De disoluciones y su pH

Detrás de esas dos letras, pH, se encierra el denominado potencial de Hidrógeno, una medida para determinar si una disolución de cualquier sustancia es neutra, alcalina o ácida. Aunque la distinción moderna de ácido y base ya nada tiene que ver con la transferencia de protones, y si con la de electrones, se ha mantenido el concepto por el cual el pH mide la concentración de protones libres en una disolución (H⁺), o el de los correspondientes iones hidronio (H₃O⁺). Por tanto, conocer el valor del pH nos permite conocer la concentración de estas dos especies, según utilicemos la teoría de Arrhenius o de Brönsted-Lowry.

Os proponemos un problema general del cálculo de esta magnitud, utilizando para ello disoluciones de un ácido, de su base conjugada, y de la mezcla de ambas que da lugar a una disolución denominada reguladora o buffer. Vamos a ello.

El vinagre ha sido conocido por la humanidad desde sus orígenes, ya que se producía de manera natural al mantener la cerveza o el vino en contacto con el aire y gracias a la presencia de una bacteria. Formalmente podemos pensar en el vinagre en una disolución de ácido acético (del acetum latino que podría traducirse precisamente por vinagre), de manera que os proponemos calcular el pH de una disolución preparada al mezclar 10,0 cm³ de un vinagre del 5,05% en masa y densidad 1,05 g/cm³, con el agua destilada suficiente para completar 100 cm³ de disolución (consulta el valor de la constante de acidez del ácido acético o etanoico).
Si hacemos reaccionar 50,0 cm³ de la disolución anterior con el volumen justo de una disolución de hidróxido de sodio 0,250 M, conseguimos una nueva mezcla que contiene una sal cuyo anión es la base conjugada del ácido acético. Se pide que calcules la cantidad de moles obtenidos de acetato de sodio, el volumen de hidróxido de sodio que has de gastar, la concentración del acetato de sodio obtenido suponiendo volúmenes aditivos, y el pH de dicha disolución.
Finalmente supongamos que mezclamos los 50,0 cm³ restantes de la disolución de ácido acético con otros 50,0 cm³ de la última disolución de acetato de sodio obtenida tras la reacción. De esta manera habremos formado una disolución reguladora de la que te pedimos que indiques si es una disolución reguladora ácida o básica, y que calcules su pH.

Femtoquímica

La femtoquímica es el área de la química física que estudia reacciones químicas en escalas de tiempo extremadamente cortas, de aproximadamente 10⁻¹⁵ segundos. Las etapas del mecanismo en algunas reacciones se producen en esa escala de tiempo de femtosegundos, y a veces en escalas de tiempo aun menores, y pueden formarse productos intermedios que no siempre pueden deducirse a partir de la observación de los productos de partida y los finales. La femtoquímica permite la exploración de qué reacciones químicas tienen lugar, y permite investigar por qué se producen algunas reacciones y otras no. En 1999, Ahmed H. Zewail recibió el premio Nobel de Química por su trabajo pionero en este campo. Su técnica utiliza destellos de luz láser que duran unos pocos femtosegundos (Wikipedia).

Los datos que aparecen abajo corresponden a los de la reacción entre el cloruro de mercurio (II) y el ión oxalato (ión etanodioato) para obtener ión cloruro, dióxido de carbono y cloruro de mercurio (I). Se trata de que deduzcáis el orden de reacción parcial respecto a cada reactivo, el valor de la constante de velocidad si los datos se recogieron a una temperatura de 25 ºC, el valor de la velocidad inicial si la concentración inicial del cloruro de mercurio (II) fuese 0,094 M y la del ión oxalato 0,19 M. Puedes también determinar la energía de activación de la reacción sin catalizar si sabemos que a 125 ºC la constante de velocidad vale 0,930 M^–2min^–1. Por último determina el valor de la constante de velocidad de la reacción catalizada en medio ácido, a 25 ºC, si sabemos que la energía de activación de la reacción catalizada es la sexta parte de la energía de la reacción sin catalizar.

 Experimento [HgCl₂] (M) [C₂O₄^2–] (M) Velocidad inicial (M.min^–1)
 1 0,105 0,15 1,8×10^–5

2 0,052 0,30 7,1×10^–5

3 0,052 0,15 8,9×10^–6

Geometría de oxoaniones

Hemos estado estudiando como las distintas teorías, cuánticas y no cuánticas, nos permiten predecir la forma que tendrán diversas moléculas sencillas. Conocer la forma que tienen moléculas más complejas, como las que interacciónan con los seres vivos, pueden tener utilidad para diversas ciencias como la farmacología o la fisiología. También hemos estudiado como predecir la forma que tendrán algunos oxoaniones sencillos, lo cual permitirá conocer de que manera cristalizan diversas oxisales.

Energía de red

El cálculo de los valores de energía de red pueden obtenerse termodinámicamente a través del Ciclo de Born-Haber. Max Born, matemático y físico alemán obtuvo en 1954 el premio Nobel de Física por sus trabajos en mecánica cuántica [su biografía en: https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1954/born/biographical/]. Su contribución más conocida a la mecánica cuántica fue su interpretación probabilística de la función de onda de Schrödinger [https://es.wikipedia.org/wiki/Max_Born]

Fritz Haber, químico alemán y premio Nobel de Química en 1918, es conocido por haber contribuido, junto al químico e ingeniero alemán Carl Bosch, a la síntesis indutrial del amoníaco, base para la obtención de explosivos y fertilizantes [su biografía en: https://www.biografiasyvidas.com/biografia/h/haber.htm].

El ciclo de Born-Haber. 
Como ya hemos indicado es una herramienta para obtener el valor de la energía de red, cuya definición formal es el de la energía que hay que transferir a un mol de un cristal iónico para descomponerlo en sus iones en estado gaseoso. Eso implica que el cierre del ciclo, que es donde aparece el término a calcular, ha de tener en cuenta esta definición para asignar coorectamente su signo. Las energías de red, por definición, han de ser forzosamente positivas.

Uncertainty principle of Heisenberg

Radiografías

Los rayos X son una técnica que se utiliza para diagnosticar fracturas de huesos, problemas con ligamentos o cualquier otro que pueda suceder con tejido blando. Su poder de penetración depende de la diferencia de potencial que ha de tener el equipo radiológico, con energías por fotón que van desde 1 hasta los 150 keV.

Imagina que has sufrido una caída y tú médica quiere saber si sufres alguna fisura en tu muñeca, ya que le comentas que te duele mucho y la inflamación parece que no desaparece. Dado que necesita conocer el estado de los huesos que forma tu muñeca, la radióloga decide que la radiografía que te tiene que hacer necesita fotones de rayos X con una energía de 120 keV. Queremos saber qué frecuencia tendrán dichos fotones, y cuánto valdrá el momento lineal de dichos fotones.

Si suponemos que los fotones de rayos X se han obtenido de transisiciones electrónicas del átomo de hidrógeno, desde niveles superiores al nivel n = 1, deduce aproximadamente de que nivel saltó el electrón para conseguir esa radiación.

Copos de nieve

http://www.vox.com/2015/1/27/7921543/snow-photos-electron-microscope

¿Cómo medir el CO2 desprendido por una vela?

Muchas veces el profesor lanza un reto y los alumnos han de ser capaces de diseñar su propia experiencia, de manera que a través de ella alcancen una posible solución. Parece evidente que cuanta mayor sea la experiencia de los alumnos, más facilidades tendrán éstos para salir airosos del desafió. Por esta razón este tipo de pruebas, más abiertas, quedan circunscritas a los alumnos de 2º de Bachillerato. No se trata de dar una respuesta exacta sino de intentar acercarse a una solución que sea satisfactoria. Lamentablemente no siempre se puede grabar en vídeo, pero si podemos acercar a este blog los trabajos en forma de imágenes. Aquí os dejo la solución que presentaron Ariadna Rivero y Nuria Andrés hace poco más de un año. Las fotos os muestran los distintos intentos que ambas pusieron en práctica para obtener una respuesta satisfactoria, y como finalmente resolvieron su problema. .

Como dice el título de la entrada, debían ser capaces de medir el dióxido de carbono que se desprende en la combustión de una vela, para lo cual disponían de un volumen conocido de una disolución de hidróxido de sodio, de concentración también conocida, a la cual le habíamos añadido una gotas de fenolftaleína. Cuando la disolución cambiaba de color, consideraban neutralizados los moles de NaOH contenido en la disolución, lo cual permitía conocer el CO2 desprendido. Midiendo la masa de la vela antes y después de la experiencia, podíamos conocer finalmente el valor buscado

Airbags caseros

A lo largo del curso 2013-2014 no hemos sido disciplinados y seguimos aún sin poner en marcha el proyecto. Eso no quiere decir que los alumnos no hayan trabajado duro en las diversas propuestas que hemos hecho desde el departamento. Por ejemplo, los alumnos de 2º de Bachillerato (Química) estuvieron enredados un tiempo en la resolución de un problema práctico: ¿que masa de bicarbonato y de vinagre hemos de utilizar para que una bolsa de autocierre se hinche lo máximo posible, como si fuera un airbag? Ana Pérez Sañudo obtuvo la mejor solución. He aquí una descripción realizada por la propia Ana: