Conceptos básicos de química: mol, concentración, ácidos, bases, pH y velocidad de reacción

Conceptos fundamentales de química

1. El mol

Un mol es la cantidad de sustancia de cualquier sustancia que contiene el número de Avogadro, es decir, 6.022 × 10²³ elementos de esa sustancia.

2. Masa molecular

La masa molecular de una molécula es la suma de las masas atómicas de todos sus componentes. Por ejemplo, la del fosfato amónico (NH₄)₃PO₄ es:

14.0 + 4 × 1.0 × 3 + 30.97 + 4 × 16.0 = 54.0 + 30.97 + 64.0 = 148.97

3. Formas de expresar la concentración

Las sustancias raramente son puras y suelen presentarse en forma de mezcla de uno o varios componentes. Estas mezclas pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas; cuando son dos componentes, se suele denominar soluto al que está en menor proporción y disolvente al otro.

• Porcentaje en peso: A = (m_A / (m_A + m_B + m_C + ...)) × 100
• Porcentaje en volumen: A = (v_A / v_total) × 100
• Fracción molar: X_A = nº moles A / nº moles totales
• Molaridad (M): M = nº moles A / vol. (L) de disolución
• Molalidad (m): m = nº moles A / vol. (kg) de disolvente
• Normalidad (N): N = nº equivalentes A / vol. (L) de disolución

4. Reacciones químicas

Una reacción química representa un fenómeno químico donde unas sustancias llamadas reactivos se transforman en otras llamadas productos. En la simbología de las reacciones químicas se representan las sustancias que intervienen, los sentidos de la reacción, las condiciones de presión, temperatura, energía, catalizadores, fases y los coeficientes estequiométricos.

5. Ácidos y bases

Ácido: toda sustancia capaz de ceder iones H⁺. Ejemplo: AH ⇌ A^- + H⁺

Base: toda sustancia capaz de dar iones OH^-. Ejemplo: HCl + NaOH → NaCl + H₂O

¿Y el AlCl₃?

Hay sustancias como el AlCl₃ (tricloruro de aluminio) que tienen un comportamiento ácido y, sin embargo, no son ácidos con la definición de Brønsted-Lowry porque no tienen H⁺ que ceder. Posteriormente, Lewis amplió el concepto de ácido en el sentido de ser toda sustancia capaz de aceptar electrones, o de ser electrófila.

La acidez de un medio viene dada por la concentración de H⁺ que hay en ese medio: cuantos más H⁺ haya, más ácido será. Pero hay un límite, que viene dado por la disociación del agua.

pH

Una forma de medir la acidez es medir la concentración de H⁺. El pH es: pH = -log[H⁺]. El logaritmo de un número es el exponente al que hay que elevar la base del logaritmo para que nos dé el número dado.

6. Velocidad de reacción

La formación de un enlace requiere una serie de condiciones, por lo que muchas interacciones entre los reactivos no son eficaces: la orientación de las moléculas, la energía de los choques, la abundancia de reactivos, etc. son algunos factores que limitan la reacción.

La velocidad de reacción puede definirse sobre:

• Los reactivos: r_A = -Δ[A]/Δt
• Los productos: r_B = Δ[B]/Δt

Factores que influyen en la velocidad de reacción

1. La temperatura: facilita la velocidad de reacción porque un mayor número de moléculas de reactivo podrán alcanzar el estado de activación.
2. La concentración de los reactivos: cuanto más concentrados estén, más