Examen de Principios de Química y Estructura – Febrero 2018 (2s) | Soluciones de las preguntas 1 y 2

(TEMA 1) 1. Se han hecho 4 experimentos en los que se ha comprobado que dos elementos A y E reaccionan entre sí para dar el correspondiente producto químico en las siguientes proporciones de masa:

¿Cuál de las siguientes afirmaciones es falsa?

(A). Los datos de los experimentos 1 y 3 justifican la ley de las proporciones definidas o de Proust.
(B). Los experimentos 1, 2 y 4 justifican la ley de las proporciones múltiples, o de Dalton.
(C). En los experimentos 2 y 3 se obtiene el mismo compuesto.
(D). En los cuatro experimentos se cumple la ley de Lavoisier.

Solución: C. Es obvio que en los experimentos 2 y 3 no se obtiene el mismo compuesto, pues las proporciones de masas de A y E con claramente distintas. Así, la relación de masas E/A es 0,24 en el experimento 2, que no es la misma que la del experimento 3: 0,48. Los experimentos 1 y 3 sí justifican la ley de las proporciones definidas (“cuando dos elementos se combinan lo hacen en una proporción de peso constante”), ya que, para el experimento 1, la relación de masas es E/A es 0,48, que coincide con la del experimento 3. Por otro lado, los experimentos 1, 2 y 4 justifican la ley de las proporciones múltiples (“cuando una misma cantidad de compuesto A se combina con cantidades variables de compuesto E, estas últimas cantidades guardan una relación de números enteros sencillos”). Para comprobarlo, dividiremos los datos del experimento 4 por 5,00; de ese modo tendremos iguales cantidades de A en los experimentos 1, 2 y 4. Se obtiene que en el experimento 4 1,00 g de A reacciona con 0,16 g de E. Ahora se trata de comprobar si las cantidades de E en los experimentos 1, 2 y 4 (es decir, 0,48, 0,24 y 0,16) guardan una relación de números enteros sencillos. Para ello, se dividen las tres cantidades por la menor (0,16). Se obtiene 3, 1,5 y 1. No son números enteros, pero multiplicando por 2 llegamos a 6, 3 y 2, que sí lo son. Finalmente, es fácil comprobar que en los cuatro experimentos se cumple la ley de conservación de la masa o de Lavoisier, ya que las masas de los productos coinciden con las sumas de las masas de los reactivos.

(TEMA 2) 2. Las espinelas son un tipo de minerales. El más representativo es el llamado en nomenclatura clásica aluminato de magnesio. Teniendo en cuenta los estados de oxidación o valencias iónicas más habituales del Al, el O y el Mg, ¿cuál de las siguientes cree que sería su fórmula?

(A). MgAlO₃
(B). MgAl₂O₄
(C). Mg₂AlO₃
(D). MgAl₂O₃

Solución: B. El Mg es un alcalinotérreo; por tanto, su estado de oxidación es +2 en la gran mayoría de sus compuestos. Por su parte, el estado de oxidación más común del aluminio es +3. Como el del oxígeno es –2 en la gran mayoría de los casos, la única forma de compensarse estas cargas, de las cuatro fórmulas indicadas, sería MgAl₂O₄. Hay que tener en cuenta que el Mg puede presentar muy raramente número de oxidación +1, y también el Al, y que el O, en los peróxidos, puede tener número de oxidación –1. Pero, según el enunciado, no se trata de un peróxido, sino de una sal ternaria (procedente, en teoría, pues, de un ácido oxácido). En las sales ternarias, el número de oxidación del O es siempre –2. Por otra parte, en la nomenclatura clásica, si el Al tuviera número de oxidación +1, sus sales deberían llamarse aluminitos. Por lo tanto, hay que admitir que en esta sal el O tiene estado de oxidación –2 y el Al, +3. Solo queda explorar si es posible alguna de ellas en la que el Mg tuviese número de oxidación + 1. Es fácil comprobar que no. Por lo tanto, de las cuatro opciones dadas solo cabe elegir MgAl₂O₄.

Por otra parte, el problema se puede resolver razonando a la inversa. El Al está en una familia en la que los estados de oxidación típicos son, en general, +1 y +3. Un “aluminato” emplearía el número de oxidación +3. Derivaría, pues, del “ácido alumínico”, procedente, a su vez, del “anhídrido alumínico”. La fórmula de este último sería el Al₂O₃. Al añadir una molécula de agua llegamos al ácido: H₂Al₂O₄. Sin simplificar, sustituyendo los dos H por Mg obtenemos finalmente MgAl₂O₄. (Si hubiésemos simplificado, el ácido sería HAlO₂, y la sal, Mg(AlO₂)₂, fórmula que sería equivalente a la anterior).