Balance de carga y materia

Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor anajm » 02 Mar 2018, 14:27

Buenas! ¿Vosotros los ejercicios de ácido base los hacéis con balances de carga y materia o simplemente cómo se exlican en 2º de bachillerato?
Yo en la última oposición de Madrid lo hice sin balances y por la nota creo que me lo dieron por bueno, pero tengo compañeros que dicen que sin el balance no puntúan igual.
anajm
 

Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor sleepylavoisier » 04 Mar 2018, 00:33

Buenas noches anajm.
Normalmente hay unos cuantos caminos para llegar a la solución de un problema. En química, los caminos se suelen multiplicar en muchas ocasiones. Yo pienso que lo importante no es el camino sino llegar a la meta adecuada. Un análisis lo más riguroso y preciso posible de este tipo de problemas, pasa por hacer estos balances, sin duda, pero con una desventaja adicional clara: el problema se puede alargar y el tiempo en una oposición es oro que, en mi opinión, uno debe aprovechar utilizando su experiencia y desarrollando esa intuición del químico analítico que le permite realizar las aproximaciones pertinentes y resolver un escenario de manera rápida y eficaz.
Por otro lado, creo que en química de segundo de bachillerato se les debería iniciar en el mundillo de los balances de materia y de carga para analizar los problemas desde otra perspectiva, no sea que cometan errores como el que me indicó hace poco Jal (muchas gracias) del libro de Oxford:
precipitación Oxford.jpg
precipitación Oxford.jpg (51.73 KiB) Visto 521 veces

(La solución es 26 mg, no 13 mg como indican).

Saludos.
sleepylavoisier
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor quimiquilla » 04 Mar 2018, 18:22

sleepylavoisier escribió:Buenas noches anajm.
Normalmente hay unos cuantos caminos para llegar a la solución de un problema. En química, los caminos se suelen multiplicar en muchas ocasiones. Yo pienso que lo importante no es el camino sino llegar a la meta adecuada. Un análisis lo más riguroso y preciso posible de este tipo de problemas, pasa por hacer estos balances, sin duda, pero con una desventaja adicional clara: el problema se puede alargar y el tiempo en una oposición es oro que, en mi opinión, uno debe aprovechar utilizando su experiencia y desarrollando esa intuición del químico analítico que le permite realizar las aproximaciones pertinentes y resolver un escenario de manera rápida y eficaz.
Por otro lado, creo que en química de segundo de bachillerato se les debería iniciar en el mundillo de los balances de materia y de carga para analizar los problemas desde otra perspectiva, no sea que cometan errores como el que me indicó hace poco Jal (muchas gracias) del libro de Oxford:
precipitación Oxford.jpg

(La solución es 26 mg, no 13 mg como indican).

Saludos.

Totalmente de acuerdo con sleepy, yo el problema del diprotico lo hice a nivel de 2 bachiller explicando porque despreciaba la segunda disociacion frente a la primera. (Me lo dieron por bueno a pensar por mi nota de problemas que fue practicamente un 5 y solo hice quimica y muy poco del 1 de fisica) un saludo
quimiquilla
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor Azahara » 02 May 2018, 12:28

Buenos días,

Me gustaría preguntaros una duda que me han surgido en relación al tema del asunto, a ver si alguien me pudiera ayudar. Seguro que son tonterias para el nivel que veo por aquí, peeeero por algo tengo que empezar.

Os planteo un ejercicio ejemplo: Calcular el pH y las concentraciones en el equilibrio de todas las especies en una disolución de NaHCO3 0,01 M.
Antes de nada, os comento que he utilizado el balance protónico y las ecuaciones de las constantes de equilibrio para hacer los cálculos (pKa1=6,4 y pKa2=10,33).
En el balance protónico he igualado la suma de las concentraciones de hidronio y acido carbónico a la suma de las concentraciones de hidroxilo y carbonato.
Mi pregunta es: como el bicarbonato es anfótero se saca de este balance porque se considera que aporta el mismo número de iones hidronio que hidroxilo, correcto?

Si la disolución ejemplo cambiase a 0,1 M de carbonato sódico, el balance protónico sería el mismo? es decir: hidronio+ac. carbonico=carbonato+hidroxilo? o suponemos el bicarbonato como ganador de protones?

Gracias!
Azahara
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor Azahara » 02 May 2018, 12:42

Otra cosa más:

El primer ejercicio lo resuelvo sin problemas, teniendo en cuenta el balance protónico indicado antes, me sale pH=8,36.

Pero en la segunda disolución, la del carbonato, me sale una ecuación de tercer grado, qué aproximaciones haceis para resolverla?
Azahara
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor Jal » 02 May 2018, 15:06

Azahara escribió:Si la disolución ejemplo cambiase a 0,1 M de carbonato sódico, el balance protónico sería el mismo? es decir: hidronio+ac. carbonico=carbonato+hidroxilo? o suponemos el bicarbonato como ganador de protones?

¿has tenido en cuenta que [Na+]=2Ci?
El balance te tiene que salir:
2[H2CO3]+[HCO3-]+[H3O+]=[OH-]

Donde 2[H2CO3]+[H3O+]=0 y [HCO3-]=[OH-]

Saludos
Jal
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor sleepylavoisier » 03 May 2018, 12:52

Gracias Azahara y Jal.
Lo siento, pero cuando veo problemas de estos que me traen buenos recuerdos no me puedo resistir. Pido disculpas por el coñazo que voy a contar a continuación:

-En el primer caso del bicarbonato 0,01 M, aproximando a lo químico analítico como en el Ejemplo Nº1 de http://materias.fi.uba.ar/6305/download ... olitos.pdf llego a:

[H3O+] ≈ (K1•K2)^0,5 = (10^-6,4•10^-10,33)^0,5 = 4,315190768•10^-9 M, es decir,
pH = 8,365

Compruebo con tratamiento riguroso, utilizando conjetura: viewtopic.php?f=92&t=4014

Balance de materia:
C=[H2CO3]+[HCO3-]+[CO3--]

Balance de carga:
[H3O+]+[Na+]= [HCO3-]+2•[CO3--]+[OH-]

Siendo [Na+]=C=0,01M

Combinando ambas con las expresiones de las constantes de acidez y la autoprotólisis llego a la siguiente cuártica:
[H3O+]^4+(C+K1)•[H3O+]^3+(K1•K2-Kw)•[H3O+]^2-K1•K2•(C+Kw/K2)]•[H3O+]-K1•K2•Kw=0

Resuelvo con Wolfram: http://www.wolframalpha.com
x^4+(0.01+10^-6.4)*x^3+((10^-6.4)*10^-10.33-10^-14)*x^2-(10^-6.4)*10^-10.33*(0.01+10^-14/10^-10.33)*x-10^-6.4*(10^-10.33)*10^-14=0

[H3O+]=4,36198•10^-9 M, es decir, pH=8,36031633

-En el segundo caso del carbonato 0,1M, calculo las constantes de basicidad:

Para el CO3--: Kb1=10^-14/10^-10,33 = 10^-3,67
Para el HCO3-: Kb2=10^-14/10^-6,4 = 10^-7,6

Aproximando a lo químico analítico, desprecio el segundo equilibrio (Kb2≈0), la autoprotólisis del agua y lo que haga falta… de manera que llego a:
[OH-] ≈ (C•Kb1)^0,5 = (0,1•10^-3,67) = 4,623810214•10^-3 M, es decir
pOH=2,335 y pH=11,665

Se puede afinar algo más resolviendo la ecuación de segundo grado;
[OH-] = 4,51815•10^-3 M, es decir
pOH=2,345 y pH=11,655

Compruebo con tratamiento riguroso, utilizando conjetura: viewtopic.php?f=92&t=4014
Balance de materia y de carga son exactamente los mismos pero ahora
[Na+]= 2•C=2•0,1M=0,2M

Combinando ambos balances con las expresiones de las constantes de basicidad y la autoprotólisis llego a la siguiente ecuación (que también es cuártica):
[OH-]=C•(Kb1•[OH-]+2•Kb1•Kb2)/( [OH-]^2+Kb1•[OH-]+Kb1•Kb2)+Kw/[OH-]

Resuelvo con Wolfram: http://www.wolframalpha.com
x=0.1*(10^-3.67*x+2*10^-3.67*10^-7.6)/(x^2+10^-3.67*x+10^-3.67*(10^-7.6))+10^-14/x

[OH-]=4,51817•10^-3 M, es decir,
pOH=2,345037432 y pH=11,65496257

Esta última ecuación cuártica se puede escribir también (dividiendo numerador y denominador por [OH-]^2):

[OH-]={C/(1+ Kb1/[OH-] + Kb1•Kb2/[OH-]^2)} • {Kb1/[OH-] + 2•Kb1•Kb2/[OH-]^2} + Kw/[OH-]

Teniendo en cuenta que Kb1•Kb2<<Kb1 se puede despreciar el último sumando del denominador de la primera llave y también el último sumando de la segunda llave, adicionalmente como Kw=10^-14 es muy pequeñito también nos le cargamos y entonces queda:

[OH-]=C • Kb1/([OH-] + Kb1)
Que es la típica ecuación de segundo grado que ya resolvimos líneas arriba.

No sé si en vez de aportar algo interesante sobre el tema la he liado parda…
Saludos.
sleepylavoisier
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor Jal » 03 May 2018, 17:43

Creo que Sleepy ha demostrado que trabajar por balance es poco conveniente en las opos...lo digo por el tiempo empleado para plantear el ejercicio :D :D

Ánimo compañer@s
Jal
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Re: Balance de carga y materia

Mensaje sin leerpor Azahara » 06 May 2018, 01:09

Gracias por las respuestas Jal y Sleepy, pero no os sigo, me cuesta mucho lo de despreciar, o me paso despreciando y me cargo todo o no llego, el caso es no llegar a la solución correcta. Por eso aún no entiendo el famoso de Valencia 2005 que ya he visto que costó resolverlo en su dia.

Me he dado cuenta que el segundo ejemplo que puse se puede resolver fácilmente al estilo 2º bachiller y me da pH=11,65, sin tanta ecuación.
Azahara
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