Conceptos Fundamentales de Estequiometría y Disoluciones Químicas

Repaso de Conceptos Químicos Fundamentales

Segundo Lapso: Fundamentos de Estequiometría

La estequiometría es el estudio de las proporciones ponderales o volumétricas de las sustancias reaccionantes y productos en una reacción química.

Términos Clave en Estequiometría

• Átomos: Estructura que forma la unidad básica de cualquier elemento.
• Peso Atómico: Cantidad adimensional que representa la razón de las masas de los átomos de un elemento.
• Moléculas: Partícula neutra formada por un conjunto de átomos ligados por enlaces covalentes.
• Peso Molecular: Es la suma de los pesos atómicos de los elementos químicos que componen una molécula.
• Sustancias: Cualquier material con una composición química definida, sin importar su procedencia.
• Reactivo Límite: Es aquel reactivo que se consume primero en una reacción química y determina la cantidad máxima de producto obtenido.
• Mol: Es la cantidad de sustancia que contiene el número de Avogadro de partículas (átomos, moléculas, etc.). Equivale a la masa molar expresada en gramos.
• Partícula: Cada uno de los corpúsculos que constituyen el átomo (protones, neutrones, electrones).
• Reactivo en Exceso: Es aquel reactivo que se encuentra en mayor cantidad con respecto al otro reactivo y sobra al finalizar la reacción.
• Constante de Avogadro: Es una constante que indica la cantidad de unidades (átomos, moléculas, iones, etc.) presentes en un mol de sustancia (aproximadamente $6.022 \times 10^{23}$ unidades/mol).
• Fórmula Empírica: Esta expresión indica en números enteros la proporción mínima de los átomos de cada elemento en un compuesto químico.
• Composición Centesimal: Señala el porcentaje en masa de cada uno de los elementos que contiene un compuesto.
• Fórmula Molecular: Indica el número y tipo exactos de átomos que forman una molécula.

Tercer Lapso: Disoluciones y Concentración

Las disoluciones son mezclas homogéneas de dos o más sustancias.

Componentes de una Disolución

• Soluto: Es el componente que se disuelve (generalmente en menor cantidad).
• Solvente (o Disolvente): Es el componente capaz de disolver al soluto (generalmente en mayor cantidad).
• Solución: Mezcla ópticamente homogénea formada por dos componentes llamados soluto y solvente.

Propiedades de las Disoluciones

• Homogeneidad: Las partículas son invisibles, incluso al microscopio, lo que resulta en una uniformidad total.
• Solubilidad: Medida que permite determinar cuánta cantidad de soluto se puede disolver en un solvente a una temperatura específica.
• Miscibles: Sustancias que se pueden mezclar para formar una solución homogénea.
• Inmiscibles: Sustancias que no se pueden mezclar, como el agua y el aceite.

Concentración de las Disoluciones

La Concentración es la cantidad de sustancia disuelta en un determinado peso o volumen de disolvente o disolución.

Unidades de Concentración Comunes

• Molaridad ($M$): Es la cantidad de moles de soluto que se encuentran contenidos en un litro de solución.
• Molalidad ($m$): Es la cantidad de moles de soluto que se encuentran contenidos en un kilogramo de solvente.
• Normalidad ($N$): Es la cantidad del número de equivalente gramo ($ ext{eq-g}$) de soluto que están contenidos en un litro de solución.
• Volumen Molar: Es el espacio que ocupa un mol de molécula gaseosa en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT).

Clasificación de las Disoluciones (Según la Cantidad de Soluto)

Para disoluciones de sólido en líquido, se clasifican comúnmente como:

1. Diluida: Son aquellas soluciones donde la cantidad de soluto es pequeña con respecto al solvente.
2. Concentrada: La cantidad del soluto es proporcional a la cantidad del solvente. Estas se subdividen en:
   • Insaturadas: Contienen soluto disuelto sin llegar al punto de saturación.
   • Saturadas: Tienen la máxima cantidad de soluto disperso en el solvente que pueden contener a una temperatura determinada.
   • Sobresaturadas: Son aquellas soluciones donde la cantidad de soluto disuelto en el solvente es mayor que la que puede aceptar a una temperatura determinada (generalmente inestables).

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción

La rapidez o velocidad de reacción depende del estado físico de los reactivos:

Efecto del Estado Físico

• En los gases: La distancia entre las moléculas es considerable y están dotadas de una elevada energía cinética, lo que favorece las colisiones efectivas.
• En los líquidos: Las moléculas están más próximas; el movimiento molecular es más limitado que en los gases. Por lo tanto, como los movimientos de las partículas son más lentos, la velocidad de la reacción disminuye en comparación con los gases.
• En los sólidos: El movimiento de las moléculas se reduce a vibraciones dentro de posiciones determinadas. La energía cinética es muy baja, por lo tanto, la velocidad de la reacción es muy pobre y, prácticamente, las reacciones en esta fase no se completan con facilidad.