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UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN SIMÓN FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL Ing. Boris Moreira Rosas 2021 Peso Equivalente • El peso equivalente o peso de combinación es la cantidad de una sustancia capaz de combinarse o desplazar 1 parte en masa de H2, 8 partes en masa de O2 ó 35,5 partes en masa de Cl2. • De este concepto podemos notar que los pesos equivalentes del H2, O2, Cl2 están establecidos como cantidades estándares de referencia. • Cabe indicar que el H2, O2 y Cl2 se toman convencionalmente como elementos de referencia ya que se combinan con la mayoría de los elementos para formar una gran variedad de compuestos químicos. Peso Equivalente Ejemplo 1: En la reacción se observa que 23 g de Na es químicamente equivalente a 1 g de H2 (Dato.: Peso atómico Na = 23 , H = 1) Peso Equivalente Ejemplo 2: en la reacción se observa que 23 g de Na es químicamente equivalente a 8 g de O2 (Dato.: Peso atómico Na = 23 , O = 16) Peso Equivalente De los dos primeros ejemplos podemos deducir que 1 g de H2 es químicamente equivalente a 8 g de O2. Esto significa que si ambos elementos se combinan lo harían en la proporción en masa de 1 a 8, lo cual es compatible con las pruebas experimentales. Este ejemplo nos indica que no es necesario realizar la combinación química para determinar la proporción de combinación entre las sustancias químicas y se puede llegar a ello por concepto de equivalencia. En la siguiente figura se indica cantidades equivalentes en masa o pesos equivalentes del Na, O2 y H2 Determinación del Peso Equivalente de un Elemento Existe una forma sencilla de calcular el peso equivalente de los elementos, para ello se debe conocer el peso atómico (PA) y su respectiva capacidad de combinación, es decir, su valencia (Val). Recordar¡¡ La valencia es una característica de los elementos químicos ya que esta relacionada con su capacidad de combinación, por lo general es numéricamente igual al estado de oxidación. Existen elementos que tienen una sola valencia y por ende tendrán un único valor de peso equivalente, tal es el caso de: Determinación del Peso Equivalente de un Elemento Calcule el peso equivalente del potasio y magnesio. P.A. (uma) : Mg = 24 ; K = 39 Solución: Los elementos que tienen más de una valencia tendrán más de un peso equivalente. Determinación del Peso Equivalente de un Elemento Calcule el peso equivalente del hierro (P.A. = 56) en los siguientes compuestos. a. FeO b. Fe2O3 Solución: Determinación del Peso Equivalente de un Elemento Se puede determinar el peso equivalente de los diversos elementos químicos realizando la combinación con elementos cuyo peso equivalente se conoce. Calcule el peso equivalente del bromo en base a la siguiente reacción química (Peso atómico: Br = 80 , H = 1) Nótese que simplificamos hasta llegar al peso equivalente estándar del hidrógeno (H2) = 1 Determinación del Peso Equivalente de un Elemento Calcule el peso equivalente del aluminio en base a la siguiente reacción química (Peso atómico: Aluminio = 27 , O = 16) Nótese que simplificamos hasta llegar al peso equivalente estándar del oxígeno (O2) = 8 Determinación del Peso Equivalente de un Óxido El peso equivalente de un oxido es aquella cantidad que se produce a partir de 8 partes en masa de O2. Ejemplo 1: Calcule el peso equivalente del siguiente oxido: CaO Ejemplo 2: Calcule el peso equivalente del siguiente oxido: Al2O3 Determinación del Peso Equivalente de un Óxido La forma práctica para determinar el peso equivalente de los óxidos es: Donde Ө = carga total o neta del catión. Veamos dos ejemplos: Ejemplo 3: Calcule el peso equivalente del siguiente oxido: Na2O Determinación del Peso Equivalente de un Óxido Ejemplo 4: Calcule el peso equivalente del siguiente oxido: Al2O3. Determinación del Peso Equivalente de Hidróxidos El peso equivalente de los hidróxidos representa la cantidad que es capaz de producir por disociación 1 mol de ion hidróxido, OH-. Ejemplo 5: Calcule el peso equivalente del NaOH (M =40 uma) Ejemplo 6: Calcule el peso equivalente del Ca(OH)2 (M = 74). Determinación del Peso Equivalente de Hidróxidos La forma práctica para calcular el peso equivalente de un hidróxido o base es: donde: • M: peso molecular del compuesto • Ө: número de OH- generados en la disociación. Ejemplo 7: Calcule el peso equivalente del Al(OH)3 (peso molecular: M = 78) Ejemplo 8: Calcule el peso equivalente del Ba(OH)2 (peso molecular: M = 171) Determinación del Peso Equivalente de Ácidos El peso equivalente de los ácidos representa la cantidad capaz de producir 1 mol de protones (H+) en una ionización. Ejemplo 1: Calcule el peso equivalente del HNO3 (peso molecular: M = 63), y peso equivalente de H2SO4 (M = 98) al disolver estos ácidos en el agua. Para el HNO3 Para el H2SO4 Determinación del Peso Equivalente de Ácidos Los ácidos al ionizarse no liberan necesariamente todos los hidrógenos presentes en su composición, por consiguiente para determinar el numero de hidrógenos ionizables o hidrógenos ácidos, se debe realizar la estructura de Lewis. A continuación señalamos la forma práctica para calcular el peso equivalente de ácidos. donde: M: peso molecular del compuesto Ө: número de hidrógenos ionizable Ejemplo 2: Calcule el peso equivalente del HCl (peso molecular: M = 36,5) Determinación del Peso Equivalente de Ácidos Ejemplo 3: Calcule el peso equivalente del H2SO4 (peso molecular: M = 98) Ejemplo 4: Calcule el peso equivalente del H4SiO4 (peso molecular: M = 96) Pesos equivalentes en reacciones de metátesis (no redox) Son aquellas en donde no hay variación del número de oxidación, se les llama también reacciones de doble desplazamiento. Ejemplo 1: Calcule el peso equivalente del acido nítrico, HNO3, en la siguiente reacción de neutralización. HNO3(ac) + Ca(OH)2(ac) → Ca(NO3)2(ac) + H2O(l) Solución: H+1NO3 -1(ac) + Ca+2(OH)2 -1(ac) → Ca+2(NO3)2 -1(ac) + H2 +1O-2(l) El peso atómico del HNO3 es 63 gr. Se observa que 1 mol de HNO3 (63 gr.) es capaz de producir 1 mol de H+ Entonces: Pesos equivalentes en reacciones de metátesis (no redox) Ejemplo 2: Calcule el peso equivalente del acido fosfórico, H3PO4 (M = 98), en la siguiente reacción de neutralización. H3PO4(ac) + KOH(ac) → K2HPO4(ac) + H2O(l) Solución: Se observa que 1 mol de H3PO4 (98 g) suministra en la reacción 2 mol de H + Entonces: Pesos equivalentes en reacciones de metátesis (no redox) Ejemplo 3 Calcule el peso equivalente del carbonato sódico, Na2CO3, en la siguiente reacción. Na2CO3(ac) + CaCl2(ac) → CaCO3(s) + NaCl(ac) Solución: Na2 +1CO3 -2(ac) + Ca+2Cl2 -1(ac) → Ca+2CO3 -2(s) + Na+1Cl-1(ac) Sabemos que: P.A. (Na) = 23 M (CO3) = 60 Se observa que los iones en Na2CO3 conservan su carga en el proceso químico, por lo que: P.E. (Na2CO3) = P.E. (Na +) + P.E. (CO3 -2) P.E. (Na2CO3) = 23 / 1 + 60/2 P.E. (Na2CO3) = 53 Peso Equivalente en Reacciones Redox En estas reacciones encontramos un cambio en el número de oxidación, por lo cual existe pérdida y ganancia de electrones. El peso equivalente de las sustancias químicas esta íntimamente relacionado con el numero de electrones involucrados en el proceso. El peso equivalente del agente oxidante es aquella cantidad capaz de ganar 1 mol de electrones. El peso equivalente del agente reductor es aquella cantidad capaz de ceder 1 mol de electrones. Peso Equivalente en Reacciones Redox Ejemplo 1 Calcule el peso equivalente del agente oxidante y del agente reductor en la siguiente reacción. CuO + NH3 → Cu + N2 + H2O Resolución Para reconocer al agente oxidante y al agente reductor debemos determinar la carga de cada elemento aplicando las reglas de estado de oxidación ya conocidas. Peso Equivalente en Reacciones Redox Formando las semireacciones: Para el agente reductor CuO (P.M = 79,5) Para el agente oxidante NH3 (P.M = 17)Equivalente Gramo (Eq-g) Peso equivalente o equivalente químico no tiene unidades, por ello es necesario atribuirle una unidad: el gramo. Surge así el concepto de equivalente-gramo, por lo tanto: 1Eq-g = (PE) g Esto significa que un equivalente-gramo de cualquier sustancia química es igual a su peso equivalente expresado en gramos. Ejemplo 1 Calcule la masa de 1 Eq-g de H2 ; 5 Eq-g de Ca y 0,8 Eq-g de NaOH. Solución: PE (H2) = 1 PE (Ca) = 20 PE (NaOH) = 40 Entonces: 1 Eq-g (H2) = 1 g 5 Eq-g (Ca) = 5 x 20 = 100 g 0,8 (NaOH) = 0,8 x 40 =32 g Equivalente Gramo (Eq-g) Ejemplo 2: En un frasco de un litro de capacidad se tienen 612,5 g de acido sulfúrico y H2SO4 al 20% en masa. Dado que esta solución se emplea fundamentalmente para neutralizar bases, ¿Cuántos Eq-g del acido están presentes en el frasco? Solución: Calculemos la masa del ácido sulfúrico (H2SO4) puro: Peso (H2SO4) = 20 % 612,5 = 122,5 gr. Cálculo del peso equivalente del H2SO4 PE (H2SO4) = 98/2 = 49 El número de equivalentes gramos lo calculamos por regla de tres simple: X = 122,5 / 49 = 2,5 Eq-g Equivalente Gramo (Eq-g) Del ejemplo anterior podemos deducir que si se tienen W gramos de una sustancia pura, cuyo peso equivalente en una determinada reacción es PE, entonces el número de equivalente-gramo estará dado por: Ley del Equivalente Químico Establece que en una reacción química la masa de las sustancias que reaccionan y la masa de las sustancias producidas son proporcionales a sus respectivos pesos equivalentes, es decir, se consumen y se forman con igual numero de equivalente-gramo. Ejemplo 1: Sea la siguiente reacción de adición o síntesis: donde: P.E. = peso equivalente Se observa que en esta reacción de adición se cumple que: # Eq-g (Mg) = # Eq-g (H2) = # Eq-g (MgH2) Esta relación también se puede plantear así: Ley del Equivalente Químico Generalicemos la ley del equivalente químico. Sea la reacción: aA + bB → cC + dD Se cumple que: # Eq-g (A) = # Eq-g (B) = # Eq-g (C) = # Eq-g (D) Ejemplo 2: Si 28,4 gramos de un elemento no metálico se combinan con 18,4 gramos de sodio. ¿Cuál es el peso equivalente del elemento no metálico? P.A.(uma): Na = 23 Solución: Sea la reacción de adición Na + X → compuesto donde X es el elemento no metálico. Ley del Equivalente Químico Por la ley del equivalente químico: A recordar: El peso equivalente de un elemento químico es igual al peso atómico dividido con su número de valencia. Para el sodio, su número de valencia es igual á 1 Entonces: P.E. (Na) = 23 /1 = 23 Reemplazando los datos, tenemos: P.E.(X) = 35,5
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