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Quımica AplicadaGrado en Nutricion Humana y Dietetica
Universidad de Alicante
Angel J. Perez Jimenezaj.perez@ua.es
Montserrat Hidalgo Nunezmontserrat.hidalgo@ua.es
Departamento de Quımica FısicaDepartamento de Quımica Analıtica, Nutricion y Bromatologıa
Curso 2010-2011
aj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 1 / 55
1 Conceptos fundamentales en Quımica¿Que es y para que sirve la Quımica?Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
2 Estructura de la materiaEstructura atomica y propiedades periodicasEl enlace quımicoFuerzas intermoleculares, polaridad y enlace de hidrogenoCaracterısticas esenciales de gases y lıquidos
3 Agua, disoluciones acuosas y coloidesCaracterısticas relevantes del aguaEl agua como disolventeCaracterısticas esenciales de las dispersiones coloidales
4 TermoquımicaEnergıa y reacciones quımicasEl aporte calorico de los alimentos
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
aj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 2 / 55
Conceptos fundamentales en Quımica
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica¿Que es y para que sirve la Quımica?Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
2 Estructura de la materia
3 Agua, disoluciones acuosas y coloides
4 Termoquımica
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
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Conceptos fundamentales en Quımica ¿Que es y para que sirve la Quımica?
¿Que es la Quımica?
La Quımica es la ciencia que describe la materia
Sus propiedades: ¿de que esta hecha?, ¿es solida, lıquida, gaseosa?,¿que cantidad de energıa contiene?, . . .
Los cambios que sufre: reacciones quımicas
transformaciones de unas sustancias en otras
El intercambio de energıa que acompana a dichos cambios.
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Conceptos fundamentales en Quımica ¿Que es y para que sirve la Quımica?
¿Que es la Quımica?
La Quımica es la ciencia que describe la materia
Descripcion cientıfica:
comprueba hipotesis: metodo cientıfico ↔ experimentacion
cuantitativa ↔ las matematicas son parte esencial
Ejemplo: para preparar un buen caldo de carne
¿Es mejor echarla en agua hirviendo o en agua frıa y calentar?
Corta un trozo de carne en dos partes iguales y pesa ambos tras usar unprocedimiento durante una hora con cada uno.
¿Respuesta? Hazlo en casa y/o comprueba el resultado en “Molecular Gas-tronomy” (Herve This), capıtulo 1.
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Conceptos fundamentales en Quımica ¿Que es y para que sirve la Quımica?
¿Por que vamos a estudiar Quımica?
Es indispensable para la vida de los seres humanos
Cocinar y alimentarse es quımica
¿como cambian los alimentos al cocinarlos?
¿como se descomponen?, ¿como preservarlos mejor?
¿como usa nuestro cuerpo la comida?
Nuestro organismo funciona gracias a un conjunto de reaccionesquımicas coordinadas
Metabolismo
{
catabolismo Rompe sustancias → energıaanabolismo Sintetiza sustancias ← energıa
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Conceptos fundamentales en Quımica ¿Que es y para que sirve la Quımica?
¿Como estudiar Quımica?
No dejes para manana lo que debas hacer hoy
Desarrollo del curso: guıa docente
Competencias y objetivos.
Programacion de clases de teorıa, problemas y practicas.
Criterios de evaluacion.
Textos de apoyo y recursos on-line.
Actividades no presenciales: deberes
Repaso de conceptos en textos de apoyo.
Colecciones de problemas.
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Conceptos fundamentales en Quımica ¿Que es y para que sirve la Quımica?
¿Que deberıa saber? Repaso de conceptos §1.1
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes:
¿Que es la Quımica y por que la estudiamos?
Principios de Quımica (Atkins): paginas F1–F5
Quımica de los alimentos (Primo Yufera): secciones 1.2–1.4
http://chemistry.about.com. What is Chemistry?
http://chemistry.about.com. What is the importance of Chemistry?
Consejos para estudiar Quımica
http://chemistry.about.com. Chemistry Study Tips
http://chemtutor.com. Heuristics
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
¿De que estamos hechos?
La materia se compone de agrupaciones de atomos(partıculas de tamano y masa muy pequenos)
Tipos Composicion atomica Ejemplos.Elementos Un solo tipo de atomos aluminio (Al), carbon (C)Sustancias Varios tipos de atomos en H2O, CO2, NaHCO3,puras proporcion definida CH3COOHDisoluciones Mezcla homogenea de sustancias Vinagre: H2O, CH3COOH, . . .Resto Mezcla heterogenea de sustancias La mayorıa de alimentos
Sus propiedades (estado de agregacion, masa, volumen, densidad,estabilidad, reactividad quımica, . . .) dependen de su composicion→ formula estequiometrica.
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Describiendo reacciones quımicas
Las reacciones quımicas son transformaciones de unas sustancias en otras,que se representan mediante una ecuacion quımica
NaHCO3(s) + CH3COOH(ac) → CO2(g) + H2O(l) + CH3COONa(ac)
Ley de conservacion de la materia → ajuste de reacciones.Ley de conservacion de la energıa → el exceso/defecto de energıa se libe-ra/capta en forma de trabajo (movimiento) o calor (enfriamiento o calen-tamiento).
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Describiendo reacciones quımicas
Las reacciones quımicas son transformaciones de unas sustancias en otras,que se representan mediante una ecuacion quımica
NaHCO3(s) + CH3COOH(ac) → CO2(g) + H2O(l) + CH3COONa(ac)
EFinal
EInicial
ENERGIA
(kcal,kJ,...)
Inicial
Final
∆E = EFinal − EInicial < 0
El exceso de energia
se libera al entorno
EInicial
EFinal
ENERGIA
(kcal,kJ,...)
Inicial
Final
∆E = EFinal − EInicial > 0
La energia necesaria
es aportada por el entorno
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
¿Cuanto reacciona? Moles y gramos. Estequiometrıa.
La cantidad que reacciona de cada especie se mide en moles.
1 mol = 6,0221× 1023 ⇒ NA (Constante de Avogadro)
Para determinar los moles de una sustancia (n):
O bien se divide la cantidad de dicha sustancia, N, entre NA:
n =N
NA
O bien se divide la masa, m, entre su masa molar = masa de 1 mol=suma de masas atomicas de su formula estequiometrica (M)
n =m
M
EJEMPLO: REACCION EN LEVADURA. ESTEQUIOMETRIA DE COMPOSICION.
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
¿Que deberıa saber? Repaso de conceptos §1.2 (I)
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes:
¿De que estamos hechos?
Atkins (materia: estados de agregacion y propiedades): paginas F5-F7
Atkins (atomos): seccion §B.1 del capıtulo “Fundamentos”
Atkins (compuestos): seccion §C.1 del capıtulo “Fundamentos”
Atkins (mezclas): seccion §G.1–§G.2 del capıtulo “Fundamentos”
Moles y masas molares. Estequiometrıa de composicion. Formulacion quımica.
Atkins (moles y masas molares): §E
Atkins (estequiometrıa de composicion): §F
Atkins (formulacion): §D, apendice 3
Peterson: Formulacion y nomenclatura de Quımica Inorganica
Ecuaciones quımicas.
Atkins: seccion §H del capıtulo “Fundamentos”
Magnitudes y cifras.
Atkins: apendices §1B–§1D
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
¿Que deberıa saber hacer? Repaso de problemas §1.2 (I)
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Moles y masas molares.
Atkins (§E): 1, 9–12, 4, 5, 14–20, 23, 24, 26
1000 problemas... (Cap. 1): 46, 48, 49, 51, 53, 60, 61, 62
Estequiometrıa de composicion.
Atkins (§F): 1, 2, 5, 6, 9–13, 16, 17, 3, 4, 7, 8, 18
1000 problemas (Cap. 1): 18–23, 28–30, 32–37, 26, 43, 63
Lopez Cancio (Problemas de Quımica): 2.1–2.2
Ecuaciones quımicas.
Atkins (§H): 1–4, 6, 7, 9, 11, 12, 18, 5, 8, 10, 15–17
1000 problemas (Cap. 8): 1–3
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
¿Cuanto reacciona? Reactivo limitante y rendimiento
¿Que cantidad de producto se puede obtener como maximo?
Reactivo limitante
La reaccion se produce hasta que se agota uno de los reactivos
EJEMPLO: REACCION EN LEVADURA. ESTEQUIOMETRIA DE REACCION. REACTIVO LIMITANTE.
¿Que cantidad de producto se obtiene realmente?
Rendimiento porcentual
R =masa real producto
masa maxima (estequiometrica) producto× 100
EJEMPLO: REACCION EN LEVADURA. ESTEQUIOMETRIA DE REACCION. RENDIMIENTO.
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Repaso de conceptos y problemas §1.2 (II)
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes:
Estequiometrıa de reaccion
Atkins (conceptos basicos): §L.1 y §L.2
Atkins (reactivo limitante y rendimiento): §M.1 y §M.2
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Estequiometrıa de reaccion: conceptos basicos
Atkins (§L): 1–5, 7, 8, 18, 21–23
1000 problemas (Cap. 8): 4, 18, 20, 24, 28
Estequiometrıa de reaccion: reactivo limitante y rendimiento
Atkins (§M): 1, 2, 4, 6, 5, 18
1000 problemas (Cap. 8): 48, 50, 63
Lopez Cancio (Problemas de Quımica): 2.21, 2.23, 2.25, 2.33
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Trabajo tutorizado: levaduras quımicas
Experiencia en casa: preparando madalenas
Observa el volumen y la textura de las madalenas cocinadas de tres formasdistintas:
Sin anadir levadura ni bicarbonato a la masa.
Anadiendo 1 gramo de bicarbonato.
Anadiendo levadura. Si usas “litines” emplea medio sobre de cadacomponente. Si usas “royal” emplea la octava parte de un sobre(unos 2 gramos).
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Trabajo tutorizado: levaduras quımicas
Experiencia en casa: preparando madalenas
Usa la siguiente formula para la masa:
55 g de harina
6 g de azucar
1,5 g de sal
12 ml de huevo ligeramente batido
60 ml de leche
10 g de aceite vegetal
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Trabajo tutorizado: levaduras quımicas
Experiencia en casa: preparando madalenas
Puedes usar la siguiente receta
Mezcla bien los ingredientes secos en un bol.
Anade el huevo, la leche y el aceite y mezclalos bien.
Rellena un molde conteniendo papel para madalenas con la masa,procurando llegar hasta el mismo nivel en los tres casos.
Mantenlo en el horno a 220 ◦C durante 20 minutos.
Saca las madalenas de los moldes y dejalas enfriarse.
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Trabajo tutorizado: levaduras quımicas
Trabajo Tutorizado: levaduras quımicas.
Elabora un informe sobre las levaduras empleando los resultados obtenidosen la experiencia en casa y la siguiente referenciaFood Chemistry. A laboratory manual (Dennis D. Miller), Capıtulo 2
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Conceptos fundamentales en Quımica Sustancias y reacciones quımicas: caracterısticas y leyes
Trabajo tutorizado: levaduras quımicas
Trabajo Tutorizado: levaduras quımicas.
Estructuralo como un informe cientıfico-tecnico:
Primera pagina: tıtulo, autor, fecha, resumen y objetivos.
Introduccion: tipos de levaduras y reacciones quımicascorrespondientes.
Resultados: describe como has preparado las madalenas y lo que hasobservado al emplear distintos aditivos para aumentar su volumen.
Discusion: analiza los resultados obtenidos en relacion a lainformacion recabada en la introduccion.
Conclusiones
Bibliografıa
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Estructura de la materia
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica
2 Estructura de la materiaEstructura atomica y propiedades periodicasEl enlace quımicoFuerzas intermoleculares, polaridad y enlace de hidrogenoCaracterısticas esenciales de gases y lıquidos
3 Agua, disoluciones acuosas y coloides
4 Termoquımica
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımicaaj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 16 / 55
Estructura de la materia Estructura atomica y propiedades periodicas
Los atomos se agrupan segun su configuracion electronica
Las reacciones quımicas son transformaciones entre diferentesagrupaciones de atomos, pero...
¿Por que los atomos se agrupan para formar elementos o compuestos?
¿Por que solo se agrupan en ciertas proporciones bien definidas?
¿Por que elementos diferentes tienen propiedades diferentes?
Los atomos de cada elemento poseen un nucleo muy pequeno conteniendoun determinado numero (Z) de protones (+) rodeado de Z electrones (-) ycuando se acercan unos a otros interaccionan en funcion del numero deelectrones y de su distribucion → configuracion electronica
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Estructura de la materia Estructura atomica y propiedades periodicas
Construyendo atomos
Los electrones se distribuyen ocupando por orden energetico regionesespaciales denominadas orbitales cuyo tamano, forma, orientacion yenergıa dependen de tres numeros enteros n, l , ml y que pueden albergarun maximo de 2 electrones cada uno
Orbital n=1,2,3... l=0,1,...,n-1 ml=l ,l-1,...,-l1s 1 0 02s 2 0 02p1, 2p0, 2p−1 2 1 1,0,-13s 3 0 03p1, 3p0, 3p−1 3 1 1,0,-13d2, 3d1, 3d0, 3d−1, 3d−2 3 2 2,1,0,-1,-2
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Estructura de la materia Estructura atomica y propiedades periodicas
Construyendo atomos
Los electrones se distribuyen ocupando por orden energetico regionesespaciales denominadas orbitales cuyo tamano, forma, orientacion yenergıa dependen de tres numeros enteros n, l , ml y que pueden albergarun maximo de 2 electrones cada uno
1s2s 2p3s 3p 3d4s 4p 4d 4f5s 5p 5d 5f 5g6s 6p 6d 6f ...7s 7p ......
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Estructura de la materia Estructura atomica y propiedades periodicas
Construyendo atomos
Los electrones se distribuyen ocupando por orden energetico regionesespaciales denominadas orbitales cuyo tamano, forma, orientacion yenergıa dependen de tres numeros enteros n, l , ml y que pueden albergarun maximo de 2 electrones cada uno
Elemento Z Diagrama de orbitales Config. elect.
H 1 1s1
He 2 1s2
Li 3 1s22s1
Be 4 1s22s2
B 5 1s22s22p1
C 6 1s22s22p2
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Estructura de la materia Estructura atomica y propiedades periodicas
Propiedades periodicas
Las propiedades quımicas dependen de los electrones de valencia: los masexternos, pues son los que intervienen en los enlaces quımicos. Por ello sonsimilares para los atomos que poseen el mismo numero y tipo deelectrones: fundamento de la tabla periodica.
Gases nobles np6
He 1s2
Ne 1s22s22p6
Ar 1s22s22p63s23p6
Alcalinos ns1
Li [He]2s1
Na [Ne]3s1
K [Ar]4s1
Halogenos np5
F [He]2s22p5
Cl [Ne]3s23p5
Br [Ar]4s23d104p5
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Estructura de la materia Estructura atomica y propiedades periodicas
Repaso de conceptos y problemas §2.1
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Estructura atomica
Atkins: §B.2, §1.8–§1.12
Propiedades periodicas
Atkins: §B.5, §1.13, §14.1
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Estructura atomica
Atkins: B.16–B.19, B.23, 1.41–1.56, 1.61–1.72
1000 problemas (Cap. 5): 37–39, 42, 48, 50
Propiedades periodicas
Atkins: 14.1–14.4
1000 problemas (Cap. 6): 2, 3, 7, 37, 38
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Estructura de la materia El enlace quımico
Diferencia electronegatividad → tipo enlace → propiedades
Electronegatividad: capacidad de un elemento para atraer los electrones enun compuesto quımico → tipo de enlace. Regla del octeto: los atomosintentan conseguir la estructura electronica del gas noble mas proximo
Tipo de enlace Electronegatividad Mecanismo No. atomosIonico Alta + Baja Transferir e− (iones) MuchosCovalente Alta + Alta Compartir pocos e− Pocos: moleculasMetalico Baja + Baja Compartir muchos e− Muchos
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Estructura de la materia El enlace quımico
Enlace covalente: estructuras de Lewis
Los electrones en orbitales s o p mas externos se representan con puntos
Los atomos comparten electrones hasta conseguir los de un gas noble, y seenlazan mediante pares de electrones comunes: 1-simple , 2=doble , 3≡triple
EJEMPLO: DETERMINACION DE ESTRUCTURAS DE LEWIS.
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Estructura de la materia El enlace quımico
Enlace covalente: estructuras de Lewis
Los electrones en orbitales s o p mas externos se representan con puntos
Los atomos comparten electrones hasta conseguir los de un gas noble, y seenlazan mediante pares de electrones comunes: 1-simple , 2=doble , 3≡triple
Acido mirıstico (saturado) Acido cis-oleico (insaturado)
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Estructura de la materia El enlace quımico
Enlace covalente: geometrıa molecular y teorıa RPECV
Los enlaces alrededor de un atomo se disponen de manera que la repulsionentre el numero total de pares de electrones (NPE) y de pares nocompartidos (NNC) sea mınima: metodo RPECV
NPE NNC Geometrıa molecular Representacion Ejemplos
2 0 Lineal
3 0 Trigonal plana
3 1 Angular
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Estructura de la materia El enlace quımico
Enlace covalente: geometrıa molecular y teorıa RPECV
Los enlaces alrededor de un atomo se disponen de manera que la repulsionentre el numero total de pares de electrones (NPE) y de pares nocompartidos (NNC) sea mınima: metodo RPECV
NPE NNC Geometrıa molecular Representacion Ejemplos
4 0 Tetraedrica
4 1 Piramidal trigonal
4 2 Angular
aj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 23 / 55
Estructura de la materia El enlace quımico
Enlace covalente: geometrıa molecular y teorıa RPECV
Los enlaces alrededor de un atomo se disponen de manera que la repulsionentre el numero total de pares de electrones (NPE) y de pares nocompartidos (NNC) sea mınima: metodo RPECV
NPE NNC Geometrıa molecular Representacion Ejemplos
5 0 Trigonal bipiramidal
5 1 Balancın
5 2 Forma de T
5 3 Lineal
aj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 23 / 55
Estructura de la materia El enlace quımico
Enlace covalente: geometrıa molecular y teorıa RPECV
Los enlaces alrededor de un atomo se disponen de manera que la repulsionentre el numero total de pares de electrones (NPE) y de pares nocompartidos (NNC) sea mınima: metodo RPECV
NPE NNC Geometrıa molecular Representacion Ejemplos
6 0 Octaedrica
6 1 Tetragonal piramidal
6 2 Cuadrada plana
EJEMPLO: METODO RPECV.
aj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 23 / 55
Estructura de la materia El enlace quımico
Repaso de conceptos y problemas §2.2
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Enlace quımico
Atkins: §2.0, §2.1, §2.3, §2.5, §5.9 §5.11
Estructuras de Lewis
Atkins: §2.4, §2.6–§2.11
TRPECV
Atkins: §3.0–§3.2
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Enlace quımico y estructuras de Lewis.
Atkins (Cap. 2): 5, 6, 7, 8, 19–22, 27, 28, 33–36, 42, 43, 49, 55–58
1000 problemas (Cap. 7): 2, 15
TRPECV. (no es necesario indicar los angulos de enlace)
Atkins (Cap. 3): 1–12, 26–30
1000 problemas (Cap. 7): 21, 25
aj.perez@ua.es, montserrat.hidalgo@ua.es (U.A.)Quımica Aplicada. Grado en Nutricion. Curso 2010-2011 24 / 55
Estructura de la materia Fuerzas intermoleculares, polaridad y enlace de hidrogeno
Polaridad
Diferencia de electronegatividad → enlaces polares→ dipolo electrico caracterizado por el momento dipolar ~p = q · ~L
Moleculas poliatomicas: ~p =∑
~penlaces~p = 0: molecula apolar ~p 6= 0: molecula polar
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Estructura de la materia Fuerzas intermoleculares, polaridad y enlace de hidrogeno
Fuerzas intermoleculares
La polaridad determina la interaccion entre moleculas → proximidad→ propiedades: estado agregacion, solubilidad, dureza...
Polaridad Interaccion Intensidad EjemplosPolar + Polar Dipolo-dipolo ↑ ~p acetona-clorofila
Apolar + Apolar Dispersion ↑ tamano provitamina A-pentano
Apolar + Polar Dipolo-dipolo inducido debil pentano-clorofila
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Estructura de la materia Fuerzas intermoleculares, polaridad y enlace de hidrogeno
Enlace de hidrogeno
Interaccion del tipo −δX1 − Hδ+ · · · · · ·X δ−2 ; X1,X2 = F, O, N
Direccional y de fortaleza intermedia
Propiedades del aguaEstructura de macromoleculas
Metabolismo
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Estructura de la materia Fuerzas intermoleculares, polaridad y enlace de hidrogeno
Repaso de conceptos y problemas §2.3
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Polaridad
Atkins: §2.13, §3.3
Fuerzas intermoleculares
Atkins: §5.0, §5.1, §5.3, §5.4
Enlace de hidrogeno
Atkins: §5.5
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Polaridad
Atkins: 2.59–2.62, 3.17–3.20, 3.67
Fuerzas intermoleculares
Atkins (Cap. 5): 1, 3, 4, 13, 69
Enlace de hidrogeno
Atkins (Cap. 5): 7, 8
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Estructura de la materia Caracterısticas esenciales de gases y lıquidos
Gases
Los gases son fluidos (su forma de adapta a la del recipiente) isotropos(identicas propiedades en todas las direcciones) de baja densidad y altacompresibilidad (grandes distancias entre moleculas)
El estado de un gas se determina por el valor de su presion P (atm),volumen V (L), temperatura T (◦C, K= ◦C+273) y moles n
los cuales se relacionan entre sı mediante la ecuacion de estado
PV = nRT
donde R=0.082 atm L/mol K se denomina constante de los gasesEJEMPLO: GASES EN UNA REACCION QUIMICA.
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Estructura de la materia Caracterısticas esenciales de gases y lıquidos
Lıquidos
Los lıquidos son fluidos isotropos de alta densidad y baja compresibilidaddebido a la cercanıa entre las moleculas
Evaporacion: una fraccion de moleculas de la superficie pasa a estado gas
Recipiente cerrado: equilibrio lıquido-vapor → presion de vapor: pv (T )
Recipiente abierto pext > pv : evaporacion progresiva
Recipiente abierto pext = pv : ebullicion
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Estructura de la materia Caracterısticas esenciales de gases y lıquidos
Repaso de conceptos y problemas §2.4
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Gases
Atkins: §4.0–4.3, §4.7–§4.10
Lıquidos
Atkins: §5.6, §8.1–§8.4
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Gases.
Atkins (Cap. 4): 1, 2, 11–16, 19–24, 27–38, 39, 41, 42, 45–48, 51, 52
1000 problemas : 2.6, 2.9–2.14, 2.16, 2.17, 8.6–8.12, 8.21, 8.26, 8.29,8.31, 2.18, 2.20, 2.28, 8.13, 8.23
Lıquidos.
Atkins (Cap. 8): 3, 4
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Agua, disoluciones acuosas y coloides
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica
2 Estructura de la materia
3 Agua, disoluciones acuosas y coloidesCaracterısticas relevantes del aguaEl agua como disolventeCaracterısticas esenciales de las dispersiones coloidales
4 Termoquımica
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
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Agua, disoluciones acuosas y coloides Caracterısticas relevantes del agua
¿Sabıas que, debido a sus propiedades, el agua?
Es esencial para los seres vivos
Es el medio donde ocurren todas las reacciones bioquımicas, componiendoel 75%-95% de las celulas
Ello se debe, fundamentalmente a dos razones:
Un valor inusualmente elevado de ciertas propiedades fısicas
Su capacidad como disolvente
en las que los enlaces por puente de hidrogeno juegan un papel decisivo
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Agua, disoluciones acuosas y coloides Caracterısticas relevantes del agua
Debido a los enlaces por puente de hidrogeno, el agua:
Amortigua los cambios de temperatura
Su elevado calor especıfico (Ce = q/m∆T ) le permite captar/cedergrandes cantidades de calor con pequenas variaciones de T
La temperatura del cuerpo varıa poco a pesar de una elevacion bruscade la temperatura del medio ambiente o en algun organo.
Aunque la actividad metabolica produce 2000–3000 cal por dıa, la T
es aproximadamente constante.
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Agua, disoluciones acuosas y coloides Caracterısticas relevantes del agua
Debido a los enlaces por puente de hidrogeno, el agua:
Disipa elevaciones localizadas de la temperatura
Su elevada conductividad termica le permite mantener una temperaturauniforme en celulas y tejidos
Evita elevaciones altas y bruscas de la temperatura
Su alto calor latente de evaporacion (calor necesario para evaporar ungramo de agua) es aprovechado en la sudoracion para evitar subidasexcesivas de temperatura que podrıan danar los tejidos
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Agua, disoluciones acuosas y coloides El agua como disolvente
Capacidad del agua como disolvente
Agua como disolvente: facilidad formacion/ruptura enlace de hidrogeno
Buen disolvente de intermedios metabolicos: favorece procesos biologicos
Agua como disolvente: elevada polaridad
Buen disolvente de sustancias polares y compuestos ionicos: solvatacion
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Agua, disoluciones acuosas y coloides El agua como disolvente
Unidades de concentracion mas comunes
Nombre DefinicionMolaridad (M) Moles de soluto / L disolucionMolalidad (m) Moles de soluto / kg disolventeFraccion molar (X) Moles de soluto / moles totalesRazon molar Moles de soluto / moles de disolventeFraccion masica Gramos soluto / gramos totalesRazon masica Gramos soluto / gramos disolventePorcentaje en peso (w/w) (gramos soluto / gramos totales)*100Gramos por litro Gramos soluto / L disolucionPartes por millon (ppm) en peso mg de soluto / kg de disolucionPartes por millon (ppm) en vol. mg de soluto / L de disolucion% soluto g soluto / g totales muestra *100
EJEMPLO: PREPARACION DE DISOLUCIONES.
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Agua, disoluciones acuosas y coloides El agua como disolvente
Repaso de conceptos y problemas §3.1 y §3.2
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
El agua como disolvente
Atkins: §G.3, §G.4, §5.2, §8.8, §8.9
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Disoluciones
Atkins (§G): 5, 6, 9–11, 17, 18, 7, 8, 12–14, 16, 21
1000 problemas: 3.4, 3.15, 3.17, 3.18, 3.5, 3.6, 3.13, 3.21, 3.28, 3.29, 3.33,3.36, 3.47, 3.37, 3.41, 3.45, 8.56, 8.59
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Agua, disoluciones acuosas y coloides Caracterısticas esenciales de las dispersiones coloidales
Estabilidad de dispersiones coloidales
¿Que es una dispersion coloidal?
Es una mezcla heterogenea de partıculas entre 1 y 200 nm, denominadafase dispersa distribuidas en el seno de una fase dispersante.
¿De que depende su estabilidad?
De factores que impidan que las partıculas de la fase dispersa se unanentre sı, separandose de la fase dispersante: iones o emulsificantes
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Agua, disoluciones acuosas y coloides Caracterısticas esenciales de las dispersiones coloidales
Coloides en la alimentacion
Los coloides se clasifican segun el estado de agregacion de la fase dispersay la fase dispersante
F. Dispersante F. Dispersa NombreGas Lıquido/Solido AerosolLıquido Gas/Lıquido/Solido Espuma/Emulsion/SolSolido Gas/Lıquido/Solido Espuma/Gel/Sol
Muchos alimentos son coloides, como las salsas y los derivados lacteos
Mayonesa Crema de leche Nata montada Mantequillaaceite en agua grasa en agua aire en grasa agua en grasa
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Agua, disoluciones acuosas y coloides Caracterısticas esenciales de las dispersiones coloidales
Repaso de conceptos y problemas §3.3
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Caracterısticas generales de los coloides
Atkins: §15.13
Coloides en la alimentacion
H. This (“Molecular Gastronomy”): Caps. 2, 8, 58–63, 88, 89.
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Coloides
Atkins (Cap. 15): 51
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Termoquımica
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica
2 Estructura de la materia
3 Agua, disoluciones acuosas y coloides
4 TermoquımicaEnergıa y reacciones quımicasEl aporte calorico de los alimentos
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
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Termoquımica Energıa y reacciones quımicas
Conceptos termodinamicos previos: sistema y entorno
Tipos de sistemas
Un sistema es aquella parte del Universo que nos interesa estudiar,denominandose pared a la frontera que lo separa del resto, llamadoentorno. Pueden ser abiertos, cerrados o aislados.
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Termoquımica Energıa y reacciones quımicas
Conceptos termodinamicos previos: energıa, trabajo y calor
La energıa, E , de un sistema es la suma de sus energıas interna, U,(composicion); cinetica, Ec , (movimiento) y potencial, Ep, (posicion)
E = U + Ec + Ep
La cantidad de energıa transferida entre un sistema y su entorno que sepuede usar en mover objetos se denomina trabajo (w) y al resto calor (q).
Primer Principio de la Termodinamica∆E = Ef − Ei = q + w
El cambio de energıa en un sistema cerradoes igual a la cantidad de energıa transferidaentre el y su entorno. Sistema en reposo:∆U = q + w .
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Termoquımica Energıa y reacciones quımicas
Energıa en reacciones quımicas. Reaccion estandar.
Al producirse una reaccion quımica cambia la composicion del sistema→ cambia su energıa interna (U =
∑
i niU i )
V constante: ∆U = qvP constante: ∆H = qp (H = U + PV es la entalpıa)
Reaccion estandar (T y P fijas). Entalpıa de reaccion estandar ∆H◦.
Estado inicial: cantidad estequiometricade reactivos en estados estandar
Estado final: cantidad estequiometricade productos en estados estandar
Ejemplo: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2OH◦productos
H◦reactivos
Entalpıa
(H)
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O
∆H◦ = qp < 0
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Termoquımica Energıa y reacciones quımicas
Reaccion estandar de formacion. Ley de Hess.
Reaccion y entalpıa estandar de formacion ∆H◦f
Reaccion estandar en la que se forma un mol de una sustancia a partir delos elementos en su estado mas estable → ∆H◦
f
C+O2 → CO2 ∆H◦
f(1)
H2+1/2O2 → H2O ∆H◦
f(2)
6C+6H2+3O2 → C6H12O6 ∆H◦
f(3)
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ∆H◦
r ?∆H◦
r = 6∆H◦
f(1) + ∆H◦
f(2)−∆H◦
f(3)
Ley de Hess
Si una reaccion quımica se obtiene como combinacion de otras reacciones,la misma combinacion se puede aplicar a ∆H◦ y ∆U◦.
∆H◦=∑prod
ini∆H◦
f(i)−
∑reactj nj∆H◦
f(j)
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Termoquımica Energıa y reacciones quımicas
Repaso de conceptos y problemas §4.1
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Conceptos termodinamicos
Atkins: §6.0–§6.2, §6.4, §6.6
Entalpıa y reaccion estandar
Atkins: §6.9, §6.14, §6.16
Ley de Hess y reaccion de formacion estandar
Atkins: §6.17, §6.19
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Conceptos termodinamicos
Atkins (Cap. 6): 1, 5, 7, 8, 11
1000 problemas (Cap. 9): 2, 3
Entalpıa y reaccion estandar
Atkins (Cap. 6): 39, 40, 42–44
1000 problemas (Cap. 9): 13,
Ley de Hess y entalpıas de formacion estandar
Atkins (Cap. 6): 51, 53, 54, 57, 58, 63, 64, 55, 62, 89, 91, 105
1000 problemas (Cap. 9): 16, 17, 32, 14, 15, 18, 20, 24
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Termoquımica El aporte calorico de los alimentos
El aporte calorico de los alimentos
Las necesidades energeticas del cuerpo humano se proveen por el contenidocalorico de los alimentos: el C y el H de estos se convierten, mediante elmetabolismo oxidativo, en CO2 y H2O, liberandose energıa en el proceso.
Energıa consumida aprox. (kcal)Metabolismo basal 1700Actividad diaria 1650ADE (procesado alim.) 170Total 3520Energıa liberada oxidac. (kcal/g)Aceite de oliva 9Glucosa 3,7Proteınas 5,3-5,9
U◦productos
U◦reactivos
Energıa
interna(U
)
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 6H2O
∆U◦ = qv < 0
Experimentalmente el “valor calorico bruto” (qv = ∆U◦) de un alimentose mide con una bomba calorimetrica
∆U◦ = qv = −(mH2O · Ce,H2O ·∆T + Ccal ·∆T )
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Termoquımica El aporte calorico de los alimentos
Repaso de conceptos y problemas §4.2
Repasa los conceptos y complementalos con las siguientes fuentes
Calorimetrıa
Atkins: §6.5, §6.6, §6.9, §6.15
Aplica tus conocimientos a la resolucion de problemas
Calorimetrıa
Atkins (Cap. 6): 19, 20, 92
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Equilibrios quımicos
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica
2 Estructura de la materia
3 Agua, disoluciones acuosas y coloides
4 Termoquımica
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
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Aplicaciones de los equilibrios quımicos
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica
2 Estructura de la materia
3 Agua, disoluciones acuosas y coloides
4 Termoquımica
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
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Cinetica quımica
Resumen del Tema
1 Conceptos fundamentales en Quımica
2 Estructura de la materia
3 Agua, disoluciones acuosas y coloides
4 Termoquımica
5 Equilibrios quımicos
6 Aplicaciones de los equilibrios quımicos
7 Cinetica quımica
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
a) Determine la masa molar de cada una de las especies involucradas.
MNaH2PO4 = 22, 9898 + 2 · 1, 0079 + 30, 9738 + 4 · 15, 9994 g/mol =119,9770 g/molMNaHCO3 = 22, 9898 + 1, 0079 + 12, 011 + 3 · 15, 9994 g/mol =84, 007 g/molMNa2HPO4 = 2 · 22, 9898 + 1, 0079 + 30, 9738 + 4 · 15, 9994 g/mol =141, 9589 g/molMH2O = 2 · 1, 0079 + 15, 9994 g/mol = 18, 0152 g/molMCO2 = 12, 011 + 2 · 15, 9994 g/mol = 44, 010 g/mol
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
b) Calcule el numero de moles de NaH2PO4 presentes en 20,00 g dedicha sustancia. ¿Cuantos atomos de Na, H, P y O hay en dichacantidad?
nNaH2PO4= 20,00 g
119,9770 g/mol = 0.1667 mol
Atomo ni = νi · nNaH2PO4Ni = ni · 6, 023× 1023
Na 0.1667 1, 004×1023
H 2·0.1667=0.3334 2, 008×1023
P 0.1667 1, 004×1023
O 4·0.1667=0,6668 4, 016×1023
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
c) ¿Que masa de CO2 se obtendrıa al mezclar 20,00 g de NaH2PO4 con excesode NaHCO3?
De la reaccion ajustada se tiene que, por cada mol de NaH2PO4 quereacciona, se forma uno de CO2.
Como hay exceso de NaHCO3, el reactivo limitante es el NaH2PO4.
Por tanto, se forman tantos moles de CO2 como moles de NaH2PO4
reaccionan. Asumiendo que reaccionan todos, se tiene pues que:nCO2
= nNaH2PO4= 0, 1667 mol.
Una vez conocidos los moles de CO2 formados, determinamos la masa deeste ultimo: mCO2
= nCO2·MCO2
= 0, 1667 mol · 44, 010 g/mol = 7, 336 g.
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
d) ¿Que masa de CO2 se obtendrıa al mezclar 20,00 g de NaHCO3 con excesode NaH2PO4?
De la reaccion ajustada se tiene que, por cada mol de NaHCO3 quereacciona, se forma uno de CO2.
Como hay exceso de NaH2PO4, el reactivo limitante es el NaHCO3.
Por tanto, se forman tantos moles de CO2 como moles de NaHCO3
reaccionan. Asumiendo que reaccionan todos, se tiene pues que:nCO2
= nNaHCO3= 20,00 g
84,007 g/mol = 0, 2381 mol.
Una vez conocidos los moles de CO2 formados, determinamos la masa deeste ultimo: mCO2
= nCO2·MCO2
= 0, 2381 mol · 44, 010 g/mol = 10, 478 g.
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
e) En vista del anterior resultado, ¿cual es el reactivo limitante si mezclamos20 g de NaH2PO4 con 20 g de NaHCO3?
Como, por cada mol de NaH2PO4 se consume uno de NaHCO3, aquel delque tengamos menos moles sera el reactivo limitante.
De los dos apartados anteriores se tiene que nNaH2PO4= 0, 1667 mol y
nNaHCO3= 0, 2381 mol, por lo que el reactivo limitante es el NaH2PO4.
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
f) ¿Cuantos gramos de CO2 se obtendrıan en las condiciones del apartado e)?¿Cuantas moleculas de CO2 hay en dicha cantidad?
Dado que el reactivo limitante es del NaH2PO4 reaccionaran los 0,1667moles de este con 0,1667 moles de NaHCO3, del cual sobraran0,2381-0,1667=0,0714 mol.
Por tanto, se formaran 0,1667 mol de CO2, obteniendose masamCO2
= nCO2·MCO2
= 0, 1667 mol · 44, 010 g/mol = 7, 336 g.
El numero de moleculas contenido en dicha cantidad de moles es deNCO2
= 0, 1667 · 6, 023× 1023 = 1, 004× 1023.
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Problemas del Tema 1
Problema tıpico de estequiometrıa
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
g) ¿Cual serıa el rendimiento porcentual de la reaccion si la masa de CO2
realmente obtenida en las condiciones del apartado e) fuese de 6,24 g?
Aplicando la definicion de rendimiento porcentual, y sabiendo que comomaximo se podrıan obtener 7,336 g de CO2, se tiene que:
R =6, 24 g
7, 336 g× 100 = 85, 1%
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Problemas del Tema 2
Problema tıpico de estructuras de Lewis y TRPECV
Determine la estructura de Lewis de la molecula de SiCl4.Un procedimiento general consiste en realizar los siguientes pasos:
a) Se calcula V = suma de los electrones de valencia de cada atomo
V = VSi + 4 · VCl = 4 + 4 · 7 = 32
(Se adiciona un numero de electrones igual a la carga del anion o sesustrae un numero de electrones igual a la carga del cation.Innecesario en este caso.)
b) Se calcula A = 6N + 2; N = numero de atomos distintos del H
A = 6 · 5 + 2 = 32
(A es el numero mınimo de electrones necesarios para formar unaestructura no cıclica mediante enlaces simples.)
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Problemas del Tema 2
Problema tıpico de estructuras de Lewis y TRPECV
Determine la estructura de Lewis de la molecula de SiCl4.Un procedimiento general consiste en realizar los siguientes pasos:
c) Se calcula el numero de enlaces extra EE = (A− V )/2
Si EE = 0 no hay ni enlaces multiples ni anillos.
Si EE = 1 habra un enlace doble o un anillo.
Si EE = 2 habra o dos enlaces dobles o dos anillos o un enlace doble y unanillo o un enlace triple.
Si EE =-1 solo enlaces simples, atomo central con 10 electrones: octetoexpandido (tercer periodo en adelante).
Si EE =-2 solo enlaces simples, atomo central con 12 electrones: octetoexpandido (tercer periodo en adelante).
EE = (A− V )/2 = 0 7−→ no hay enlaces multiples.
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Problemas del Tema 2
Problema tıpico de estructuras de Lewis y TRPECV
Determine la estructura de Lewis de la molecula de SiCl4.Un procedimiento general consiste en realizar los siguientes pasos:
d) Se anaden pares de electrones sin compartir hasta que se cumpla laregla del octeto (u octeto expandido)
Si��
..Cl:..
@@..Cl:..
��..:Cl..
@@
..:Cl..
e) Se comprueba que los pares de electrones de la molecula son V /2
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Problemas del Tema 2
Problema tıpico de estructuras de Lewis y TRPECV
Determine la estructura de Lewis de la molecula de SiCl4.Una vez conocida la estructura de Lewis, podemos usar el metodo RPECVpara determinar la disposicion de los enlaces
NST= 4, NPS= 0 7−→ tetraedrica
����Si
..:Cl:
!!..:Cl..
:Cl:..
aa..Cl:..
TRPECV
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Problemas del Tema 2
Problema tıpico de estequiometrıa y gases
La siguiente reaccion entre el dihidrogenofosfato sodico y el bicarbonatosodico se produce al emplear ciertas levaduras
NaH2PO4(ac) + NaHCO3(ac) → Na2HPO4(ac) + H2O(l) + CO2(g)
¿Que volumen de CO2 se obtendrıa al mezclar 20,00 g deNaH2PO4 con exceso de NaHCO3 a 25◦C y 1 atm?
De la reaccion ajustada se tiene que, por cada mol de NaH2PO4 quereacciona, se forma uno de CO2.
Como hay exceso de NaHCO3, el reactivo limitante es el NaH2PO4.
Por tanto, se forman tantos moles de CO2 como moles de NaH2PO4
reaccionan. Asumiendo que reaccionan todos, se tiene pues que:nCO2 = nNaH2PO4 = 0, 1667 mol.
Conocido nCO2 , determinamos el volumen con la ecuacion de estadodel gas idealV = nCO2
RT/P= 0,1667 mol · 0,082 atm L/mol K · 298 K/1 atm=4,07 L.
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Problemas del Tema 3
Problema tıpico de preparacion de disoluciones
Queremos preparar 1 litro de cada una de las dos siguientes disolucionesde sacarosa (M=342,3 g/mol) siguientes: 0,01 M y 0,04 M.
a) ¿Cuantos gramos de sacarosa es necesario pesar en cada caso?
Como [sac] = nsac/V y conocemos el valor de V y [sac], despejamoslos moles en cada caso nsac = [sac] · V :0,01 M → nsac. = 0,01 mol/L·1 L=0,01 mol0,04 M → nsac. = 0,04 mol/L·1 L=0,04 mol
Multiplicando los moles por la masa molar obtenemos los gramos quehay que pesar de sacarosa en cada caso: 3,42 g y 13,69 g,respectivamente.
Una vez pesadas las cantidades anteriores las pasarıamos a un matrazaforado de un litro y anadirıamos agua hasta la marca del enrase.
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Problemas del Tema 3
Problema tıpico de preparacion de disoluciones
Queremos preparar 1 litro de cada una de las dos siguientes disolucionesde sacarosa (M=342,3 g/mol) siguientes: 0,01 M y 0,04 M.
b) ¿Que volumen de la disolucion 0,4 M es necesario pipetear parapreparar 1 litro de la disolucion 0,1 M?
Al diluir una disolucion anadiendo disolvente, los moles de soluto nocambian, pero al aumentar el volumen la concentracion disminuye
nsac = [sac]conc · Vconc = [sac]dil · Vdil
Despejando, es necesario pipetear y verter en un aforado de 1 L
Vconc = Vdil ·[sac]dil[sac]conc
= 1 L ·0, 1 M
0, 4 M= 0, 25 L
Despues anadimos agua hasta la marca del matraz aforado.
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