Fundamentos de Química: Equilibrio, Ácidos, Bases y Reacciones

Equilibrio Químico

Al comienzo de una reacción reversible, las altas concentraciones de los reactivos implican una velocidad de reacción elevada hacia los productos. A medida que la reacción progresa, la concentración de los productos aumenta, incrementando la velocidad de la reacción inversa (de productos a reactivos). Eventualmente, ambas velocidades se igualan, alcanzando el equilibrio químico. En este punto, la formación y descomposición de moléculas se equilibran, manteniendo constantes las concentraciones de las sustancias involucradas.

Constante de Equilibrio

La ley de acción de masas establece que, en una reacción reversible en equilibrio, el cociente entre el producto de las concentraciones de los productos y el producto de las concentraciones de los reactivos, cada una elevada a su coeficiente estequiométrico, es una constante a temperatura constante.

Concepto de Ácido Según Brönsted-Lowry

Un ácido es una sustancia capaz de ceder protones (iones hidrógeno, H⁺). Una base es una sustancia capaz de aceptar protones. Para que un ácido actúe como tal, necesita una base que acepte los protones cedidos. En disoluciones acuosas, el agua actúa como base frente a los ácidos y como ácido frente a las bases.

Fuerzas Relativas de Ácidos y Bases en Medio Acuoso

Un ácido fuerte se disocia en gran medida en disolución, resultando en una alta concentración de iones hidronio y una baja concentración en forma molecular. Un ácido débil se disocia poco en disolución, con una concentración molecular mucho mayor que la concentración iónica. El grado de disociación representa la fracción de moles disociados por cada mol inicial de ácido o base.

Ley de Hess

La cantidad de calor liberada o absorbida en una reacción química depende únicamente de los estados inicial y final del sistema, independientemente de los estados intermedios. Esta cantidad de calor (a presión constante) coincide con la variación de entalpía, que es una función de estado. La ley de Hess permite calcular calores de reacción que no se pueden medir directamente.

Concepto de pH

Para simplificar el manejo de potencias negativas de 10 al expresar la concentración de iones hidrógeno, se utiliza la notación de pH. En una disolución ácida, el pH es menor que 7; en una disolución básica, el pH es mayor que 7. Una disolución neutra tiene un pH de 7. El pOH, análogo al pH para la concentración de iones hidróxido, se relaciona con el pH: pH + pOH = 14.

Concepto Electrónico de Oxidación-Reducción

La oxidación es la pérdida de electrones, mientras que la reducción es la ganancia de electrones. Estos procesos siempre están acoplados: si una sustancia se oxida (pierde electrones), otra debe reducirse (ganar electrones). Estas reacciones se denominan reacciones de oxidación-reducción o redox.

Concepto de Solubilidad

La solubilidad de un soluto en un disolvente a una temperatura dada es la concentración del soluto en una disolución saturada. La temperatura influye significativamente en la solubilidad.

Factores que Afectan a la Solubilidad

• Naturaleza de la sustancia: Algunas sustancias son muy solubles en un disolvente, mientras que otras son poco solubles o insolubles.
• Naturaleza del disolvente: La solubilidad de una sustancia varía según el disolvente.
• Temperatura: Generalmente, la solubilidad de sólidos en líquidos aumenta con la temperatura.
• Presencia de un ion común: La solubilidad de una sal disminuye en una disolución que ya contiene uno de sus iones.

Concepto de Elemento y Compuesto

Materia es todo lo que ocupa espacio y tiene masa. Un sistema material es una porción limitada de materia. Los sistemas materiales se clasifican en heterogéneos (con zonas diferenciadas y propiedades distintas) y homogéneos (sin zonas diferenciadas). Los sistemas homogéneos que no se pueden separar en otros por medios físicos son sustancias puras. Las sustancias puras que no se pueden descomponer químicamente en otras sustancias son elementos. Las sustancias puras que se pueden descomponer químicamente en dos o más elementos son compuestos. Un átomo es la menor cantidad de un elemento que conserva sus propiedades químicas. Una molécula es la menor cantidad de una sustancia pura que conserva sus propiedades químicas. Los sistemas homogéneos que se pueden separar en dos o más sustancias puras por medios físicos son disoluciones.