Estos son los principios básicos de química
Summary
TLDREn esta sesión de química de pirotecnia, se exploran los principios básicos de la química, como moles, peso atómico y molecular, y reacciones químicas. Se introduce la teoría de oxidación-reducción (redox), crucial para entender pirotecnia, y se explica cómo determinar la oxidación y reducción de elementos en reacciones. Además, se presenta el método de la prevalencia para predecir la estabilidad de productos y clasificar sustancias como oxidantes o combustibles, esencial para la formulación de explosivos y efectos pirotécnicos.
Takeaways
- 🔬 Se discuten los principios básicos de la química aplicados a la pirotecnia, incluyendo la naturaleza de los materiales energéticos.
- 🌐 Se repasan conceptos fundamentales de química como átomos, orbitales y enlaces químicos (iones, únicos y covalentes).
- 🧬 Se introduce el concepto del 'mol' como una unidad de masa útil en química, equivalente a la masa atómica de un elemento en gramos.
- 🔢 Se explica que un mol contiene aproximadamente 6.022 x 10^23 átomos, un número conocido como el número de Avogadro.
- ⚖️ Se describe el peso molecular como la masa de una molécula en un mol, calculada como la suma de los pesos atómicos de sus elementos.
- 🔄 Se abordan las reacciones químicas, destacando la importancia de balancear las ecuaciones químicas para determinar relaciones de más.
- ⚡ Se introduce la teoría de la oxidación y reducción (redox), donde se describen los procesos de transferencia de electrones.
- 📊 Se explica cómo se asignan los números de oxidación y cómo estos ayudan a determinar qué especie ha perdido o ganado electrones en una reacción.
- 💥 Se utiliza el ejemplo de la reacción entre perclorato de potasio y magnesio para ilustrar cómo se balancea una ecuación química en pirotecnia.
- 🔍 Se presenta el método de la prevalencia (pirovalencia) para determinar la estabilidad y reactivividad de compuestos en pirotecnia.
Q & A
¿Qué es un mol y por qué es importante en la química?
-Un mol es una cantidad de un elemento que es igual a su masa atómica en gramos. Es importante porque permite medir cantidades de átomos que son infinitesimalmente pequeñas y que no se pueden medir directamente en una balanza.
¿Cuál es el número de Avogadro y qué representa?
-El número de Avogadro es aproximadamente 6.022 x 10^23. Representa el número de átomos en un mol de cualquier elemento, es decir, la cantidad de átomos en un gramo mole de un elemento.
¿Qué es el peso atómico y cómo se relaciona con el peso molecular?
-El peso atómico es la masa de un átomo de un elemento en relación con el carbono-12. El peso molecular es la masa de una molécula, y se calcula como la suma de los pesos atómicos de todos los átomos que conforman la molécula.
¿Qué es la diferencia entre el peso molecular y el peso de fórmula?
-Aunque ambos conceptos se refieren a la masa de un compuesto, el peso molecular se utiliza para compuestos formados por enlaces covalentes y se calcula como la suma de los pesos atómicos de los elementos que lo conforman. El peso de fórmula se utiliza para compuestos iónicos y también es la suma de los pesos atómicos de los elementos, pero con la diferencia de que los iones se consideran como entidades completas.
¿Qué es una reacción química balanceada y por qué es importante?
-Una reacción química balanceada es aquella en la que el número de moles de reactivos y productos es igual, cumpliendo con la conservación de la materia. Es importante para entender la cantidad exacta de reactivos necesarios y los productos formados en una reacción.
¿Qué son las reacciones de oxidación y reducción (redox) y cómo se relacionan con la pirotecnia?
-Las reacciones de oxidación y reducción son procesos en los que se transfieren electrones entre especies químicas. En la pirotecnia, estos procesos son fundamentales ya que determinan la energía liberada durante la combustión o la explosión de los materiales.
¿Qué es el número de oxidación y cómo se determina?
-El número de oxidación es un valor que indica la cantidad de electrones que ha perdido o ganado una especie química. Se determina siguiendo reglas específicas, como asignar un número de más 1 al hidrógeno, menos 2 al oxígeno en compuestos, y la carga formal para iones simples.
¿Cómo se determina si una sustancia es un oxidante o un combustible usando el método de la prevalencia?
-El método de la prevalencia asigna una valencia a cada elemento en una mezcla energética basada en su estado oxidativo más estable. Si la valencia molecular resultante es negativa, la sustancia es un oxidante, y si es positiva, es un combustible.
¿Qué es el trinitrotolueno (TNT) y cómo se determina si es un oxidante o un combustible usando el método de la prevalencia?
-El trinitrotolueno (TNT) es un explosivo potente. Para determinar si es un oxidante o un combustible, se calcula su valencia neta usando el método de la prevalencia. El TNT se vuelve abundante en incombustible con una valencia neta positiva muy alta, lo que indica que es un potente combustible.
¿Cómo se puede usar la valencia neta para determinar la potencia de una reacción explosiva?
-Una valencia neta alta en un incombustible indica que la sustancia puede liberar mucha energía en una reacción. Combinar un material con una valencia neta alta y abundante en incombustible con uno abundante en oxidante puede resultar en una reacción explosiva potente.
Outlines
💡 Introducción a los principios básicos de la química
En esta sección se presenta una introducción a la química de pirotecnia, repasando los conceptos fundamentales necesarios para comprender esta disciplina. Se asume que los estudiantes ya conocen conceptos básicos como átomos y enlaces, por lo que se inicia con la explicación del mol y su relevancia para medir la masa atómica. Se menciona el número de Avogadro y su aplicación tanto para átomos como para moléculas. También se explica la diferencia entre masa molecular y peso fórmula para compuestos iónicos y covalentes.
🔋 Conceptos de reacciones redox y su aplicación en pirotecnia
Se profundiza en las reacciones de óxido-reducción (redox), donde una especie química transfiere electrones a otra. Las especies que pierden electrones se oxidan, mientras que las que los ganan se reducen. El número de oxidación ayuda a identificar este proceso, con ejemplos como el cloro y el ion cloruro. Se introducen las reglas para asignar números de oxidación y se ejemplifica con una reacción química balanceada de pirotecnia, explicando la importancia de estos conceptos para optimizar reacciones energéticas.
⚖️ Balancing reactions and the Pyrovalencia method
Se explican los métodos para balancear ecuaciones químicas y determinar las proporciones adecuadas de reactivos en reacciones pirotécnicas. Se introduce el concepto de pirovalencia, que asocia números de oxidación más comunes a los elementos en sus estados más estables. El ejemplo del perclorato de potasio ilustra cómo se asignan estas pirovalencias para predecir las rutas más estables de reacción. Además, se explica cómo determinar si una sustancia es un oxidante o un combustible utilizando la valencia neta de una molécula.
🚀 Evaluación de explosivos y el TNT con el método de la pirovalencia
Esta sección aplica el método de la pirovalencia al trinitrotolueno (TNT), evaluando sus características como explosivo. Se muestra cómo calcular su valencia neta y se concluye que el TNT es abundante en combustible, lo que lo convierte en un explosivo potente al combinarlo con sustancias ricas en oxígeno. También se explica cómo la magnitud de la valencia neta puede ayudar a determinar qué combinaciones de materiales producirían el mejor resultado explosivo o pirotécnico.
Mindmap
Keywords
💡Química de pirotecnia
💡Mol
💡Número de Avogadro
💡Peso atómico y molecular
💡Reacciones químicas
💡Teoría de la oxidación-reducción (redox)
💡Número de oxidación
💡Ecuaciones químicas balanceadas
💡Piro-valencia
💡Combustible y oxidante
Highlights
Sesión de química de pirotecnia, introducción a los principios básicos de la química útil para la pirotecnia.
Revisión de conceptos básicos de química como átomos, orbitales y enlaces químicos.
Explicación del concepto del mol y su importancia en la medición de masa atómica.
Número de Avogadro y su relevancia en la cantidad de átomos en un mol de un elemento.
Diferenciación entre peso atómico y peso molecular y su aplicación en química.
Importancia de la masa molecular en la química de compuestos covalentes y iónicos.
Balanceo de ecuaciones químicas y su relación con la cantidad de moles de reactivos y productos.
Introducción a la teoría de la oxidación y reducción (redox) en reacciones químicas.
Definición de oxidante y reductor en el contexto de reacciones redox.
Asignación de números de oxidación y su papel en determinar la transferencia de electrones.
Ejemplo de cómo se calcula el número de oxidación para diferentes elementos y compuestos.
Balanceo de una ecuación química específica en una reacción pirotécnica.
Importancia de la teoría redox en la química de explosivos y propelentes.
Método de la pirovalencia para predecir la estabilidad de productos en reacciones de pirotecnia.
Uso de pirovalencias para determinar si un compuesto es oxidante o combustible.
Análisis de la valencia neta de TNT y su clasificación como un potente incombustible.
Conclusión de la sesión con una revisión de los conceptos clave aprendidos.
Transcripts
bienvenidos a la nueva sesión de la
materia de química de pirotecnia en la
sesión de hoy hablaremos sobre los
principios básicos de la química que
serán útiles para comenzar a entender
sobre pirotecnia
para entender la naturaleza de la
pirotecnia y de los materiales
energéticos primero repasaremos
rápidamente los conceptos primordiales
de la química se asumirá que ya sabes
los conceptos básicos del átomo los
orbitales y los tipos de nuestros
comunes y únicos y covalentes por lo que
comenzaremos con el concepto del mol
debido a que la masa de un átomo es
infinitamente pequeña y no se puede
medir en ninguna balanza existente se
desarrolló una unidad de masa que fuera
útil para los químicos y el trabajo en
el laboratorio
el mol de un elemento es una cantidad
que igual a la masa atómica en gramos
por ejemplo un molde elemento de hierro
es igual a 55.85 gramos gracias a
numerosos experimentos se ha determinado
que hay seis puntos 0 22 por 10 a la 23
átomos en un molde un dado elemento
por lo que siguiendo con el ejemplo del
hierro un molde éste tiene una masa
atómica de 55.85 gramos y consiste en
6.0 22 por 10 a la 23 átomos
a este número se le conoce como el
número de abogado acuñado así por el
científico que desarrolló el concepto
este número es cierto para cualquier
agente químico lo que quiere decir que
un molde un elemento siempre serán 6
puntos 0 22 x 10 a las 23 átomos y un
molde una molécula siempre serán 6
puntos 0 22 por 10 hará 23 moléculas
para las moléculas existe un concepto
similar al peso atómico se trata del
peso molecular esta unidad indica la
masa de la molécula en un molde ella
pero ésta no se calcula como el promedio
de algo sino que es igual a la suma de
los pesos atómicos de los elementos que
la conforman
por ejemplo el peso molecular de la
molécula de amoniaco es de 17 puntos 0
24
sobre mol y esto debido a que está
compuesta de un átomo de nitrógeno
con un peso atómico de 14 gramos ahora
mol y tres átomos de hidrógeno con un
peso atómico de punto cero 1.008
por lo que la suma igual a 17 puntos 0
24 gramos ahora mol
aunque generalmente no hay problema si
uno no hace la distinción la masa
molecular se utiliza para la masa de
compuestos formados por enlaces
covalentes mientras que el peso en
fórmula se utiliza para compuestos
formados por enlaces iónicos
esencialmente son lo mismo ya que el
peso fórmula es también igual a la suma
de los pesos atómicos de los elementos
que la componen
con estos conceptos no es posible
examinar reacciones químicas y
determinar las relaciones de más
involucradas consideremos una reacción
pirotécnica simple en este ejemplo
reaccionan un molde perclorato de
potasio con cuatro moldes de magnesio
para producir un molde cloruro de
potasio y cuatro moles de monóxido
como se trata de una reacción
pirotécnica esta reacción ha de producir
una alta cantidad de energía que se
podrá visualizar como luz pero eso lo
veremos más adelante
esta misma reacción se podría leer como
que 138 gramos de perclorato de potasio
reaccionan con 97 gramos de magnesio
exportación y 161 gramos
en una ecuación química balanceada como
esta el número de moles del lado
izquierdo deberá ser igual número de
moles del lado derecho como vemos de
ambos lados hay 5 moles en total y como
el balance entre los dos lados se dice
que la ecuación química es una mezcla
ésta
ya que hemos revisado rápidamente los
conceptos importantes para entender la
masa y las ecuaciones químicas veamos la
teoría de la óxido de reducción o redox
a las reacciones químicas donde una
especie transfiere a otra 1 + electrones
se le refiere como reacciones redox en
estas aquella especie que pierdo donde
electrones se oxida mientras que la que
quiera o recibe electrones se reduce
tanto los pierdo técnicos como los
explosivos y los propelentes pertenecen
a esta categoría de dirección
para determinar qué especie ha perdido o
ganado electrones se asignan ciertos
valores llamados número de oxidación los
cuales pueden ser positivos o negativos
siendo el positivo el que denota la
pérdida de electrones y el negativo el
caso contrario
puede sonar confuso así que
mencionaremos un ejemplo para aclarar
consideremos para el ejemplo un átomo de
cloro este por sí solo y sin
alteraciones de es neutro se podría
decir que su número de oxidación es de 0
y sin signo
podría ser que debido alguna interacción
debido a su alta electro negatividad
está adquiera un electrón por lo que
pueda por lo que habría un balance
desbalance energético en cuanto a la
cantidad de protones y electrones que
posee
recordemos que en un elemento el número
de electrones es igual al de los
protones como el cloro tiene 17
electrones en sus orbitales debería
tener 17 protones en su núcleo
tiene el mismo número de cargas opuestas
por lo que al sumarlas a neutralizan
entre sí pero ión cloruro ha adquirido
un electrón extra por lo que hay un
desbalance energético debido a que ahora
tiene 18 electrones pero sólo 17
protones
la carga neta del átomo es entonces
negativa y su número de oxidación sería
de menos 1 el cual nos indica que tiene
un electrón más que en un estado neutro
y que tiene una carga negativa
el número de oxidación nos dice cuántos
electrones han perdido o ganado y la
carga de la especie positiva
el número de oxidación se asigna
siguiendo estas reglas
con excepción de algunos casos
especiales al hidrógeno se le asigna un
número de más 1 y el oxígeno de menos 2
esta es la regla con mayor prioridad y
es la primera en aplicarse ante alguna
situación
el número de oxidación de iones simples
es su carga formal por ejemplo el guión
del sodio tiene un número 1 y el guión
de color
en moléculas polares covalentes se le
asignan al átomo más electro negativo
todos los electrones por ejemplo en el
ácido clorhídrico se asignan ambos
electrones enlazados al cloro lo que le
daría un número de oxidación de menos 1
y de más 1
qué es lo que sucede con este átomo
según la primera arriba
para moléculas neutras la suma de los
números de oxidación es igual a cero
evaluemos la siguiente ecuación química
para ilustrar estas reglas el perclorato
de potasio es un compuesto iónico que
consiste en el ion potasio y el ión
perclorato
debido a la regla número 2 el potasio
tiene un número de oxidación de más 1
en cuanto a lyon perclorato este
consiste en cuatro átomos de oxígeno que
por la regla número uno cada uno tiene
un número de menos 2
por lo que le da un total de menos 8
para los 4 átomos por lo que el cloro
debe tener una oxidación de más 7 ya que
la molécula es neutra
el magnesio es una forma elemental así
que por su número de oxidación de cero
en el cloruro de potasio el potasio
tiene un número de uno y el cloro de
menos uno por la regla número 2
el monóxido de magnesio es otro
compuesto iónico donde por regla número
uno el oxígeno tiene un número de menos
dos y por lo tanto el magnesio tiene uno
de más 2
se aprecia que tanto el potasio como el
oxígeno permanecieron iguales al pasar
de reactivos a productos en cambio el
magnesio a cambio de un número de
oxidación de 0 además 2 lo que implica
la pérdida de dos de sus electrones por
átomo y que ha sido oxidado
similarmente el cloro cambió su número
de oxidación de más 7 a menos 1 lo que
significa que ganó 8 electrones por
átomo y que ha sido reducido
en una reacción de adolf balanceada los
electrones perdidos deben ser los mismos
que los ganados por lo que se
necesitarían cuatro átomos de magnesio
para reducir un átomo de cloro de más
siete a menos uno lo que demuestra que
la ecuación propuesta está balanceada
saber cómo balancear una ecuación es
importante para determinar las
proporciones de cada reactivo que
rendiría el mejor desempeño como
pirotécnico ahora que contamos con el
concepto del número de oxidación no es
posible determinar la ganancia y la
pérdida de electrones es importante
entonces para un químico de pirotecnia
balancear ecuaciones grados y determinar
rápidamente si ciertas composiciones
oxidante combustible pues tequio métrica
en una reacción pero técnica que sucede
rápidamente y altas temperaturas habrá
casi siempre una formación de
subproductos no considerados pero en
todos los casos habrá una ruta que
produciría la mayor la mayoría de los
productos que se utilizaron debido a que
es la ruta más estable de entre todas
aunque lo óptimo sería poder realizar un
análisis de laboratorio para confirmar
la ruta más estable los productos de
esta es posible calcular la ruta más
estable con alto grado de exactitud
utilizando un método basado en los
números de oxidación
el método de la piroval en cya se basa
en los números de oxidación de los
elementos según su producto más estable
es decir que a cada elemento de una
mezcla energética se le asigna una
valencia que equivale el número de
oxidación más común de ese elemento como
producto
el método asume de un principio que cada
elemento que participa en la reacción
formará su estado oxida
más estable por lo que si en efectivo se
encuentre algún átomo de nitrógeno se me
quiere acción hará por vos para formar
su estado de oxidación más estable el
nitrógeno molecular
todo cloro se asume que ese era un ión
cloruro todo magnesio se asume que será
un ión magnesio y que todo carbono será
un dióxido de carbono el hidrógeno se
volverá agua o ácido clorhídrico
según estas funciones la valencia del
nitrógeno es cero porque el nitrógeno
molecular es nuevo
la del cloro sería menos 1 porque el
color romano y un cloruro para el
magnesio sería de más 2 por el magnesio
y la del carbono será además 4 porque la
molécula de dios
el carbono debe tener este número
estas valencias son llamadas piro
valencia
después de determinar la piro valencia
de los átomos se suman para cada
molécula y así determinar la valencia
molecular o neta
el perclorato de potasio tendría una
valencia molecular de menos 8 que
resulta por la pero valencia de menos
dos por cada oxígeno más la valencia de
menos 1 del cloro más la valencia del
mazo no del potasio
bajo el sistema de la pira valència
cualquier especie que tenga una valencia
neta negativa tal como el perclorato de
potasio tendrá habilidad oxidativa y
cualquiera con una valencia neta
positiva tendrá habilidad reductora algo
que también se le puede llamar
combustible entonces se diría que es un
combustible
no es necesario aprenderse de memoria
las valencias netas ni hacer el cálculo
para determinar los cada que se
necesiten ya que en internet pueden
encontrar tablas de piro valencias de
oxidantes y de combustibles
y ahora cómo saber si las sustancias
abundante incombustible o abundante
oxidante
el método la pira valència es útil para
contestar esta pregunta tomemos como
ejemplo al trinitrotolueno comúnmente
conocido como tnt
estas sustancias son explosivo muy
potente pero qué parte del espectro se
encuentra utilizamos el método para
contestar la pregunta la fórmula química
del tnt es c 7 h 5 n 3 o 6 según el
método todo átomo de carbono terminará
siendo un dióxido de carbono por lo que
tiene una valencia de más 4 todo átomo
de hidrógeno tiene una valencia de más 1
en acuerdo con
autorización todo nitrógeno se volverá
nitrógeno molecular por lo que tiene una
valencia de 0
por último el oxígeno siempre tendrá una
valencia de menos 2
al sumar los piro valencias obtendremos
la valencia neta del tnt vemos entonces
que el tnt es abundante incombustible
como un valor positivo muy alto al
combinarlo con una sustancia abundante
en oxígeno se esperaría una explosión
muy potente
la magnitud de la valencia neta es útil
para determinar con qué sustancias se
puede combinar un material
para producir el mejor resultado
explosivo o pirotécnico
de esto podemos teorizar que una
sustancia abundando incombustible con
alta magnitud deberá producir mucha
energía a reacción
a
hemos llegado al final de esta sesión
pero antes de terminar revisemos que
hemos aprendido hasta ahora
teoría de las atracciones de oxidación
reducción
qué es el método de la prevalencia cómo
se define un combustible y a un oxidante
es todo por hoy nos veremos en la
próxima sesión
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