Fundamentos de Química: Reacciones, Disoluciones y Propiedades de la Materia

Conceptos Fundamentales de Concentración y Estequiometría

La concentración de una disolución se puede expresar de diversas maneras:

• Gramos por litro (g/L): Masa de soluto en gramos por cada litro de disolución.
• Molaridad (M): Moles de soluto por cada litro de disolución. Se calcula como M = (g/L) / masa molar del compuesto.
• Densidad: Relación entre la masa y el volumen de una disolución (Densidad = masa/volumen).
• Porcentaje en masa (% masa): Gramos de soluto presentes en cada 100 g de disolución.

Una relación útil para la concentración es: Densidad × % masa / 100 = concentración en gramos/litro (g/L).

Equivalencias de Presión: 1 atmósfera (atm) = 10⁵ Pascales (Pa).

Ejemplo Práctico: Preparación de Disoluciones

Ejemplo: ¿Cómo prepararías 200 mL de Ca(OH)₂ 1 M?

1. Primero, calculamos la masa molar del Ca(OH)₂: 74 g/mol.
2. Convertimos el volumen a litros: 200 mL = 0.2 L.
3. Para una disolución 1 M, necesitamos 1 mol de soluto por litro. Por lo tanto, para 0.2 L, necesitamos 0.2 moles.
4. Calculamos la masa necesaria: Masa = 0.2 moles × 74 g/mol = 14.8 gramos.

Para cálculos estequiométricos, se suelen seguir estos pasos:

1. Ajustar la ecuación química.
2. Utilizar una tabla estequiométrica con columnas como: Sustancias, Moles iniciales, Gramos iniciales, Gramos problema.

Tipos de Reacciones Químicas

Las reacciones químicas son procesos en los que una o más sustancias se transforman en otras diferentes. Se clasifican en varios tipos:

• Combustión: Reacción con oxígeno, generalmente exotérmica (libera energía), conocida comúnmente como 'quemar'.
• Síntesis o Formación: Unión de dos o más sustancias simples para formar una más compleja. Ejemplo: 3H₂ + N₂ → 2NH₃.
• Descomposición: Una sustancia se descompone en dos o más sustancias más simples, o incluso en sus elementos constituyentes.
• Sustitución o Desplazamiento Simple: Un elemento sustituye a otro dentro de un compuesto.
• Doble Sustitución o Metátesis: Dos elementos (o iones) se intercambian entre dos compuestos diferentes.

Cinética Química: Velocidad de Reacción y Factores

Para que dos sustancias reaccionen, es necesario que se produzca el choque o colisión entre ellas.

• Energía de Activación: Es la energía mínima necesaria para que se produzca una reacción química.
• Velocidad de una Reacción: Es la rapidez con la que desaparecen los reactivos o la rapidez con la que se forman los productos.

Las reacciones pueden clasificarse por su velocidad en:

• Instantánea
• Rápida
• Lenta
• Muy Lenta

Factores que Afectan la Velocidad de Reacción:

• Concentración de Reactivos: Al aumentar la concentración de los reactivos, generalmente aumenta la velocidad de reacción.
• Grado de División (Superficie de Contacto): Al aumentar la superficie de contacto de los reactivos (por ejemplo, pulverizando un sólido), aumenta la velocidad de la reacción.
• Temperatura de Reacción: Al aumentar la temperatura (T), aumenta la energía cinética de las moléculas y, por ende, la velocidad de reacción.
• Catalizadores: Sustancias que modifican la velocidad de reacción sin consumirse en el proceso. Los catalizadores positivos la aumentan, mientras que los negativos (inhibidores) la reducen.

Ley de Conservación de la Masa

Ley de Conservación de la Masa (Ley de Lavoisier): En toda reacción química que ocurre en un sistema cerrado, la masa total de los reactivos es igual a la masa total de los productos.

Clasificación de la Materia: Mezclas y Sustancias Puras

Mezclas

Una mezcla es la unión de dos o más componentes que no reaccionan químicamente entre sí. Sus propiedades y composición son variables. Pueden separarse en sus componentes originales mediante métodos físicos como destilación, filtración o decantación.

Las mezclas pueden ser:

• Mezclas Heterogéneas: Aquellas en las que se distinguen sus componentes a simple vista o con ayuda de un microscopio, y su composición varía en diferentes puntos (ej. granito, cemento).
• Mezclas Homogéneas: Aquellas en las que no se distinguen sus componentes y tienen la misma composición y propiedades en todos sus puntos (ej. café, gasolina).

Disoluciones

Las disoluciones son un tipo específico de mezcla homogénea, formadas por dos componentes principales:

• Soluto: El componente que se encuentra en menor proporción y es el que se disuelve.
• Disolvente: El componente que se encuentra en mayor proporción y es el medio en el que se disuelve el soluto.

Clasificación de Disoluciones según su Concentración:

La concentración de una disolución se refiere a la proporción de soluto presente en ella.

• Disoluciones Diluidas: Contienen una pequeña proporción de soluto en relación con el disolvente.
• Disoluciones Concentradas: Contienen una proporción significativa de soluto.
• Disoluciones Saturadas: Contienen la máxima cantidad de soluto que puede disolverse en una cantidad dada de disolvente a una temperatura y presión específicas.
• Disoluciones Sobresaturadas: Contienen una proporción de soluto mayor de la que normalmente podría estar disuelta en condiciones normales, siendo a menudo inestables.

Un precipitado es un sólido que se ha formado y separado de una disolución, generalmente debido a una reacción química o a la sobresaturación.

Sustancias Puras

Las sustancias puras poseen una composición fija y propiedades constantes y características. No pueden separarse en otras sustancias más simples mediante procesos físicos.

Las sustancias puras pueden ser:

• Compuestos: Sustancias puras que pueden descomponerse en dos o más elementos mediante procesos químicos (ej. agua (H₂O), lejía (NaClO)).
• Elementos: Sustancias puras que no pueden descomponerse en otras más sencillas por ningún método químico (ej. azufre (S), oro (Au), cobre (Cu), hierro (Fe), oxígeno (O₂)).