos metales, cobre (67%-90%) y zinc (10%-33%). Se pueden emplear varios métodos para separar los componentes de una mezcla homogénea. Algunos de ellos son: - Evaporación: que se utiliza para separar mezclas homogéneas sólido-líquido. El líquido se evapora, quedando un residuo sólido en el matraz. Este líquido se recupera condensando el vapor. La evaporación puede utilizarse para separar los componentes de una disolución acuosa de sulfato de cobre. - Destilación: se utiliza para separar mezclas homogéneas líquido-líquido, cuando ambos tienen distinta temperatura de ebullición. Al ir calentando la mezcla los vapores desprendidos serán más ricos en el componente más volátil y pueden ser recogidos por un serpentín de refrigeración donde se condensan de nuevo a líquido. Se puede así separar el alcohol del vino.

Heterogéneas Una mezcla contiene dos o más sustancias combinadas de tal forma que cada una conserva su identidad química. Las mezclas heterogéneas o no uniformes son aquellas en las que la composición de la muestra varía de un punto a otro. Muchas rocas pertenecen a esta categoría. En un trozo de granito se pueden distinguir varios componentes, que se diferencian entre ellos por el color. Normalmente sus componentes se pueden distinguir a simple vista o al microscopio. Se pueden emplear varios métodos físicos para separar los componentes de una mezcla heterogénea. Algunos de ellos son: - Filtración, que se utiliza para separar mezclas heterogéneas sólido-líquido. Se hace pasar la mezcla a través de una barrera con poros finos, como un filtro de papel. - Disolución y filtración: La arena mezclada con sal, al ser ésta soluble en agua, se pueden separar agitándo la mezcla en agua. Al filtrar, la arena se queda retenida en el papel y la disolución de sal pasa a su través. - Decantación: Permite separar dos líquidos no miscibles. Al dejar reposar la mezcla, el más denso queda en la parte inferior y el menos denso en la superior, pudiéndose separar fácilmente.

Disoluciones

Una disolución es una mezcla homogénea , es decir, una mezcla de 2 o más componentes que no reaccionan entre sí, es decir, que siguen siendo los mismos después de mezclados, y además por ser homogénea no se ven o diferencian sus componentes después de mezclados a simple vista.

Pero entonces... ¿Qué diferencia hay entre una mezcla homogénea y una disolución?.

Pues bien cuando en la mezcla homogénea uno de los dos componentes es líquido , normalmente agua, esta mezcla homogénea es a lo que se le suele llamar disolución. Las disoluciones quimicas suelen estar en estado líquido.

Por ejemplo el chocolate es una mezcla homogénea de varios componentes que no se diferencian a simple vista, pero están en estado sólido, por eso no se le llamaría disolución.

Si mezclamos agua con azúcar y revolvemos, al cabo de un tiempo no se verán los componentes en la mezcla, será una mezcla homogénea, pero ha esta si la podemos y debemos llamar disolución.

Al componente más abundante en la disolución se le llama Disolvente y al resto se les llama Soluto.

A veces también se le llama a la disolución, solución, y al disolvente se le puede llamar solvente.

Como hemos dicho, normalmente el disolvente es el líquido y la disolución está en estado líquido.

En el caso del agua con azúcar, el agua será el disolvente y el azúcar el soluto. Solubilidad Es la mayor cantidad de soluto (gramos de sustancia) que se puede disolver en 100 gr. de disolvente a una temperatura fija, para formar una disolución saturada en cierta cantidad de disolvente.

Las sustancias no se disuelven en igual medida en un mismo disolvente. Con el fin de poder comparar la capacidad que tiene un disolvente para disolver un producto dado, se utiliza una magnitud que recibe el nombre de solubilidad. La capacidad de una determinada cantidad de líquido para disolver una sustancia sólida no es ilimitada. Añadiendo soluto a un volumen dado de disolvente se llega a un punto a partir del cual la disolución no admite más soluto (un exceso de soluto se depositaría en el fondo del recipiente). Se dice entonces que está saturada. Pues bien, la solubilidad de una sustancia respecto de un disolvente determinado es la concentración que corresponde al estado de saturación a una temperatura dada. Las solubilidades de sólidos en líquidos varían mucho de unos sistemas a otros. Así a 20 ºC la solubilidad del cloruro de sodio (NaCl) en agua es 6 M y en alcohol etílico (C 2H6O), a esa misma temperatura, es 0,009 M. Cuando la solubilidad es superior a 0,1 M se suele considerar la sustancia como soluble en el disolvente considerado; por debajo de 0,1 M se considera como poco soluble o incluso como insoluble si se aleja bastante de este valor de referencia. La solubilidad depende de la temperatura; de ahí que su valor vaya siempre acompañado del de la temperatura de trabajo. En la mayor parte de los casos, la solubilidad aumenta al aumentar la temperatura. Se trata de procesos en los que el sistema absorbe calor para apoyar con una cantidad de energía extra el fenómeno la solvatación. En otros, sin embargo, la disolución va acompañada de una liberación de calor y la solubilidad disminuye al aumentar la temperatura.

Factores que inciden en la solubilidad Como se a comprobado mediante experiencias cotidianas, hay ssustancias muy solubles en agua (azucar), otras muy poco solubles y otras practicamente insolubles (aceite), por lo tanto la solubilidad no posee siempre valor fijo o constante sino que depende de ciertos factores que haran de la ssolubilidad un valor que puede ser aumentado o disminuido según sea el factor modificante y estas son los siguientes: La Temperatura Este factor solo modifica la solubilidad de solutos solidos y gaseosos, los liquidos no sufren ninguna alterancion en su solubilidad, solo hasta que sean miscibles entre si (que se mezclen). En el caso de los solidos: en general un aumento de la temperatura provocara un aumento de la

solubilidad aunque existen casos donde la solubilidad sufre una pequeña variacion e incluso casos donde al aumentar la temperatura la solubilidad disminuye. En el caso de los gases: un aumento de la temperatura produce siempre una disminucion de la solubilidad y vice-versa. Si se coloca en un recipiente una pequeña cantidad de bebida gaseosa, al ser calentada, se observa inmediatamente una efervecencia derivada del escape de gas (dioxido de carbono) de la solucion. Si se calienta agua, esta pierde el aire disuelto en ella. La Presion Este factor no produce alteracion alguna en las solubilidades de solidos y liquidos. La presion modifica considerablemente la solubilidad de un gas y actua de la siguiente forma: “Un aumento de la presion producira siempre un aumento de la solubilidad del gas y vice-versa, siempre que la temperatura permanezca constante” (la temperatura tambien modifica la solubilidad de un gas). Esta midificacion se conoce con terminos matematicos como “ley de Henry” que dice: “La solubilidad de un gas es directamente proporcional a la presion del gas sobre la superficie del liquido a temperatura constante”. Es to se puede comprobar facilmente con la siguiente experiencia: Las bebidas y el champagne, contienen un gas disuelto (dioxido de carbono) a una alta presion, sobre todo el champagne, de ahíque al abrirlos se produce una disminucion de la presion y el gas escapa violentamente de la solucion. Esto se puede evitar un cierto grado enfriando, ya que como uno puede darse cuenta facilmente en el caso de los gases, su solubilidad varia en forma contraria con la presión y latemperatura. Naturaleza Quimica del Soluto y el Solvente Este factor podemos tomarlo en terminos sencillos en el siguiente sentido: “Una sustancia podra ser muy soluble en un determinado solvente, pero esto no permite asegurar que lo sea en otros solventes”, para ejemplificar lo dicho, hay que observar la solubilidad del azucar y el yodo (en g/100g de solvente a 20ºC), utilizando como solventes agua y alcohol. Se puede notar claramente que el azúcar es muy soluble en agua pero poco soluble en alcohol, a su vez el yodo es muy poco soluble en agua pero muy soluble en alcohol. En realidad la “Naturaleza Quimica” tiene que ver con el tipo de “Union o Enlace Quimico” que posee el soluto y el solvente, esto se puede resumir en la siguiente frase: “Lo semejante disuelve a lo semejante”

Curvas de Solubilidad En la Curva de solubilidad el coeficiente de solubilidad representado depende de la temperatura, de la naturaleza del soluto, de la naturaleza del disolvente y de la presión. Para el caso de un sólido disuelto, la influencia de la presión en muy pequeña. Al elevar la temperatura, el coeficiente de solubilidad aumenta si el fenómeno de disolución a temperatura constante es endotérmico (es el caso más frecuenta), y disminuye en caso contrario.

Porcentaje en Peso El Porcentaje Peso a Peso (% P/P), Fracción en Peso, Tanto por ciento en Peso, Fracción Másica o Concentración Centesimal es una medida de la concentración que indica el peso de soluto por cada 100 unidades de peso de la solución: El Porcentaje Peso a Peso de una disolución viene determinada por la siguiente fórmula: % (P/P) =

Peso de soluto Peso de la disolución

Volumen de soluto y Solución

· 100

El porcentaje en volumen es una expresión común para especificar la concentración de una solución. Se define como: El porcentaje en volumen se emplea generalmente cuando la solución involucra a dos fases líquidas, aunque puede ser utilizado en otros casos, como en soluciones gaseosas. Formula: volumen de la sustancia/volumen final de la mezcla x 100 El porcentaje en volumen también puede definirse como la proporción entre el volumen del soluto y el volumen del solvente, tomando como base de cálculo 100 mL de solución: Porcentaje de Alcohol 40%

Masa de Soluto Cuando se realiza una solución, se le llama soluto a la sustancia que se disuelve. En muchas ocasiones está en menor proporción al solvente.1 Esta sustancia se encuentra disuelta en una determinada disolución de cualquier elemento. En lenguaje común, también se le conoce como la sustancia que se disuelve,2 por lo que se puede encontrar en un estado de agregación diferente al comienzo del proceso de disolución y experimentar una transición de fase.

PPM Partes por millón (ppm) es una unidad de medida con la que se mide la concentración. Determina un rango de tolerancia. Se refiere a la cantidad de unidades de una determinada sustancia (agente, etc) que hay por cada millón de unidades del conjunto. Por ejemplo, en un millón de granos de arroz, si se pintara uno de negro, este grano representaría una (1) parte por millón. Se abrevia como "ppm". PPB Partes por billón (ppb) es una unidad de medida con la que se mide la concentración. Se refiere a la cantidad de unidades de una determinada sustancia (agente, etc) que hay por cada billón de unidades del conjunto. En este caso la palabra está referida al billionanglosajón (véase billón), que equivale a mil millones, o sea, 1.000.000.000, o bien 109, en notación científica. Por ejemplo, en mil millones de granos de arroz, si se pintara uno de negro, este grano representaría una (1) parte por billón. Se abrevia como "ppb". Es de uso relativamente frecuente en la medida de la concentración de compuestos químicos muy diluidos, así como de sustancias que se encuentran a nivel de trazas, como las impurezas o los contaminantes.

Fracción Molar Si tanto la cantidad de soluto como la de disolución las expresamos como cantidad de sustancia en moles, obtenemos la fracción molar del soluto; esto es, la relación o el cociente entre el número de moles de soluto y el número de moles total que componen la disolución. Esta forma de expresar la concentración de una disolución es especialmente útil en el caso de mezclas gaseosas que son, al fin y al cabo, disoluciones de gases en gases. Suele representarse por la letra griega

Y, obviamente, es un número adimensional; por tanto la fracción Molar es

un número

sin

unidades

.

Normalidad La Normalidad es una concentración de las disoluciones utilizada en los procesos de nentralización y titulación entre sustancias ácidas y básicas. Este tipo de concentración relaciona los equivalentes gramo del soluto por los litros de solución. Expresión analítica: N= E/V Donde: E=Eq-g solutoV=litros de solución N=concentración normal En este tipo de concentración utilizaremos otra unidad química de masa denominada Equivalencia-gramo (Eq-g) que corresponde a la cantidad de materia que de manera proporcional intervendrá en los cambios químicos o bien a la medida de poder de combinación que se utiliza para calculos en reacciones químicas. El Equivalente-gramo de un elemento o compuesto se determinará de acuerdo con las características propias de dicha sustancia en sus combinaciones. 1.-Equivalente –gramo de un elemento: Eq –g elemento = peso atómico /número de oxidación 2.-Equivalente –g de un ácido: Eq-g ácido = peso molecular/número de H + 3.-Equivalente –gramo de una base: Eq-g base = peso molecular/número de OH

4.-Equivalente –gramo de una sal: Eq-g sal =peso molecular/carga del anión o catión

Pesos Equivalentes Bases El equivalente de las bases se saca dividiendo el peso molecular (peso atómico de sodio+ peso atómico de O + peso atómico de H) por la cantidad de grupos oxidrilos (o hidroxilos) OH que tiene la formula. Peso equiv= PM/ nº PM Na OH= 23+16+1=40 Nº OH= 1 equivalente NaOH= 40/1= 40 g /equiv Ca(OH)2 este tiene 2 grupos OH, y el PM es 74 (40+2x16+2x1) equivalente Ca(OH)2 = 74/2= 37 g/ equiv Ácidos En el caso de ácidos se considera el PM / nº de hidrógenos que tiene la molécula... H3PO4--- PM= (3+31+4x16)= 98----- tiene 3 hidrógenos, entonces PequivH3PO4= 98/3= 32.67 g/ equiv

HNO3---- PM= (1+14+3X16)= 63------ tiene 1 hidrogeno, entonces P equiv HNO3= 63/1= 63 g / equiv Sales En el caso de las sales, el número por el cual tienes que dividir al peso molecular (PM) es la carga total que te aporta el metal... Fe(SO4)3 acá el Fe esta con +6 como numero de oxidación y solo tienes un Fe por lo tanto el número (nº) por el que vas a dividir el PM va a ser 6 Fe(SO4)3----- PM=( 55.8+3x 32+12x16)=343.8 equiv= 343.8/6=57.3 En estas reacciones encontramos un cambio en el número de oxidación, por lo cual existe pérdida y ganancia de electrones. El peso equivalente de las sustancias químicas esta íntimamente relacionado con el numero de electrones involucrados en el proceso. El peso equivalente del agente oxidante es aquella cantidad capaz de ganar 1 mol de electrones. El peso equivalente del agente reductor es aquella cantidad capaz de ceder 1 mol de electrones.

Dilución En química, la dilución es la reducción de la concentración de una sustancia química en una disolución. La dilución consiste en rebajar la cantidad de soluto por unidad de volumen de disolución. Se logra adicionando más diluyente a la misma cantidad de soluto: se toma una poca porción de una solución alícuota y después esta misma se introduce en más disolvente. Esto se deduce al pensar que tanto la disolución en un principio como al final contará con la misma cantidad de moles.

Reacciones

en

Solución

1. Cuando se mezclan especies que reaccionan entre sí y al menos una de ellas está en solución, se debe considerar que lo que reacciona son los solutos. 2. El tratamiento cuantitativo de este tipo de reacción es similar al de cualquier otra reacción química, sólo se debe considerar que lo que reacciona son los solutos, es decir, las especies disueltas. 3. Sí en la reacción química está involucrado un sólido no soluble, no tiene sentido determinarle la concentración a esa especie porque no es un soluto. 4. Al igual que en cualquier tipo de reacción se debe identificar cual es el reactivo límite para poder determinar las cantidades de productos formados en la unidad requerida: gramos, moles, equivalentes-gramo, etc.

Factores de Solución La solubilidad es la propiedad que tienen las sustancias de poder formar un sistema homogéneo con un solvente. La solubilidad de una sustancia en un determinado solvente se mide por la cantidad máxima de gramos de soluto que pueden disolverse en 100 g de solvente hasta formar una solución saturada, a una temperatura determinada.

Factores que Afectan la Solubilidad: La solubilidad de una sustancia en un solvente depende de varios factores, entre los cuales se cuentan: 

Superficie de contacto: al aumentar la superficie de contacto del soluto, la cual se favorece por pulverización del mismo, con el solvente, las interacciones soluto-solvente aumentarán y el cuerpo se disuelve con mayor rapidez.



Grado de agitación: al disolverse el sólido, las partículas del mismo deben difundirse por toda la masa del solvente. Este proceso es lento y alrededor del cristal se forma una capa de disolución muy concentrada que dificulta la continuación del proceso; al agitar la solución se logra la separación de la capa y nuevas moléculas de solvente alcanzan la superficie del sólido.



Temperatura: la temperatura afecta la rapidez y grado de solubilidad. Al aumentar la temperatura se favorece el movimiento de las moléculas en solución y con ello su rápida difusión. Ademá...