¿que es la química?

Química (palabra que podría provenir de los términos griegos χημία o χημεία, quemia y quemeia respectivamente) es la ciencia que estudia tanto la composición, estructura y propiedades de la materia como los cambios que ésta experimenta durante las reacciones químicas y su relación con la energía. Es definida, en tanto, por Linus Pauling, como la ciencia que estudia las sustancias, su estructura (tipos y formas de acomodo de los átomos), sus propiedades y las reacciones que las transforman en otras sustancia.

como observamos la química!!!!!

celdas electroliticas

Corrosión y protección catódica

Celdas electrolíticas

Las celdas electrolíticas por el contrario no son espontáneas y debe suministrarse energía para que funcionen. (fíjese en la otra figura). Al suministrar energía se fuerza una corriente eléctrica a pasar por la celda y se fuerza a que la reacción redox ocurra.

Electrolisis

Pilas primarias / Pilas de combustible / Pilas secundarias

Pilas primarias

La pila primaria más común es la pila seca. La pila seca que se utiliza hoy es muy similar al invento original. El electrolito es una pasta consistente en una mezcla de cloruro de amonio y cloruro de cinc. El electrodo negativo es de cinc, igual que la parte exterior de la pila, y el electrodo positivo es una varilla de carbono rodeada por una mezcla de carbono y dióxido de manganeso. Esta pila produce una fuerza electromotriz de unos 1,5 V.

Anodo:

Zn° → Zn²⁺ + 2e‾

Cátodo:

2MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e‾ → Mn₂O₃ + 2NH₃ + H₂O

Reacción Global:

Zn + 2MnO₂ + 2NH₄Cl + ZnCl₂ → 2ZnCl₂ + Mn₂O₃ + 2NH₃ + H₂O

Pila de combustible

Mecanismo electroquímico en el cual la energía de una reacción química se convierte directamente en electricidad. Una pila de combustible no se acaba ni necesita ser recargada; funciona mientras el combustible y el oxidante le sean suministrados desde fuera de la pila.

Una pila de combustible consiste en un ánodo en el que se inyecta el combustible (comúnmente hidrógeno, amoníaco o hidracina) y un cátodo en el que se introduce un oxidante (normalmente aire u oxígeno). Los dos electrodos de una pila de combustible están separados por un electrolito iónico conductor. En el caso de una pila de combustible de hidrógeno-oxígeno con un electrolito de hidróxido de metal alcalino, la reacción es:

Anodo:

2H² + 4OH‾ → 4H₂O + 4e-

Cátodo:

O₂ + 2H₂O + 4e- → 4OH‾

Pilas secundarias

Acumulador: o pila secundaria, puede recargarse revirtiendo la reacción química. Esta pila es una batería de plomo y ácido, y es la que más se utiliza en la actualidad. Esta batería que contiene de tres a seis pilas conectadas en serie, se usa en automóviles, camiones, aviones y otros vehículos. Su ventaja principal es que puede producir una corriente eléctrica suficiente para arrancar un motor; sin embargo, se agota rápidamente. El electrolito es una disolución diluida de ácido sulfúrico, el electrodo negativo es de plomo y el electrodo positivo de dióxido de plomo. En funcionamiento, el electrodo negativo de plomo se disocia en electrones libres e iones positivos de plomo. Los electrones se mueven por el circuito eléctrico externo y los iones positivos de plomo reaccionan con los iones sulfato del electrolito para formar sulfato de plomo. Cuando los electrones vuelven a entrar en la pila por el electrodo positivo de dióxido de plomo, se produce otra reacción química. El dióxido de plomo reacciona con los iones hidrógeno del electrolito y con los electrones formando agua e iones plomo; estos últimos se liberarán en el electrolito produciendo nuevamente sulfato de plomo.

Anodo:

Pb + SO₄⁼ → PbSO₄ + 2e-

Cátodo:

PbO₂ + SO₄⁼ + 4H⁺ → PbSO₄ + H₂O

Reacción Global:

Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O

Potencial estándar de reducción

Celdas o pilas Voltaicas

Cuando la reacciones redox, son espontáneas, liberan energía que se puede emplear para realizar un trabajo electrico. Esta tarea se realiza a través de una celda voltaica (o galvánica).

Las Celdas galváncias, son un dispositivo en el que la transferencia de electrones, (de la semireacción de oxidación a la semireacción de reducción), se produce a través de un circuito externo en vez de ocurrir directamente entre los reactivos; de esta manera el flujo de electrones (corriente electrica) puede ser utilizado.

En la siguiente figura, se muestran los componentes fundamentales de una celda galvánica

Pilas

Historia de las pilas

La historia de la pila refleja el desarrollo histórico de las diferentes celdas electroquímicas empleadas para obtener una corriente eléctrica a partir de la energía química contenida en unas sustancias químicas que sufren una reacción de oxidación-reducción.

En este caso, el nombre de pila se refiere de modo genérico a todos los dispositivos que generan una corriente continua a partir de una reacción química, aunque existen diferencias entre ellos: celdas voltaicas (primarias y secundarias), pilas eléctricas, acumuladores, baterías ypilas de combustible. Para ver dichas diferencias, consultar el artículo sobre generadores electroquímicos.

Ajuste o balanceo por medio de Oxido-reducción

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre los reactivos, provocando un cambio en sus estados de oxidación.

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte:

• El agente reductor es aquel elemento químico que suministra electrones de su estructura química al medio, aumentando su estado de oxidación, es decir, siendo oxidado.

• El agente oxidante es el elemento químico que tiende a captar esos electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, siendo reducido

Oxido-reducción ambiente

Numero de oxidación y reglas para determinar el número de oxidación

A continuación tienes las normas que se aplican para la determinación del número de oxidación de los átomos de un compuesto. Recuerda que el número de oxidación es necesario para determinar, en una reacción de oxidación reducción, qué elemento se está oxidando (semirreacción de oxidación) y qué elemento se está reduciendo (semirreacción de reducción).

1. El número de oxidación de un elemento libre es cero. Por ejemplo los metales no disueltos (Cu, Zn, Al…) o los gases diatómicos (O₂, Cl₂, F₂…).
2. En los iones de un único átomo, el estado de oxidación o número de oxidación de dicho átomo coincide con la carga del ión. Por ejemplo, en el caso de los alcalinos catiónicos el estado de oxidación es +1 (Li⁺, Na⁺, K⁺…) y en el caso de los alcalinotérreos +2 (Ca⁺², Mg⁺²…). Del mismo modo será para los demás metales, por ejemplo, en el Fe(II) el estado de oxidación es +2 y en el Fe(III) +3.
3. El número de oxidación del flúor, F, es siempre -1, por ser el átomo más electronegativo que existe.
4. El número de oxidación del oxígeno es siempre.

Teoría de Lewis

Gilbert Lewis, científico estadounidense, planteó una teoría ácido-base basándose en las estructuras propuestas por él mismo a inicios del siglo XX. Según Lewis, un ácido era una sustancia química capaz de aceptar un par electrónico, completando asi su octeto y por ende logrando estabilidad, mientras que una base era una sustancia química que poseía a lo menos un par electrónico libre (sin enlazar). Como se puede ver, este tipo de definición necesita obligatoriamente un par ácido-base actuando en conjunto, debido a que, por lo general, es imposible dejar electrones libres en un medio cualquiera (salvo con nitrógeno líquido). Donde se puede apreciar claramente que uno de los dos pares eletrónicos del oxígeno se comparte con un ión hidrógeno.

Indicadores

Soluciones amortiguadoras de pH indicadores de ácido-base

Un indicador de pH es una sustancia que permite medir el pH de un medio. Habitualmente, se utilizan como indicador de las sustancias químicas que cambian su color al cambiar el pH de la disolución. El cambio de color se debe a un cambio estructural inducido por la protonación o desprotonación de la especie. Los indicadores Ácido-base tienen un intervalo de viraje de una unidad arriba y otra abajo de pH, en la que cambian la disolución en la que se encuentran de un color a otro, o de una disolución incolora, a una coloreada.

Concentraciones de hidriolo y pH

Problema

El pH fisiológico es 7,4. ¿Cuál es la concentración de iones hidrógeno de una disolución a pH fisiológico?

A.	-7,4 M
B.	0,6 M
C.	0,6 x 10 - 8 M
D.	1 x 10 - 8 M
E.	4 x 10 - 8

Calculando la concentración de H⁺ a partir del pH

El pH es el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno, es decir: si pH = -log [H +], entonces [H +] = antilog (-pH) = 10 - 7,4 M De esta manera, la concentración de iones hidrógeno de una disolución a pH fisiológico (7,4) es 10-7,4, lo que es igual a 3,98 x 10 - 8 M. Redondeando da 4 x 10 - 8 M.

Par conjugado acido-base

Teoría de Bronsted Lorwy

 A inicios de la década de los veinte, dos científicos (el danés Johannes Brønsted y el inglés Martin Lowry) de forma idependiente, descubrieron y postularon una teoría ácido-base, que abarcaba más allá que la propuesta realizada por Arrhenius. Según esta teoría, un ácido es una sustancia química capaz de liberar iones hidrógeno, mientras que una base es aquella sustancia química capaz de aceptar iones hidrógeno. Esta teoría resultó útil para incluir a sustancias que con la teoría previamente existente no se habian incluído, como el amoniaco. Sin embargo, esta teoría seguía dejando afuera a varias sustancias con carácter ácido y que no poseían protones, por lo que se formuló una nueva teoría que subsanó en gran parte esta problemática: la teoría de Lewis.

Teoría de Arrhenius: reacciones de neutralización

Teoria de Arrhenius

A finales del siglo XIX, Arrhenius estudió la disociación iónica de los compuestos inorgánicos, que se producía al disolverlos en agua. Comprobó que había sustancias moleculares que en disolución conducían la corriente eléctrica; la razón debía ser que daban lugar a iones. Para ello, se han de romper enlaces covalentes polares y formarse iones. Esto les sucede a los ácidos y a algunas bases: se disocian originando iones. Además, hay bases como los hidróxidos que ya tienen iones en su constitución en estado puro, y esos iones son los mismos que hay cuando el hidróxido se disuelve.

La reacción de neutralización

Con la teoría de Arrhenius se comprende fácilmente la capacidad de los ácidos y bases de neutralizar sus propiedades características entre sí, lo que se llama reacción de neutralización. El proceso debe suponer la desaparición de los iones característicos, H⁺ y OH^- , que se combinan para dar moléculas de agua. Así, por ejemplo, cuando se mezcla una disolución acuosa de ácido clorhídrico con otra de hidróxido de sodio, la reacción de neutralización puede escribirse en la forma:

Cl^-(aq) + H⁺(aq) + Na⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O + Cl^-(aq) + Na⁺(aq)

Los iones Cl^-(aq) y Na⁺(aq) prácticamente no han sufrido ninguna modificación: estos iones se encuentran igual que cuando se disuelve NaCl en agua y se suelen llamar iones espectadores. Por esa razón puede decirse que en la neutralización reaccionan un ácido y una base para dar sal y agua, por lo que la reacción de neutralización puede escribirse en la forma iónica neta:

H⁺(aq) + OH^-(aq) → H₂O

La reacción está muy desplazada hacia la derecha, es decir, la neutralización es prácticamente total. Además, justifica que la neutralización sea independiente del ácido y la base que reaccionan.

Ácidos y bases

Los ácidos: 

Se les llama ácidos a los compuestos químicos que tienen un pH inferior a 7, estos reaccionan con otros elementos o compuestos, liberando iones de hidrógeno, esta reacción es corrosiva hacia la otra sustancia. Los ácidos usualmente se encuentran en estado líquido, pero también se pueden encontrar en estado sólido y gaseoso, (en el estado líquido suelen presentar cierta viscosidad, la cual varía dependiendo del ácido y de que tan disueltos estén).

Las bases o álcalis:

Son bases las sustancias alcalinas (también denominadas álcalis),cuyo pH es superior a 7, estas sustancias reaccionan químicamente con otras, juntando los protones que se encuentran “sueltos”, teniendo efectos cáusticos sobre otras sustancias.

Ejemplos:

Ácido Nítrico HNO3.- el ácido nítrico es un compuesto líquido que se obtiene de la mezcla de peróxido de nitrógeno y agua, es una sustancia altamente corrosiva y tóxica.
Ácido Clorhídrico HCL.- el ácido clorhídrico (también llamado ácido muriático), es una disolución líquida del gas cloruro de hidrógeno, es un ácido corrosivo, este ácido se utiliza industrialmente, y también es el ácido que se encuentra en el sistema digestivo, siendo por medio de su acción corrosiva que se degradan mejor los alimentos.
Ácido Fosfórico H3PO3.-El ácido fosfórico (también denominado ácido ortofosfórico), es un oxácido que cumple funciones biológicas en los organismos, se le puede obtener a partir del anhídrido carbónico.
Ácido Cítrico C6H8O7.-Es el ácido que podemos encontrar en frutas como las naranjas, limones, toronjas, limas y demás, es comestible y tienen un sabor amargo.
Ácido Sulfúrico H2SO4.- El ácido sulfúrico es un ácido muy corrosivo, que es utilizado en la industria en varias aplicaciones, se utiliza en la industria química para sintetizar otros ácidos, en la industria de refinación de metales, e incluso en la creación de fertilizantes.