Química -...

Ciencias Plan Común

Química

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Preuniversitarios

Autor : Preuniversitarios Cpech.

N° de Inscripción : 238.244 del 31 de Enero de 2014.

Derechos exclusivos : Cpech S.A.

PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL

Año Impresión 2014

Impreso en QUADGRAPHICS CHILE S.A.

Han colaborado en esta edición:

Subdirectora Académica

Paulina Núñez Lagos

Directora PSU y Programas Consolidados

Patricia Valdés Arroyo

Equipo Editorial

Gonzalo Prado Pérez

Paula Rada Martínez

Diseño Gráfico y Diagramación

Pamela Martínez Fuentes

Diseño de Portada

Vania Muñoz Díaz

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ÍNDICE

11 Capítulo 1: Organización, Estructura y Actividad Celular 13

1. Historia de la química ............................................................................................. 14 1.1 Teoría atómica ................................................................................................... 15 1.1.1 Teoría atómica de Dalton ........................................................................ 15 1.1.2 Modelo atómico de Thomson ................................................................. 16 1.1.3 Modelo atómico de Rutherford .............................................................. 17 1.1.4 Modelo atómico de Bohr ........................................................................ 18 1.1.5 Modelo mecánico cuántico ..................................................................... 19

2. Términos en teoría atómica .................................................................................... 19 2.1 Número atómico (Z) ........................................................................................... 19 2.2 Número másico (A) ............................................................................................ 19 2.3 Número de neutrones (n°) .................................................................................. 20 2.4 Elemento químico .............................................................................................. 20 2.5 Unidad de masa atómica (UMA) ......................................................................... 20 2.6 Carga eléctrica ................................................................................................... 20 2.7 Carga nuclear ..................................................................................................... 21

3. Tipos de átomos ...................................................................................................... 22 3.1 Isótopos ............................................................................................................. 22 3.2 Isóbaros ............................................................................................................. 22 3.3 Isótonos ............................................................................................................. 22

4. Números cuánticos ................................................................................................. 23 4.1 Número cuántico principal (n) ........................................................................... 23 4.2 Número cuántico secundario (l) ......................................................................... 23 4.3 Número cuántico magnético (m) ....................................................................... 25 4.4 Número cuántico de spin (s) .............................................................................. 25

5. Configuración electrónica ........................................................................................ 25 5.1 Realización de una configuración electrónica .................................................... 26 5.2 Formación de iones ............................................................................................ 28

6. Propiedades periódicas ........................................................................................... 28 6.1 Radio atómico .................................................................................................... 28 6.2 Volumen atómico .............................................................................................. 29 6.3 Potencial de ionización ...................................................................................... 29 6.4 Electroafinidad ................................................................................................... 29 6.5 Electronegatividad ............................................................................................. 29

PRESENTACIÓN

CAPíTulo 1: TEoRíA ATÓmICA

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7. Propiedades macroscópicas de la materia ............................................................... 30 7.1 Punto de ebullición ............................................................................................ 30 7.2 Punto de fusión ................................................................................................. 30

8. Tabla periódica de elementos .................................................................................. 31 8.1 Períodos ............................................................................................................. 31 8.2 Grupos ............................................................................................................... 31

9. Enlace químico ........................................................................................................ 33 9.1 Determinación de electrones de valencia ........................................................... 34 9.2 Tipos de enlace .................................................................................................. 35 9.2.1 Enlace iónico .......................................................................................... 35 9.2.2 Enlace covalente ..................................................................................... 35 9.2.3 Enlace metálico ...................................................................................... 36 9.3 Geometría molecular ......................................................................................... 36

45

1. Nomenclatura inorgánica ........................................................................................ 46 1.1 Estado de oxidación (EDO) ................................................................................. 46 1.1.1 Estados de oxidación positivos ............................................................... 46 1.1.2 Estados de oxidación negativos .............................................................. 47

2. Determinación de los estados de oxidación en compuestos ................................. 48 2.1 Iones positivos o cationes .................................................................................. 49 2.2 Iones negativos o aniones .................................................................................. 50

3. Compuestos binarios .............................................................................................. 50 3.1 Compuestos oxigenados .................................................................................... 50 3.1.1 Óxido básico ........................................................................................... 51 3.1.2 Anhídridos u óxidos ácidos ..................................................................... 52 3.1.3 Peróxidos ................................................................................................ 53 3.2 Compuestos hidrogenados ................................................................................ 53 3.2.1 Hidruros .................................................................................................. 53 3.2.2 Hidrácidos .............................................................................................. 54 3.3 Sales binarias ..................................................................................................... 54

4. Compuestos ternarios ............................................................................................. 55 4.1 Hidróxidos ......................................................................................................... 55 4.2 Oxácidos ............................................................................................................ 56 4.3 Sales ternarias .................................................................................................... 56

5. mineralogía ............................................................................................................. 60 5.1 Rocas ................................................................................................................. 60 5.2 Mineral .............................................................................................................. 60 5.2.1 Propiedades de los minerales .................................................................. 60

CAPíTulo 2: NomENClATuRA INoRgáNICA

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5.3 Clasificación de los minerales .........................................................................61 5.3.1 Elementos nativos ..............................................................................62 5.3.2 Sulfuros ..............................................................................................62 5.3.3 Halogenuros .......................................................................................62 5.3.4 Óxidos ................................................................................................62 5.3.5 Carbonatos .........................................................................................63 5.3.6 Nitratos, fosfatos y sulfatos ................................................................63 5.3.7 Silicatos ..............................................................................................63

73

1. Estequiometría ..................................................................................................... 74 1.1 Ley de la conservación de la masa (ley de Lavoisier) .......................................74 1.2 Ley de proporciones definidas (ley de Proust) ................................................75 1.3 Ley de las proporciones múltiples (ley de Dalton) ..........................................75 1.4 Ley de las proporciones recíprocas (ley de Richter) ........................................76

2. Términos de estequiometría ............................................................................... 76 2.1 Unidad de masa atómica (uma) ......................................................................76 2.2 Mol (n) ............................................................................................................77 2.3 Constante de Avogadro .................................................................................77 2.4 Masa molar (MM) ...........................................................................................78 2.5 Relación entre masa molar y la constante de Avogadro .................................79

3. Ecuaciones químicas ........................................................................................... 79

4. Relaciones estequiométricas ............................................................................... 81

5. Composición porcentual ..................................................................................... 81

6. Reactivo límite ..................................................................................................... 82

7. leyes fundamentales de los gases ...................................................................... 84 7.1 Variables de los gases ....................................................................................84 7.1.1 Temperatura ...................................................................................... 84 7.1.2 Presión ............................................................................................... 85 7.1.3 Volumen ............................................................................................ 86 7.2 Leyes de los gases ......................................................................................... 86 7.2.1 Ley de Avogadro ................................................................................ 86 7.2.2 Ley de Boyle y Mariotte ..................................................................... 86 7.2.3 Ley de Charles .................................................................................... 87 7.2.4 Ley de Gay- Lussâc ............................................................................. 87 7.2.5 Ley combinada de los gases .............................................................. 88 7.2.6 Ecuación de gases ideales .................................................................. 88

CAPíTulo 3: ESTEQuIomETRíA

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1. Disoluciones ........................................................................................................ 98 1.1 Características de las disoluciones ............................................................... 98 1.1.1 Clasificación de las disoluciones según la polaridad del disolvente .... 98 1.1.2 Clasificación de las disoluciones según el número de componentes .. 98 1.1.3 Clasificación de las disoluciones según la fase en la que se encuentra el disolvente ................................................. 98 1.2 Suspensiones .............................................................................................. 99 1.3 Coloides ..................................................................................................... 99

2. Expresiones en disoluciones ............................................................................. 100 2.1 Porcentaje masa masa (% m/m) ................................................................. 100 2.2 Porcentaje masa volumen (% m/v) ............................................................. 100 2.3 Porcentaje volumen volumen (% v/v) .......................................................... 101 2.4 Molaridad (M) ........................................................................................... 101 2.5 Molalidad (m) ............................................................................................ 103 2.6 Partes por millón (ppm) ............................................................................. 104 2.7 Fracción molar (X) ..................................................................................... 104

3. Relaciones entre las expresiones que informan sobre una disolución ............. 105 3.1 Molaridad en función de porcentaje masa masa ....................................... 105 3.2 Molalidad en función de porcentaje masa masa ........................................ 105 3.3 Porcentaje masa volumen en función de porcentaje masa masa ................ 106

4. mezclas y diluciones .......................................................................................... 106 4.1 Mezclas .................................................................................................... 106 4.2 Dilución de una disolución ........................................................................ 107

5. Solubilidad ........................................................................................................ 107

6. Factores de solubilidad ..................................................................................... 109 6.1 Temperatura ............................................................................................. 109 6.2 Naturaleza química ................................................................................... 109 6.3 Presión ..................................................................................................... 109

7. Características de las disoluciones en solubilidad ............................................. 110 7.1 Disolución total ........................................................................................ 110 7.2 Disolución parcial ..................................................................................... 110 7.3 Disolución no total ................................................................................... 110 7.4 Reglas de solubilidad ................................................................................ 110

8. Propiedades coligativas .................................................................................... 110 8.1 Presión de vapor (tonoscopía) ................................................................... 111 8.2 Punto de ebullición (ebulloscopía) ............................................................ 112 8.3 Punto de congelación (crioscopía) ............................................................ 113 8.4 Presión osmótica (osmometría) .................................................................. 114

CAPíTulo 4: DISoluCIoNES

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1. Flujo de materia y energía en el ecosistema ..................................................... 122 1.1 Ciclos de los nutrientes ............................................................................. 123 1.1.1 Ciclo del agua ................................................................................ 123 1.1.2 Ciclo del carbono ........................................................................... 124 1.1.3 Ciclo del nitrógeno ........................................................................ 125 1.1.4 Ciclo del fósforo ............................................................................ 126

2. Contaminación ambiental ................................................................................. 126 2.1 Aire .......................................................................................................... 127 2.1.1 Componentes del aire .................................................................... 127 2.1.2 Contaminantes del aire .................................................................. 127 2.1.3 Contaminación del aire .................................................................. 129

3. Agua .................................................................................................................. 131 3.1 Estructura molecular del agua .................................................................. 131 3.2 Propiedades del agua ............................................................................... 132 3.2.1 Densidad ....................................................................................... 132 3.2.2 Tensión superficial ......................................................................... 132 3.2.3 Calor específico ............................................................................. 133 3.3 Tipos de contaminación ............................................................................ 133 3.3.1 Aguas duras .................................................................................. 133 3.3.2 Eutrofización ................................................................................. 133 3.4 Potabilización del agua ............................................................................. 134

4. Suelo .................................................................................................................. 136 4.1 Componentes del suelo ...............................................................................136 4.2 Estructura y tipos de suelo ...........................................................................137 4.3 Degradación de suelos .................................................................................138 4.3.1 Erosión eólica ...................................................................................139 4.3.2 Erosión marina .................................................................................139 4.3.3 Erosión pluvial y fluvial .....................................................................139 4.3.4 Erosión glacial ..................................................................................139 4.3.5 Erosión antrópica .............................................................................139 4.4 Conservación de suelos ................................................................................140 4.4.1 Cultivo en terrazas ............................................................................140 4.4.2 Franjeado ..........................................................................................140 4.4.3 Cultivo en contorno ..........................................................................140 4.4.4 Rotación de cultivos .........................................................................140 4.4.5 Agrosilvicultura .................................................................................140 4.4.6 Reforestación ....................................................................................140

147

1. la industria química .......................................................................................... 148

2. Procesos industriales involucrados en el desarollo económico ......................... 148 2.1 Fabricación de vidrio ....................................................................................148 2.2 Fabricación del papel ...................................................................................150

CAPíTulo 6: PRoCESoS QuímICoS INDuSTRIAlES

CAPíTulo 5: QuímICA AmbIENTAl

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2.2.1 Reciclaje del papel ............................................................................151 2.3 Metalurgia del cobre ....................................................................................151 2.3.1 Propiedades y aleaciones del cobre ..................................................152 2.3.2 Proceso de producción del cobre ......................................................152 2.4 Salitre ..........................................................................................................153 2.5 Carbonato de litio ........................................................................................154

3. Conservación de los recursos energéticos de la tierra ...................................... 155

161

1. Fuentes naturales de obtención del carbono ................................................... 162 1.1 Carbono elemental ......................................................................................162 1.2 Petróleo .......................................................................................................163 1.2.1 Refinación del petróleo .....................................................................164 1.3 Gas natural ..................................................................................................165 1.4 Productos vegetales y animales ...................................................................165

2. Propiedades químicas del carbono ................................................................... 166

3. Compuestos inorgánicos del carbono .............................................................. 169

4. Compuestos orgánicos del carbono ................................................................. 170 4.1 Los hidrocarburos ........................................................................................170 4.1.1 Hidrocarburos alifáticos ....................................................................170 4.1.2 Nomenclatura de algunos hidrocarburos alifáticos ...........................172 4.1.3 Propiedades y usos de los hidrocarburos alifáticos ...........................175 4.2 Hidrocarburos alicílicos ................................................................................176 4.3 Hidrocarburos aromáticos ............................................................................177 4.3.1 Benceno ............................................................................................177 4.3.2 Usos y características de los compuestos aromáticos .......................177

5. Serie homóloga ................................................................................................. 178

6. Isomería .............................................................................................................. 178 6.1 Isomería estructural .....................................................................................179 6.2 Estereoisomería ...........................................................................................179

7. Funciones orgánicas ........................................................................................... 180

8. macromoléculas ................................................................................................. 183 8.1 Hidratos de carbono (azúcares) ...................................................................183 8.2 Lípidos .........................................................................................................184 8.3 Proteínas ......................................................................................................184 8.4 Ácidos nucleicos ..........................................................................................185

9. uso actual de los compuestos orgánicos .......................................................... 186

10. Producción de bebidas alcohólicas ................................................................... 193

CAPíTulo 7: QuímICA oRgáNICA

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CAPíTulo 8: áCIDo bASE

CAPíTulo 9: mATERIAlES DE uSo CoTIDIANo

203

1. Conceptos, características de ácidos y bases ................................................... 204

2. Características químicas de ácidos y bases ....................................................... 205 2.1 Ácidos ..........................................................................................................205 2.2 Bases ............................................................................................................205

3. medida de la acidez y basicidad ........................................................................ 206 3.1 Relación entre pH y pOH ..............................................................................207 3.2 Indicadores ..................................................................................................208 3.3 Disoluciones buffer ......................................................................................209 3.4 Neutralización ..............................................................................................209

215

1. materiales ........................................................................................................... 216 1.1 Cerámicas ....................................................................................................216 1.2 Plásticos .......................................................................................................220 1.3 Caucho ........................................................................................................225

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PRESENTACIÓN

Con el propósito de ayudarte en la adecuada preparación de la PSU de Ciencias Básicas –

Química, te invitamos a iniciar un recorrido por las páginas de este libro. En sus capítulos,

encontrarás el desarrollo de los contenidos establecidos por el DEMRE – Departamento de

Evaluación, Medición y Registro Estudiantil – para el currículo de esta área.

Con el fin de complementar tu proceso de aprendizaje, este libro contiene

una serie de iconos didácticos que te indicarán distintas estrategias para

optimizar tu modelo de lectura y análisis de los temas que se incluyen.

Finalmente encontrarás resolución detallada de algunos problemas,

actividades adicionales para resolver y ejercitación PSU en cada capítulo.

Es importante que recuerdes que la Prueba de Selección Universitaria (PSU) mide, además,

la integración de los contenidos dentro de la transversalidad del conocimiento, es

decir, evalúa ciertas destrezas cognitivas (habilidades), necesarias para resolver

cada problema. Con el propósito de orientarte en los procesos cognitivos que se

evalúan, en la página siguiente te presentamos las habilidades consideradas en la

PSU, de modo que durante la ejercitación de cada capítulo identifiques qué habilidad

se desarrolla y potencies así tu capacidad de resolución.

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Habilidades evaluadas

Reconocimiento: Reconocer información explícita que no implica un mayor manejo de contenidos, sólo recor-dar información específica, definiciones, hechos.

Comprensión: Además del conocimiento explícito de la información, ésta debe ser relacionada para manejar el contenido evaluado, interpretando información en un contexto distinto al que se aprendió.

Aplicación: Es el desarrollo práctico tangible de la información que permite aplicar los contenidos asimilados a la resolución de problemas. En ciencias permite llevar el conocimiento científico a la vida diaria.

ASE (Análisis, Síntesis y Evaluación): Es la más compleja de las habilidades evaluadas. Implica reconocer, comprender, interpretar e inferir información a partir de datos que no necesariamente son de conocimiento direc-to, y que exige reconocer las partes que forman un todo y las relaciones de causalidad entre ellas.

Íconos didácticos

Conceptos fundamentales

Indica aquellos conceptos importantes referidos al capítulo, que no debes olvidar ni confundir.

ActividadesIndica recursos didácticos que con una estructura distinta a un ejercicio PSU te ayudarán a aplicar los conceptos.

Sabías que...Indica relaciones importantes respecto a la aplicación real de contenidos, con la finalidad de que los asocies de manera didáctica.

Ojo con Indica datos relevantes que debes manejar respecto a un contenido.

Ejercicios PSUIndica, aquellos ejercicios que reproducen la misma estructura de una pregunta PSU. Encontrarás la habilidad evaluada en cada ejercicio.

Síntesis de contenidos

Indica el desarrollo de un esquema de contenido a través del cual se sintetizan los contenidos más relevantes de uno o más temas y/o de un capítulo.

TEORÍA ATÓMICACapítulo 1

AprendizAjes esperAdos

Describir los distintos modelos atómicos.

Definir términos usados en teoría atómica.

Reconocer y utilizar los números cuánticos.

Aplicar propiedades periódicas.

Reconocer los diferentes tipos de enlace químico.

Reconocer la geometría molecular de algunos compuestos.

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1Teoría atómica

1. Historia de la química

Con el fin de establecer una evolución de la química, en este capítulo se pretenderá dar un resumen histórico, destacando los hechos más significativos ocurridos en esta ciencia.

Si nos remontamos a la época antes de Cristo, se sabe que en China ya existían procedimientos químicos tales como la fabricación de ladrillos, de cerámica y la extracción de ciertos metales. En Egipto se realizaban observaciones experimentales que se tradujeron en obtener aleaciones de los metales y la creación de una técnica para embalsamar cadáveres.

Los griegos también hacen su aporte a esta ciencia experimental. Establecen que la naturaleza estaba compuesta por cuatro elementos: agua, tierra, fuego y aire, más un quinto elemento denominado éter. Todo estaba constituido por estos elementos. Fue Demócrito quien postuló que “al tomar una porción de la naturaleza e ir dividiéndola llegaré a una parte que no podrá ser dividida, a esa porción le llamaré átomo, es decir, sin división”.

Vemos que Demócrito es el creador del término átomo. Sin embargo, Aristóteles cuestiona lo postulado por Demócrito y establece que la naturaleza está compuesta por cuatro esencias: caliente, frío húmedo y seco, y otro componente, la quintaesencia, aumentando así, la confusión en torno a la formación de la naturaleza.

Después de Cristo, aparecen etapas más destacables para esta ciencia. Así, la era de la alquimia se caracterizó por dos hechos fundamentales: transformar cualquier tipo de metal en oro y, encontrar la inmortalidad a través de la búsqueda de la piedra filosofal y el elixir de la vida. Como sabemos, ambos sucesos no fueron logrados, sin embargo, permitieron obtener grandes avances en los trabajos de laboratorio y en la obtención de nuevos compuestos.

La siguiente etapa es la Iatroquímica, en la que se buscan y crean medicamentos para mantener la salud de las personas o bien, para la curación de ciertas enfermedades. De esta etapa proviene la actual carrera denominada química y farmacia.

A continuación, aparece la etapa de la química neumática, la que se dedicó principalmente al estudio de los gases, formulando las leyes que los rigen. Así, el proceso de combustión fue explicado a través de la teoría del Flogisto, la que postulaba que “todo compuesto, al combustionarse, perdía flogisto o parte de su masa, quedando los respectivos residuos de cenizas”. Sin embargo, la práctica experimental demostró que tal suceso no podía ocurrir.

La Química Moderna se inicia con Lavoisier. Él postuló que “en la naturaleza nada se pierde ni se destruye, sólo se transforma”. Este hecho, hasta el día de hoy, es válido. Por ejemplo, citemos que las leyes que se pueden asociar a la estequiometría tienen su nacimiento en este período, descubrimientos de nuevos compuestos, etc.

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Capítulo 1 Teoría atómica

La química moderna se inicia con Lavoisier, quien postuló que “en la naturaleza nada se pierde ni se destruye, sólo se transforma”, hecho considerado válido hasta los días de hoy. A este periodo también se asocian las leyes de la estequiometría, los inicios de la nomenclatura orgánica e inorgánica, los descubrimientos de nuevos compuestos, etc.

Luego de esta etapa, la química comienza un desarrollo importantísimo. y, gracias a las contribuciones de la física, se logra impulsar su expansión a otras áreas de las ciencias.

Las investigaciones y experimentos apuntan a estudiar las características y estructura del átomo. En esta época, Mendeléev crea el actual Sistema Periódico de los elementos químicos, ordenando los átomos de acuerdo a sus características similares. Dalton y Thomson comienzan la creación de modelos atómicos con el fin de establecer las partículas constituyentes de un átomo.

Por otra parte, se realizan numerosos estudios acerca de la radioactividad, los rayos X, la conducción eléctrica y los fenómenos nucleares.

Por último, dentro de las ramas que conforman la química actual, se encuentran la química general, la química inorgánica, la química orgánica, la química analítica, la físicoquímica y la bioquímica. Todas ellas y su constante comunicación, hacen de esta ciencia una forma de avanzar día a día para una mejor relación de los seres vivos y la naturaleza.

China Egipto Grecia 0 Alquimia Latroquímica Neumática Moderna

a.C d.C

Línea de tiempo de historia de la química

1.1 Teoría atómica

1.1.1 Teoría atómica de Dalton

John Dalton presenta una teoría atómica con el que se inicia el estudio del átomo. Lo propone entre los años 1803 y 1808.

Su esquema es bastante simple, enunciado por tres postulados:

1. Cada elemento químico se compone de partículas muy pequeñas e indivisibles llamadas átomos. En todos los procesos químicos, el número de átomos de cada elemento, permanece constante.

2. Todos los átomos de un elemento dado tienen masa y propiedades iguales, pero son distintos de los átomos de todos los demás elementos.

3. En los compuestos químicos, los átomos de elementos diferentes están unidos entre sí en proporciones numéricas simples. Modelo atómico de Dalton

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1Como se dijo, esta teoría ayuda a explicar lo que es el átomo. Sin embargo, no fue capaz de explicar una serie de hechos experimentales que hacía intuir la naturaleza eléctrica del átomo, tales como:

- La conducción eléctrica a través de disoluciones y gases.

- Descubrimientos de los rayos X.

- Los fenómenos de radiactividad.

Debido a esto, es necesario idear un modelo para explicar al átomo.

1.1.2 Modelo atómico de Thomson

J. J. Thomson (1856-1940) enuncia su modelo en 1897. En sus estudios experimentales, usó los tubos de descarga. Éstos estaban compuestos por un tubo de vidrio al vacío (ausencia de aire), y por dos electrodos metálicos: un ánodo (parte positiva) y un cátodo (parte negativa), los cuales estaban conectados a una fuente de poder. Al accionar dicho tubo de descarga, se producía un haz de luz y se observó que emergían del cátodo al ánodo. Por ello se los bautizó como Rayos Catódicos. Los tubos de descarga fueron una idea del investigador Robert Crookes.

Cuando Thomson colocó una cruz de malta dentro del tubo y observó que se producía sombra, dedujo que el haz de luz estaba formado por partículas. A su vez, sometió dicho haz a un campo magnético y uno eléctrico donde notó que sufría desviación al polo positivo. Por lo tanto, su carga eléctrica era negativa. Así, denominó electrón a aquella partícula.

A su vez, con otros experimentos logra determinar la relación carga masa del electrón, siendo ésta:

1,76 x 108 C g-1

En donde C, representa la unidad de carga coulomb y g, la unidad de masa gramos.

Luego, enunció su modelo: “el átomo es una esfera de carga positiva en donde los electrones estarían incrustados, y que pueden ser extraídos”. Este modelo se conoce como el “budín de pasas”.

En 1908, R. A. Millikan (1868-1953), luego de varios trabajos experimentales, logra determinar la carga del electrón en:

1,6 x 10-19 C

Como se conocía la relación carga masa del electrón y el valor de la carga, fue fácil calcular la masa del electrón, resultando ésta igual a:

9,11 x 10-28 g

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Modelo atómico de Thomsom

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Por otra parte, el físico Eugen Goldstein (1850-1930), haciendo una modificación al cátodo del tubo de descarga, logra observar un haz de luz que, frente a campos eléctricos y magnéticos, sufrían desviación al polo negativo, por lo tanto, presentaban carga positiva. Estos rayos viajaban en forma opuesta a los rayos catódicos. Y venían de los orificios o canales del cátodo, motivo por el cual fueron bautizados como Rayos Canales.

1.1.3 Modelo atómico de Rutherford

Lord Ernest Rutherford (1871-1940) logra, a través de estudios experimentales, descubrir cuál era esa partícula positiva. Para destacar este hecho la llama protón (el primero). Su masa era 1.836 veces la del electrón, por lo tanto, su valor es: 1.67 x 10-24 g

Con este suceso, Rutherford inicia su estudio del átomo, ocupando para ello partículas alfa. Dichas partículas fueron proyectadas sobre láminas muy delgadas de metales (oro, plata, magnesio, etc.) y en torno a esta placa, se colocaron otras, cubiertas con sulfuro de zinc.

Al revisar sus observaciones se lee: “de todas las partículas alfas proyectadas, la gran mayoría pasó sin problemas, pero otras sufrieron desviación”. Debido a esto, Rutherford sugirió que el átomo ya no era una estructura compacta. Comprobó que la mayor parte de la masa del átomo estaba al centro, al que llamó núcleo. Éste estaba formado por protones y a su alrededor, se encontraban girando los electrones separados por una distancia tal, que las partículas alfa pasaban sin problemas.

Presenta sus estudios en 1911. En 1908 recibe el premio Nobel de Química. El modelo atómico de Rutherford también es conocido como el modelo planetario, debido a su semejanza con el sistema solar.

Rutherford supone la existencia de otra partícula en el núcleo pero no lo demuestra. Quien sí comprueba tal supuesto es Sir James Chadwick (1891-1974). Él ocupa la llamada cámara de niebla para realizar sus experimentos, y en la reproducción de ellos, observa que una partícula retrocedía. Ésta resultó tener carga eléctrica cero y poseer una masa igual a la del protón. Dicho descubrimiento ocurre en el año 1932 y en 1935 recibe el premio Nobel de Física.

Con ello se demuestra que el átomo no es la partícula más pequeña sino que dentro de ella hay otras aún más pequeñas, las cuales nuevamente agrupadas dan origen al átomo. El átomo entonces está compuesto por protones, neutrones y electrones.

Veamos a continuación el próximo modelo que pretende aportar otras explicaciones no contestadas por Rutherford.

Modelo atómico de Rutherford

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11.1.4 Modelo atómico de Bohr

El modelo de Rutherford distingue un núcleo, formado por protones y neutrones y una envoltura que son los electrones. Sin embargo, este modelo no da información de cómo se distribuyen los electrones ni explica el hecho de que los átomos emitan o reciban energía.

Fue Niels Bohr (1885 - 1962) quien propone una mejora al modelo de Rutherford. Él argumentó lo siguiente: “dado que estamos en presencia de partículas, las cuales presentan carga eléctrica, necesariamente debe producirse una atracción entre ellas”. Por lo tanto, el núcleo ejercerá atracción sobre el electrón, a tal punto de que el electrón empezará a proyectarse rápidamente al núcleo con la consecuencia de destruirlo. Esto no podía ser. El átomo es eterno, eso estaba claro.

Ocupando los planteamientos de la física clásica, Bohr inicia la argumentación para justificar que el núcleo y el electrón no se atrajeran.

Supuso que existía una relación entre la fuerza centrípeta y la fuerza eléctrica de atracción. Además, manifestó que la energía total del sistema era igual a la suma de la energía potencial y la energía cinética. Después de un desarrollo matemático (que no es necesario detallar), concluyó los siguientes aspectos:

1. Existen niveles de energía permitidos, que van desde n =1 hasta infinito.

2. Hay órbitas estacionarias en la cuales se mueve el electrón. No se manifiesta energía en estas órbitas.

3. El electrón podrá saltar de un nivel a otro de energía, sólo si se le entrega un cuantum de energía, expresado en valores enteros y no en fracciones.

4. Cuando el electrón pasa de un nivel menor a uno mayor de energía, ese proceso se llama absorción. Si va de uno mayor a uno menor, se llama emisión.

5. Para que ocurra ese salto entre los niveles se deberá procurar una frecuencia tal que concuerde con dicha diferencia energética.

Con sus estudios, Bohr propuso tres expresiones con las cuales se puede calcular la energía para cada nivel, el radio de cada órbita y la velocidad del electrón en dicha órbita. Estas expresiones dan cuenta de los valores que se obtienen en cada nivel. Su propuesta se basó en el átomo de Hidrógeno.

La gran desventaja del modelo atómico de Bohr fue que no pudo ser aplicado a los demás átomos, puesto que seguía asumiendo un átomo plano, el cual, necesariamente debía tener volumen.

Modelo atómico de Bohr

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-

-

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1.1.5 Modelo mecánico cuántico

El Modelo Mecánico Cuántico es la explicación actual sobre el comportamiento del átomo. Fue desarrollado entre los años 1924 y 1927 por varios científicos. Comenzando con Louis de Broglie, quien intuyó que los electrones deberían tener el comportamiento de una onda. Esto fue demostrado en 1927. Esta particular conducta de los electrones implica la imposibilidad de determinar simultáneamente y con igual exactitud la posición y la velocidad de éstos, pues para conocerlas se debe interactuar con esta partícula. Este postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre y fue enunciado, en 1927, por Werner Heisenberg.

Dado que el electrón es una partícula que presenta propiedades de onda, su movimiento pudo ser descrito por medio de una ecuación de onda. Erwin Schrödinger, en 1926, empleó las ideas de Broglie para llegar a la ecuación de onda que podría aplicarse al átomo de hidrógeno. La resolución de la ecuación de Schrödinger difiere de las ecuaciones simples, puesto que es una ecuación diferencial. Una de las características de éstas, es el gran número de soluciones posibles.

Los resultados obtenidos para el átomo de hidrógeno se pudieron extender con éxito al resto de los elementos del sistema periódico.

2. Términos en teoría atómica

Como se sabe, ya se estableció que los constituyentes del átomo son: protones, neutrones y electrones. Ahora bien, al relacionarlos surgen conceptos que es de interés conocer.

2.1 Número atómico (Z)

Z = p+

Corresponde al número de protones que posee el núcleo de un átomo y es lo que identifica a un elemento. En un átomo neutro, la cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones, es decir, cuando se menciona que el átomo de sodio (Na) tiene un número atómico 11, implica que en el núcleo de ese átomo existen 11 protones y, consecuentemente, 11 electrones en la electrósfera.

3Li 11Na 26Fe

2.2 Número másico (A)

A = p+ + n°

El número másico es la suma de protones y neutrones que existen en un átomo. En él se expresa la composición nuclear que determina el peso atómico.

C 12 K 39 Xe 54

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12.3 Número de neutrones (n°)

n° = A – Z

Corresponde a partículas sin carga eléctrica, con masa similar al protón. Se calcula con la diferencia del número másico y el número atómico.

2.4 Elemento químico

Es el conjunto de todos los átomos con el mismo número atómico (Z), siendo la notación general de un átomo la siguiente:

X

A

Z

A: Número másico Z: Número atómico

2.5 Unidad másica atómica (UMA)

Los átomos son tan pequeños, que no se puede cuantificar su masa individual. Sin embargo, mediante métodos experimentales se puede determinar la masa de un átomo en relación con la de otro. Para ello, se debe asignar un valor a la masa de un átomo de un elemento determinado de tal manera que pueda ser usada como patrón.

Se ha establecido que el C12, uno de los isótopos del elemento carbono, tiene exactamente un peso de 12 unidades de masa atómica. Entonces, tomando como patrón este isótopo, la unidad másica atómica (uma) es igual a 1/12 de la masa del C12.

2.6 Carga eléctrica

a. Átomo negativo

Átomo cuyo número de electrones es mayor respecto al número de protones. También se llama Anión.

e– > p+

b. Átomo neutro

Átomo cuyo número de protones es igual al número de electrones y se refiere a un átomo en su estado natural.

e– = p+

c. Átomo positivo

Átomo cuyo número de electrones es menor en comparación al número de protones. También se llama Catión.

e– < p+

El átomo se compone básicamente de neutrones, protones y electrones. Estas partículas se llaman partículas subatómicas.

ProtonesElectrones

Neutrones

La explicación del principio de incertidumbre de Heisenberg, trasladado

a la vida cotidiana, implicaría determinar la posición de un automóvil en movimiento haciendo chocar contra él otro automóvil. La determinación final sería poco fiable, ya que el movimiento del primero, velocidad y dirección, quedaría modificado por la colisión con el segundo.

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2.7 Carga nuclear

Es la carga que presenta el núcleo. Su valor se lo entregan los protones, dado que los neutrones son eléctricamente neutros.

Un átomo X , que posee m cargas positivas, se representa por

XA

Z

m+

Un átomo X, que posee n cargas negativas, se representa por

XA

Z

n-

A, Z, m y n son números enteros

A= Número másicoZ= Número atómico

Ejemplo 1

Na23

11

El átomo de sodio tiene 11 protones, 11 electrones y 12 neutrones. Como hay igual número de protones y elec-trones es neutro. Su carga nuclear es + 11.

Ejemplo 2

Al27

13

3+

El ión de aluminio tiene 13 protones, 10 electrones y 14 neutrones. Como hay mayor número de protones que electrones es positivo (o catión). Su carga nuclear es + 13.

Ejemplo 3

O16

8

2-

El ión de oxígeno tiene 8 protones, 10 electrones y 8 neutrones. Como hay mayor número de electrones que protones es negativo (o anión). Su carga nuclear es + 8.

Átomo neutro iónNúmero de partículas del ión

p+ nº e-

11 12 10

17 18 18

11p+

12n

11e-

17p+

18n

17e-

11p+

12n

10e-

17p+

18n

18e-

Sodio (Na)

Anión Cloro (Cl-1)Cloro (Cl)

Catión Sodio (Na+1)

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13. Tipos de átomos

3.1 Isótopos

Son aquellos átomos que presentan igual número atómico, pero distinto número másico. Se establece en átomos de un mismo elemento.

Ejemplo

O15

8

O16

8

O17

8

El oxígeno tiene tres isótopos (tiene igual Z, distinto A).

3.2 Isóbaros

Son aquellos átomos que presentan igual número másico y distinto número atómico.

Ejemplo C

14

6

N

14

7 Son átomos distintos, pero tienen igual A y diferente Z.

3.3 Isótonos

Son átomos que presentan distinto número másico, distinto número atómico, pero tienen igual número de neutrones.

Ejemplo B

11

5

C

12

6 Tienen en común el mismo número de neutrones que es 6.

Nombre del

núcleo

Abundancia en la

naturaleza (en %)

Número atómico

(Z)

Número másico

(A)

Composición nuclear Símbolo

EAZProtones Neutrones

Hidrógeno-1Hidrógeno-2Hidrógeno-3

99,9850,015

0,00013

111

123

111

012

H11

H21

H31

Carbono-12Carbono-13

98,891,11

66

1213

66

67

C12 6

C13 6

Nitrógeno-14Nitrógeno-15

99,630,37

77

1415

77

78

N14 7

N15 7

Oxígeno-16Oxígeno-17Oxígeno-18

99,7590,0370,204

888

161718

888

8910

O16 8

O17 8

O18 8

No todos los elementos se presentan en la naturaleza en forma de varios isótopos.Así, hay 20 elementos que presentan una única forma natural:

4Be9, 9F19, 11Na23, 13Al27, 15P

31,

21Sc45, 25Mn55, 27Co59, 33As75, 39Y89,

41Nb93, 45Rh103, 53I127, 55Cs133,

59Pr141, 65Tb159, 67Ho165, 69Tm169,

79Au197, 83Bi209

Sabías que...

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4. Números cuánticos

Los números cuánticos surgen del modelo mecánico cuántico. Ellos se encargan de describir al electrón dentro del átomo. Veamos, entonces, cada número cuántico y sus características.

Ener

gía

n=1

1s

0

3d4s

3p3s

2s

2p

Estado fundamental

E(4s) < E(3d)

4.1 Número cuántico principal (n)

Es el primer número cuántico y se simboliza por n. Indica el nivel de energía dentro del átomo. Su valor se expresa como números enteros positivos que varían entre 1 e infinito.

n = 1,....., ∞

4.2 Número cuántico secundario ( )

Es el segundo número cuántico y se simboliza por . Informa de los orbitales que están presentes en cada nivel energético. Su valor varía desde cero hasta (n - 1)

= 0,......, (n‑1)

Un orbital es la región donde hay mayor probabilidad de encontrar al electrón en dicho nivel energético. Los orbitales tienen representación gráfica a través de coordenadas polares y funciones trigonométricas. Se usan los ejes x, y, z para reafirmar que representan una distribución espacial.

Los orbitales se dan a conocer por letras, de acuerdo al siguiente cuadro.

Valor Orbital tipo

0 s1 p2 d3 f4 g5 h6 i

Los niveles de energía se pueden representar mediante dos

formas: letras y cuántica.

Nivel Letras Cuántica

primero K 1

segundo L 2

tercero M 3

cuarto N 4

quinto O 5

sexto P 6

séptimo Q 7

En la actualidad, la representación con letras tiene poca frecuencia de uso, por lo tanto, la más utilizada es la cuántica.

A medida que aumenta el nivel, aumenta la energía.

La forma de los orbitales NO es real. Se trata únicamente de una forma práctica

de representarlos. La superficie que los representa, encierra una región del espacio del átomo donde la probabilidad de encontrar al electrón es del 90%, y no excluye que el electrón pueda ocupar otras zonas alguna vez.

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1Si el valor de aumenta, la letra sigue el orden alfabético sin repetir s ni p, dado que ya están seleccionadas.

Con respecto al número de electrones que puede estar en cada orbital, estará informado por la siguiente expresión:

2 (2 ∙ + 1 )

Orbital tipo Valor Nº e

s 0 2

p 1 6

d 2 10

f 3 14

g 4 18

h 5 22

i 6 26

Los orbitales tipo s, presentan un máximo de 2 e ; los tipo p, un máximo de 6; los tipo d, un máximo de 10, etc. La totalidad de orbitales disponibles para albergar tal número de electrones estará dada por la expresión: (2 ∙ + 1)

Valor Nº orbitales

0 1

1 3

2 5

3 7

4 9

5 11

6 13

Es decir, habrá un solo orbital s, 3 orbitales tipo p, 5 orbitales tipo d, 7 orbitales tipo f, etc. Sin embargo, cada orbital (uno solo) tendrá un máximo de dos electrones.

El número cuántico secundario (l) se designa con letras derivadas de las características distintivas de cada tipo de orbital.

- s: sharp (definida)- p: principal- d: difusa- f: fundamental

Sabías que...

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4.3 Número cuántico magnético (m)

Es el tercer número cuántico y se simboliza por m. Indica la orientación espacial de un orbital. Su valor es:

m = - ,...., 0,....,+

4.4 Número cuántico de spin (s)

Es el cuarto y último número cuántico, se simboliza por s. Informa el sentido del giro del electrón en un orbital. Su valor es:

s = +1/2 y s = –1/2

electrón apareado

electrón desapareado

En resumen, un electrón puede ser representado simbólicamente por:

3p1 indica la cantidad de electrones existentes en un tipo de orbital

Indica el número cuántico principal

p indica el número cuántico secundario

En conclusión, podemos decir que un electrón es localizado por sus cuatro números cuánticos, de la misma manera que una persona es localizada por su dirección, es decir: nombre de la calle, número del edificio, piso y número de apartamento.

5. Configuración electrónica

La configuración electrónica es la distribución de los electrones dentro del átomo, según principios que la regulan.

Los principios que la rigen son:

a. Principio de exclusión de Pauli

“No puede haber dos electrones con los mismos números cuánticos”.

b. Principio de constitución o de mínima energía

“Los electrones irán ocupando los niveles de más baja energía en forma creciente”.

c. Principio máxima multiplicidad de Hund

“Deberán existir el mayor número de electrones desapareados posibles”.

Este último principio tiene su aplicación directa en los orbitales tipo p, d, f, etc., dado que son más de dos. Cada electrón tiene cuatro números cuánticos y se puede establecer, dentro de la configuración electrónica, los valores de cada electrón, esto es, se puede calcular al primero como al último electrón, etc. Con respecto a la asignación del signo en los orbitales p, d, f, etc., de acuerdo al número cuántico magnético m, debemos hacer notar que es una asignación arbitraria y en este texto se establecerá que los valores de la izquierda serán negativos y los de la derecha, positivos. En el siguiente esquema se muestran los signos para cada orbital:

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1 Orbital tipo p: - 0 + Orbital tipo d: - - 0 + + Orbital tipo f: - - - 0 + + +

Para el número cuántico de spin (s), el signo para el primer electrón que entra será positivo y para el segundo electrón, negativo. De esta forma serán todas las interrogantes que se formulen al respecto y los comentarios respectivos.

5.1 Realización de una configuración electrónica

Ejemplo: Realizar la configuración electrónica del sodio, 11Na.

Como el átomo no presenta signo + ó –, se asume que es neutro, por lo tanto, el número de electrones por distribuir es igual al número de proto-nes, esto es, 11 electrones. Los electrones se irán distribuyendo desde el nivel más bajo de energía y así sucesivamente hasta alojar al último. De acuerdo con el sentido de giro, el primer electrón que entre a cada orbital tendrá signo positivo y luego entrará el otro (signo negativo). A continua-ción, el orden energético de cada orbital

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d < 7p < 8s

El primer y segundo electrón entra en el orbital 1s y se anota: 1s2

El tercer y cuarto electrón entran en el orbital 2s y se anota: 2s2

El quinto, sexto y séptimo electrón entra en el orbital 2p y como son tres, cada electrón ocupa uno cada uno y se anota: 2p1

x 2p1y 2p1

z o 2p3

El octavo, noveno y décimo electrón entra en el orbital 2p y van ocupando el espacio que dejan los que ya están y se anota: 2p2

x 2p2y 2p2

z o 2p6 en total

El undécimo y último electrón entran en el orbital 3s y se anota: 3s1

Por lo tanto, tenemos: 1s2 2s2 2p2x 2p2

y 2p2z 3s1

Ahora bien, como el orbital tipo p está completo para el número de electrones que puede albergar, se puede anotar como:

1s2 2s2 2p6 3s1

Visto de otra manera:

1s 2s 2px 2py 2pz 3s

En donde la flecha indica el electrón con spin +1/2 (hacia arriba) y con spin –1/2 (hacia abajo). Recordemos que entra primero el electrón con spin +1/2 y luego el electrón que tiene spin –1/2.

Veamos otro ejemplo y realicemos la configuración electrónica para el 25Mn. Son 25 electrones por distribuir.

el electrón 1 y 2 al 1s: 1s2


el electrón 5, 6 y 7 al 2p: 2p1 2p1 2p1

1s

2s2p

3s

4s

3p

5s

4p

3d

6s

5p

4d

7s

6p5d

4f

7p

6d5f

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el electrón 21 al 25 al 3d: 3d1 3d1 3d1 3d1 3d1

Por lo tanto, tenemos:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5

Excepción: Hay dos átomos que presentan una distribución especial de sus electrones, puesto que no cumplen con los principios de construcción. Teóricamente debiera ser una configuración con una secuencia normal, pero experimentalmente se encuentra que no lo es. Estos átomos son: Cr y Cu. Realicemos la configuración para cada uno.

Comencemos con el Cr (Z=24). Los electrones 1 al 18 se distribuyen normalmente y anotamos:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Luego procede llenar los orbitales 4s y 3d, quedando:

4s2 3d4

Pero en realidad se establece como:4s1 3d5

El 3d se hace más estable teniendo todos sus orbitales ocupados, siendo el 4s quien aporta ese electrón.

Veamos el Cu (Z = 29). Los electrones 1 al 18 se distribuyen normalmente y anotamos:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Luego los orbitales 4s y 3d, dando:4s2 3d9

Cuando lo que se comprueba es: 4s1 3d10

Configuración abreviada a partir del gas noble más cercano

Gas NobleConfiguraciónAbreviada

AbreviaciónNivel

PróximoNivel

2 He 1s2 [ 2 He] 2s

10 Ne 1s22s22p6 [10 Ne ] 3s

18 Ar [10 Ne] 3s23p6 [18 Ar ] 4s

36 Kr [18 Ar ] 3d104s24p6 [36 Kr ] 5s

54 Xe [36 Kr ] 4d105s25p6 [ 54Xe ] 6s

86 Rn [54 Xe ] 4f145d106s26p6 [ 86 Rn ] 7s

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15.2 Formación de iones

• Cationes (iones positivos): En determinadas oportunidades los elementos metálicos pueden perder fácilmente algunos de sus electrones de valencia del último nivel energético. Al perder uno o más e, el átomo queda con un mayor número de cargas positivas, dando origen a los cationes. En este proceso, el catión consigue tener la misma configuración electrónica que el gas noble más próximo, logrando así su estabilidad química (octeto).

12 Mg (1s2 2s2 2p6 3s2) -2e → 12 Mg+2 (1s2 2s2 2p6) = 10Ne

• Aniones (iones negativos): Son producidos principalmente por los elementos no metálicos, los cuales tienen tendencia a ganar electrones para llegar a tener la configuración electrónica del gas noble más cercano. El proceso de ganancia de electrones deja al átomo con un exceso de cargas negativas, las cuales lo transforman en un anión o ión negativo.

9F (1s2 2s2 2p5) +1e → 9F- (1s2 2s2 2p6) = 10Ne

6. Propiedades periódicas

Las propiedades periódicas que a continuación presentaremos son:

- Radio atómico- Volumen atómico- Potencial de ionización- Electroafinidad- Electronegatividad

Estas propiedades van a caracterizar a los elementos que forman la tabla periódica y veremos su comportamiento en los grupos y períodos respectivamente.

6.1 Radio atómico

Es la distancia que se establece entre el núcleo y el último electrón del átomo. En la tabla periódica varía de la siguiente manera:

• Grupos: aumenta de arriba hacia abajo, debido a que el átomo incrementa su valor de número atómico.

• Período: disminuye de izquierda a derecha, debido a que el núcleo se hace mayor con el correspondiente aumento de la carga nuclear y por ello los electrones más cercanos se sienten más atraídos que los últimos, reduciendo así su distancia y por consiguiente el radio atómico.

RADIO ATÓMICO DECRECIENTE

RAD

IO A

TÓM

ICO

CRE

CIEN

TE

H He

IA IIA III IVA VA VIA VIIA VIIIA

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn

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6.2 Volumen atómico

Es el espacio que ocupa el átomo. Se hace el supuesto de que el áto-mo es una esfera y se aplica la fórmula de tal figura

V = 4/3 π r3

Como el volumen es directamente proporcional al radio, debido a 4/3 π es constante, tendrá la misma variación en grupos y períodos que el radio atómico.Con respecto al orden del volumen en átomos positivos (VAP), neutro (VAO) y negativo (VAN), encontraremos el mismo orden creciente.

Orden volumenVAP < VAO < VAN

6.3 Potencial de ionización

Es la energía necesaria para separar al último electrón del átomo, el cual está débilmente retenido. También se la denomina energía de ionización. En la tabla periódica varía de la siguiente manera:

• Grupos: aumenta de abajo hacia arriba.• Períodos: aumenta de izquierda a derecha.

A A+ + e–

E

Formación de cationes

6.4 Electroafinidad

Es la energía liberada cuando se agrega un electrón al átomo. En la tabla periódica varía en:

Grupos: aumenta de abajo hacia arriba.Períodos: aumenta de izquierda a derecha.

A + e A–

E

Formación de aniones

6.5 Electronegatividad

Es la capacidad para atraer un par de electrones de enlace. En la tabla periódica varía de la siguiente manera:

Grupos: aumenta de abajo hacia arriba.Períodos: aumenta de izquierda a derecha.

Electronegatividad aumenta

I A

II A III A IV A V A VI A VII A2,1

1,0 1,5

1,0 1,3

0,9 1,1

0,8 1,0

0,8 0,9

0,8 0,9

B2,0

C2,5

H

N3,1

O3,5

F4,0

Al1,5

Si1,8

P2,1

S2,4

Cl2,9

Ga1,8

Ge2,0

As2,0

Se2,5

Br2,8

In1,5

Sn1,7

Sb1,8

Te2,0

I2,2

TI1,5

Pb1,6

Bi1,7

Po1,8

At2,0

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17. Propiedades macroscópicas de la materia

7.1 Punto de ebullición

El punto de ebullición es la temperatura a la que la presión de vapor de un líquido se iguala a la presión atmosférica existente sobre dicho líquido. A temperaturas inferiores al punto de ebullición (p.e.), la evaporación tiene lugar únicamente en la superficie del líquido. Durante la ebullición se forma vapor en el interior del líquido, que sale a la superficie en forma de burbujas, con el característico hervor tumultuoso de la ebullición. Cuando el líquido es una sustancia simple o una mezcla, continúa hirviendo mientras se le aporte calor, sin aumentar la temperatura; esto quiere decir que la ebullición se produce a una temperatura y presión constantes con independencia de la cantidad de calor aplicada al líquido.

Cuando se aumenta la presión sobre un líquido, el punto de ebullición aumenta. El agua, sometida a una presión de 1 atmósfera (760 mm Hg), hierve a 100 °C, pero a una presión de 217 atmósferas el punto de ebullición alcanza su valor máximo a 374 °C. Por encima de esta temperatura, (la temperatura crítica del agua) el agua en estado líquido es idéntica al vapor saturado.

Al reducir la presión sobre un líquido, baja el valor del punto de ebullición. A mayores alturas, donde la presión es menor, el agua hierve por debajo de 100 °C. Si la presión sobre una muestra de agua desciende a 0,05 atmósferas, la ebullición tendrá lugar a 0 °C.

Los puntos de ebullición varían dentro de un amplio margen de temperaturas. El punto de ebullición más bajo es el del helio, -268,9 °C; el más alto es probablemente el del wolframio, unos 5.900 °C. Los puntos de ebullición varían de acuerdo a los distintos elementos y compuestos químicos, tomando como referencia una presión de 1 atmósfera.

7.2 Punto de fusión

Es la temperatura a la cual un sólido cambia a líquido. En las sustancias puras, el proceso de fusión ocurre a una sola temperatura y el aumento de temperatura por la adición de calor se detiene hasta que la fusión es completa.

Los puntos de fusión se han medido a una presión de 1 atmósfera. Al fundirse, todas las sustancias absorben calor y la mayor parte de dilatan; en consecuencia, un aumento en la presión normalmente eleva el punto de fusión.

Algunas sustancias, de las cuales el agua es el ejemplo más notable, se contraen al fundirse; así, al aplicar presión al hielo a 0 oC (32 F), se provoca su fusión. Para producir cambios significativos en el punto de fusión se requieren grandes cambios en la presión.

En disoluciones de dos o más componentes el proceso de fusión ocurre normalmente dentro de un intervalo de temperaturas y se hace una distinción entre el punto de fusión, la temperatura a la que aparece la primera traza de líquido y el punto de congelamiento, es decir, la temperatura más alta a la que desaparece la última traza de sólido, o, en forma equivalente, si se está enfriando en vez de calentar, la temperatura a la que aparece la primera traza de sólido.

Es interesante hacer notar que los elementos de menores puntos de fusión y ebullición son aquellos que se pue-den presentar en estado líquido o gaseoso, en condiciones ambientales. Con excepción del hidrógeno, dichos elementos están ubicados a la derecha de la tabla periódica

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8. Tabla periódica de elementos

En el sistema periódico actual los elementos químicos se organizan según el orden creciente de sus números atómicos. El número atómico es el mismo para todos los átomos de un elemento, independiente de que un elemento tenga varios isótopos. Los elementos de la tabla se anotan con mayúscula cuando tengan un solo carácter, en cambio, cuando son dos caracteres la primera letra es mayúscula y la segunda minúscula.

K (Potasio) Mg (Magnesio)

8.1 Períodos

Las siete líneas horizontales que aparecen en la tabla periódica son denominados períodos, es importante notar que:

• En el sexto período la tercera cuadrícula encierra 15 elementos (del lantano a lutecio) que por comodidad, están indicados en una línea debajo de la tabla; comenzando con el lantano, esos elementos forman la llamada serie de los lantánidos.

• Analógicamente, en el séptimo período, la tercera cuadrícula también encierra 15 elementos químicos (del actinio hasta el laurencio), que están indicados en la segunda línea debajo de la tabla. Comenzando con el actinio, ellos forman la serie de los actínidos.

• Se debe señalar que todos los elementos situados después del uranio (U–92) no existen en la naturaleza, debiendo ser sintetizados artificialmente. Ellos son denominados elementos transuránicos. Aparte de estos elementos, son también artificiales el tecnecio (Tc–43), promecio (Pm–61) y astato (As–85).

8.2 Grupos

Es un ordenamiento vertical de los elementos en la tabla periódica, de acuerdo a propiedades químicas semejantes. La numeración tradicional de las dieciocho columnas es I A, II A, III A, IV A, etc,, como vemos en la tabla periódica de más arriba. Actualmente, la IUPAC (Internacional Union of Pure and Applied Chemistry – Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) recomienda la numeración sucesiva, es decir: 1, 2, 3, 4, 5,........

Es importante considerar lo siguiente:

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1• El hidrógeno (H), a pesar de aparecer en el grupo IA (1), no es un metal alcalino. Al contrario, el hidrógeno

es tan diferente de los demás elementos químicos que algunas clasificaciones prefieren colocarlo fuera de la tabla.

• Los grupos A son los más importantes de la tabla, sus elementos son denominados representativos. • Los elementos de los grupos III B, IV B, V B, VI B, VII B, VIII B, I B y II B constituyen los llamados elementos

de transición. Note que el grupo VIII B es un grupo triple.• Otra separación importante que podemos hacer en la tabla periódica es aquella en la que dividimos los

elementos en metales, no metales y gases nobles.

1I A

2II A

3III B

4IV B

5V B

6VI B

7VII B

9VIII B

8 10 11I B

12II B

13III A

14IV A

15V A

16VI A

17VII A

180

Fr85

Ra88

Lr103

La57

Ac89

Metales

No metales

Gases nobles

Clasificación de los elementos en la Tabla Periódica

Es habitual encon-trar tablas periódicas donde se designan los grupos por un núme-

ros romano y la letra A o B. Según se tratara de Europa o Estados Unidos, la designación de algunos grupos variaba. Para evitar ambigüedades, se adop-tó el criterio de la IUPAC de designarlos por números co-rrelativos del 1 al 18 como es posible encontrar en las tablas más actuales.

Grupo Nombre Configuración Electrónica

IA Alcalinos ns1

IIA Alc. térreos ns2

IIIA Térreos ns2np1

IVA Carbonados ns2np2

VA Nitrogenados ns2np3

VIA Calcógenos ns2np4

VIIA Halógenos ns2np5

0 Gases nobles ns2np6

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a. Elementos representativos

Corresponden a los grupos A de la tabla periódica. No cumplen con la regla del octeto, es decir, su último nivel de energía no alcanza a tener 8 electrones. Así por ejemplo, los átomos de los elementos representativos pertenecientes al grupo III A, como el Aluminio (Al), tienen 3 e- de valencia en su última capa, es decir, presentan incompletos los orbitales p (p1 al p6).

Los elementos de los grupos I A al V A, tienen la tendencia a ceder electrones para llegar a la configuración de gas noble (ns2 np6) más cercano. En cambio, los elementos de los grupos VI A y VII A, captan e– para llegar a la configuración de gas noble más cercano.

b. Elementos de transición

Se sitúan en los grupos B del sistema periódico. Los elementos pertenecientes a esta clasificación presentan orbitales d (d1 al d10) en su último nivel de energía.

c. Elementos de transición interna

Se ubican en la zona inferior de la tabla periódica, también se les denomina tierras raras. Su principal característica es que presentan orbitales f (f 1 al f 14) en su último nivel de energía.

d. Gases nobles

Se ubican en la parte derecha de la tabla periódica, en el grupo 0 ó grupo VIII. Son químicamente gases, que presentan 8 e en su último nivel de energía (ns2 np6), con excepción del Helio (He) que presenta 2.

Los átomos de los gases nobles presentan gran estabilidad química debido a su configuración electrónica, puesto que cumplen con la regla del octeto, es decir, presentan una configuración electrónica completa con 8 e en su último nivel energético. Por esta razón, no reaccionan con otros elementos químicos, recibiendo el nombre de inértidos.

9. Enlace químico

El enlace químico es la forma de unión entre dos o más átomos. Esta unión va a estar regulada por criterios y reglas y dependiendo de ello, es el tipo de enlace que se establece.

Es así que un átomo adquiere estabilidad cuando posee 8 electrones en la capa electrónica más externa (o 2 electrones cuando sólo tienen 1 nivel de energía) o capa de valencia. La denominación electrón de valencia, se utiliza para designar los electrones existentes en esa capa.

La regla del octeto es sólo una aproximación útil para comprender los

enlaces. En muchas moléculas aparecen átomos rodeados por un número menor o mayor de ocho electrones ejemplo: BF3, SF6.

I A

II A III A IV A V A VI A VII A

Litio Berilio

B5

Boro

VIII

C6

Carbono

7

Nitrógeno

N8

Oxígeno

O9

Flúor

F NeNeón

Sodio Magnesio

13

Boro

Al14

Silicio

Si15

Fósforo

P16

Azufre

S17

Cloro

ClArgón

Helio

Litio

Símbolo de Lewis

Nombre

Número atómico

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1En la práctica, cuando dos átomos se van a unir, ellos intercambian electrones entre sí (ceden o ganan) o utilizan compartición de electrones, procurando adquirir la configuración electrónica de un gas noble.

Dos reglas principales que se deben cumplir son las siguientes:

• Regla del Dueto: Un átomo debe tener dos electrones en su entorno.• Regla del Octeto: Un átomo debe tener ocho electrones alrededor.

Además, existe una forma de simbolizar esta repartición de los electrones en el enlace; denominada estructura de Lewis. La estructura de Lewis es la representación de la distribución de los electrones que participan en el átomo.

Ejemplo: Como el hidrógeno pertenece al grupo IA, tendrá un solo electrón. El oxígeno pertenece al grupo VIA y participa con seis electrones.

Al simbolizar su unión queda H O Hx x

I A

II A

III B IV B V B VI B VII B VIII B I B II B

III A IV A V A VI A VII A

Fr Ra

VIII A

9.1 Determinación de electrones de valencia

Son los electrones de mayor energía que posee un átomo. Estos se ubican en los niveles energéticos más externos. Además, son los electrones efectivamente utilizados en la creación de los enlaces químicos.

Para poder determinarlos:

• Se escribe la configuración electrónica de los elementos.• Se identifica la capa más externa.• Se suman los electrones del último nivel de energía.

Así por ejemplo, el oxígeno que tiene un número atómico de 8, al escribir su configuración electrónica queda:

1s22s22p4

Identificando la capa más externa,

2s22p4

Sumando los electrones 2 + 4, se obtienen 6 electrones de valencia.

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9.2 Tipos de enlace

9.2.1 Enlace iónico

Es el proceso de unión que se establece entre dos átomos de electronegatividades muy distintas (diferencia de EN igual o mayor a 1,7), en el cual ocurre una transferencia de uno o más electrones, generalmente desde un elemento metálico hacia otro no metálico. En este tipo de enlace un átomo cede electrones, quedando con carga positiva, y el otro átomo capta electrones, quedando con carga negativa.

Las sustancias iónicas tienen aspecto cristalino, son sólidas a temperatura ambiente y presentan elevados puntos de fusión y ebullición. Además, son solubles en agua y conducen la corriente eléctrica (electrolitos) cuando están fundidos o en disolución acuosa. Son sustancias iónicas: la sal de mesa (NaCl), el salitre (KNO3), el sulfato de cobre (CuSO4) y sales en general.

El enlace iónico se establece principalmente entre átomos de los grupos:

I A - VI A II A - VI A I A - VII A II A - VII A

Ejemplo: NaCl

9.2.2 Enlace covalente

Es un tipo de unión atómica que se caracteriza porque los átomos enlazantes comparten electrones, formando ambos un octeto. Las sustancias con enlaces covalentes son, por lo general, insolubles en agua, no conducen la corriente eléctrica y presentan puntos de fusión más bajos. Dentro de este enlace se distinguen dos tipos:

μr= 1,46D

CO2 BCl3 H2O NH3

Estructura de Lewis

Geometría molecular

Enlaces polarizados

Momento dipolar resultante

O C O Cl B Cl

Cl H N H

H

Lineal

OH H

Angular

O

H HO C OPiramidaltriangular

NH

H

H

O C O

2

B

Cl

Cl Cl

Triangularplana

B

Cl

Cl Cl

3

Los μ se anulan

Los μ se anulan O

H H

2

Hay μ resultante

No polarizada No polarizada Dipolo Dipolo

Hay μ resultante

3 N

H H

H

N

H H

HO

H H μr= 1,87D μr= 0 μr= 0

• Enlace covalente apolar: Se da entre átomos de igual electronegatividad (diferencia de EN = 0). Este enlace lo presentan los gases diatómicos, tales como el H2, O2, N2, etc.

• Enlace covalente polar: Se presenta entre átomos que tienen electronegatividades muy similares (diferencia de EN entre 0,1 y 1,6). Se le denomina enlace covalente polar porque al producirse la unión

Los electrones de valencia que forman parte del enlace se denominan electrones enlazantes y los otros electrones de valencia reciben el nombre de electrones no enlazantes o libres.

Sabías que...

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1entre átomos con electronegatividades similares, se establece una zona donde se concentra una mayor densidad electrónica, generándose por consiguiente un polo positivo y otro polo negativo. Por lo tanto, la zona que pertenece al átomo con mayor electronegatividad será el polo negativo y la del átomo con menor electronegatividad será el polo positivo, originándose así una molécula polar.

Ejemplo: H2O y NH3

- Enlace covalente apolar:

Ejemplo: H Hx+ H x =H2H

Cl + Clx x

xx x

xx Cl Cl

x xx x x

xx = Cl2

- Enlace covalente polar:

Ejemplo: HClH + Cl

x xx

x xxx H x Cl

x x

x xxx

- Enlace covalente coordenado o dativo: en este tipo de enlace sólo un átomo aporta electrones para el enlace, mientras que el otro átomo sólo aporta orbitales vacíos.

Ejemplo: NH3

H+ H H

H

H

Nx

xx

+

9.2.3 Enlace metálico

En este caso los electrones forman una nube alrededor de un conglomerado de átomos y se dice que los electrones están deslocalizados.

Este tipo de enlace se caracteriza por poseer una gran cantidad de iones positivos que se mantiene unido por una nube de electrones.

Los cationes metálicos se encuentran rodeados de electrones deslocalizados, lo que produce una gran atracción entre átomos, así lo explica la teoría del mar de electrones. Esta atracción es responsable de las propiedades de los compuestos metálicos, tales como sus elevados puntos de fusión y ebullición, ser buenos conductores de calor y electricidad, ser maleables y dúctiles.

9.3 Geometría molecular

Corresponde a la disposición espacial que tienen las moléculas, basado en el modelo de la repulsión de los pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV). Esta indica que los electrones de valencia que se encuentran en un átomo central, desempeñan un papel fundamental, incluyendo los pares electrónicos que forman enlace y los que no forman enlace.

Considerando a las moléculas covalentes como compuestas por un átomo central (A), rodeado de ligantes (B), la fórmula que lo representa es: ABX

Siendo X, el número de ligantes del átomo central.

+ + + + + + ++ + + + + + +

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Ejemplo: Determinar la geometría molecular de la molécula de anhídrido sulfuroso, SO2.

- Primero se deben determinar los electrones de valencia de los átomos involucrados en la formación de la molécula: Oxígeno: 6 electrones de valencia (grupo VIA)

Azufre: 6 electrones de valencia (grupo VIA)

- Determinar el total que efectivamente forman enlaces:

6 + 6 ∙ 2 =18 (electrones disponibles)

- Ubicar átomo principal en el centro y los ligantes alrededor:O S O

- Distribuir los átomos disponibles, formando en primera instancia enlaces simples (2 electrones):

O−S− O (4 electrones utilizados)

- Luego, distribuir los electrones restantes, formando en primera instancia octetos con los ligantes y luego con el átomo central:

O−S− O

- En este caso, el azufre no cumple con octeto, por lo tanto, se deben deslocalizar pares de electrones para formar enlaces dobles:

O−S− O−

Finalmente, se determina que la molécula de anhídrido sulfuroso tiene geometría angular, con 2 ligantes y un par de electrones libres en el átomo central.

Tipo de molécula Molécula Estructura de

LewisPares

enlazantesDistribución de los pares electrónicos Geometría de la molécula

AB2

AB3

AB4

AB5

AB6

2

3

4

5

6

BeCl2

BF3

CH4

PCl5

SF6

Cl Be Cl

H C H

H

H

F B F

F

Cl P Cl

Cl

Cl Cl

SF F

FFF

F

Plana trigonal

Tetraédrica

A

Lineal

A Cl Be Cl

F F

B

F

CH

H

H

H

ClP Cl

Cl

Cl

Cl

SF F

F

FF

F

Bipiramidaltrigonal

Octaédrica

A

A

180º

120º

109,5º

Plana trigonal

Tetraédrica

Lineal

Bipiramidaltrigonal

Octaédrica

90º

120º

90º

90º

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tulo

1 Por último, es conveniente indicar que existe un concepto importante relacionado con el enlace químico:

Hibridación. Tiene relación con un aumento del número de electrones desapareados, producto de un reordenamiento de los orbitales apareados. El principal ejemplo de hibridación lo representa el átomo de carbono.

C (IVA) = ns2np

2

ns2 px

1 py

1 pz

0 Hibridación ns

1 Px

1 Py1 Pz

1

I...................................................................................................II

Molécula Estructura de Lewis

Paresenlazantes

Distribución de los pares electrónicos Geometría de la moléculaPares

libres

SO2

H2O

NH3

2

3

2

1

1

2

O S O

H O H

H N H

H

N

H

HH

Tetraédrica

Tetraédrica

O O

S

OH

H

NH

H

H

angular

angular

Piramidal trigonal

119,5º

104,5º

107,3º

O OPlana trigonal

S

O H

H

Molécula Estructura de Lewis

Paresenlazantes

Distribución de los pares electrónicos Geometría de la moléculaPares

libres

2

3

3

1

1

0

N

O OTriangular plana

Cl

O

OO

Tetraédrica

O O

N

angular

Piramidal trigonal

NO2

(Nitrito)

CO 23

(Carbonato)

CIO3

(Clorato)

ON

O

OC

O

O

O Cl OO

C

O OTriangular plana

O

Triangular plano

O O

C

O 2

ClO

O

O

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Sín

tesi

s d

e c

on

ten

ido

s

Prop

ieda

des

peri

ódic

as

Radi

o at

ómic

oEl

ectr

oneg

ativ

idad

Ióni

co

Enla

ce q

uím

ico

Estr

uctu

ra

de L

ewis

Pola

rA

pola

r

Cov

alen

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Dat

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Pote

ncia

l de

ioni

zaci

ónEl

ectr

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nida

d

Geo

met

ríam

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ular

Teor

ía a

tóm

ica

Áto

mo

Part

ícul

as s

ubat

ómic

as

Elec

trón

Prot

ónN

eutr

ón

Pérd

ida

Gan

anci

aN

º at

ómic

oN

º m

ásic

o

Cat

ión

Ani

ón

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1Actividades

1. ¿Cuántos protones, electrones y neutrones contienen los siguientes átomos?

37 Rb 85 : ________________________________ 3 Li 7 : ________________________________

8 O 16 : ________________________________ 2 He 4 : ________________________________

27 Co 59 : _______________________________ 5 B 11 : ________________________________

2. Escriba las configuraciones electrónicas de 11Na, 13Al, 19K, 20Ca y 7N. Considere para su desarrollo el siguiente ejemplo:

11Na : 11 protones (+) 11 electrones (-)

11Na : 1s2 2s

2 2p

6 3s

1

13Al :

19K :

20Ca :

7N :

3. Escriba las configuraciones electrónicas para los siguientes átomos e iones:

11Na

+1 =

17Cl

-1 =

13Al

+3 =

35 Br

-1 =

8O

-2 =

4Be

+2 =

29Cu+ =

28Ni+3 =

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4. Relacionar los conceptos de la columna A con aquellos ubicados en la columna B.

Columna A Columna B

1. Ne __________ Grupo I A.

2. Unión entre los grupos I A y VII A __________ Igual nº de neutrones.

3. 7N14 y 6C

14 __________ Protones+Neutrones.

4. Configuración ns2 np5 __________ Catión.

5. Isótonos __________ Isóbaros

6. Na + __________ Gas Noble

7. Número másico __________ n, l, m, s

8. Alcalinos __________ Halógenos

9. Números cuánticos __________ Enlace Iónico

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1EjErcicios

Ejercicios resueltos

1. El átomo neutro de Hierro (Fe) tiene un número másico igual a 56 y el número de electrones que posee es de 26. Con estos datos, se puede afirmar que el número de neutrones y el número atómico del Fe es, respectivamente:

n° z A) 26 30 B) 56 26 C) 30 26 D) 26 56 E) 82 26

Alternativa: C.Habilidad: Aplicación.Defensa: El número másico corresponde a la composición nuclear de protones y neutrones, en este caso 56. En un átomo neutro la cantidad de electrones es igual a la de protones, es decir, el número atómico (26). De esta forma, la cantidad de neutrones de un átomo se calcula a través de la diferencia entre el número másico y el atómico: 56-26 = 30.

2. Es (son) isótopo(s):

I) 168 O,

178 O,

188 O

II) 11 H,

42 He

III) 22889 Ac,

22989 Ac

IV) 23892 U,

27992 U

A) Sólo III. B) Sólo IV. C) Sólo II y IV. D) Sólo I, III y IV. E) I, II, III y IV.

Alternativa: D.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: Los isótopos son átomos de un mismo elemento que, por lo tanto, poseen igual número atómico (Z) pero distinto número másico (A), es decir, tienen diferente cantidad de neutrones a pesar de ser el mismo elemento.

3. Si se combina un elemento X perteneciente al grupo II A del Sistema Periódico con otro elemento Y perteneciente al grupo VII A:

I) El compuesto presenta enlace iónico. II) El compuesto presenta enlace covalente

polar. III) El compuesto es apolar. IV) Se forma un enlace covalente apolar.

A) Sólo I. B) Sólo I y III. C) Sólo I y IV. D) Sólo II y III. E) Sólo II y IV.

Alternativa: A.Habilidad: Comprensión.Defensa: Cuando se combinan elementos de los grupos IIA y VIIA se está produciendo la unión entre elementos que tienen electronegatividades muy diferentes, de esta manera, los elementos del grupo IIA tienden a ceder electrones, mientras que los del grupo VIIA tienden a captar electrones. El enlace establecido entre átomos será de tipo iónico.

4. Un átomo neutro posee una configuración elec-trónica [18Ar] 4s2 3d10 4p3, los números cuánticos principal (n) y secundario (l) son respectivamente:

A) 4 y 0 B) 4 y 1 C) 3 y 2 D) 0 y 4 E) 1 y 4

Alternativa: B.Habilidad: Análisis.Defensa: Los números cuánticos permiten conocer la ubicación del último electrón en un átomo. A través de la configuración electrónica es posible determinar los números cuánticos identificando el último nivel energético en el que ingresó el último electrón. En este caso ingresó en 4p3 donde el número cuántico principal (n) se corresponde con el periodo en el que se encuentra el elemento (4), y el número cuántico secundario (l) es el tipo de orbital, en este caso p, que equivale al valor cuántico 1.

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EjErcicios

5. Para que se produzca la unión iónica entre dos átomos en aquellas situaciones en que se cumpla(n) alguna(s) de estas características, los átomos deben poseer:

I) Gran diferencia de electronegatividad. II) Igual valor de electronegatividad. III) Similar valor de electronegatividad.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y III. E) Sólo II y III.

Alternativa: A.Habilidad: Comprensión.Defensa: La unión iónica se establece entre átomos que presentan gran diferencia de electronegatividad, con lo cual, el de menor electronegatividad cede electrones y el de mayor electronegatividad los capta, transformándose ambos elementos en iones.

Ejercicios propuestos

1. El enlace que se produce entre el 11Na y 17CI puede representarse como sigue, teniendo presente que los electrones del Na se representan por un punto y los e del CI por una cruz. (Na grupo I A y CI grupo VII A).

A) Na+ Clx x

x x xxx

B) Na x CI -

C) Na+ • CI-

D) Na x• CI-

E) Na • Clx x

xx x

xx

2. ¿Cuál de las propiedades que se indican crece al bajar en el grupo de los halógenos (VIIA)?

A) Radio atómico. B) Electronegatividad. C) Estado de oxidación negativo. D) Reactividad frente al H2. E) Potencial de ionización.

3. El carbono presenta dos isótopos cuyas notaciones son

126 C,

136 C. Las características comunes a ellos

son el número de

I) electrones. II) neutrones. III) protones.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo I y III.

4. Si el número atómico del Be es 4, la configuración electrónica del ion Be+2 es

A) 1s2 2s

2

B) 1s2 2s

2 2p

2

C) 1s2 2s

2 2p

6

D) 1s2 2s

2 2p1

E) 1s2

44 MT

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1EjErcicios

5. En la figura se muestra la ubicación de algunos elementos del sistema periódico.

I — A VII — A

Li F Na CI K Br Rb I Cs

Con estos datos, determine qué molécula presenta el enlace más iónico.

A) CsF B) NaBr C) NaCI D) LiI E) KCI

NúmeroAlternativaHabilidad

1AAplicación

2AComprensión

3EAnálisis

4EAplicación

5AAnálisis

Respuestas correctas

nomenclaturainorgánica

capítulo 2


Identificar estados de oxidación.

Nombrar y reconocer compuestos inorgánicos.

Relacionar la nomenclatura inorgánica con los distintos minerales.

Reconocer los distintos minerales de acuerdo a su fórmula química.

Reconocer la dureza de un mineral utilizando la escala de Möhs.

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2Nomenclatura inorgánica

1. Nomenclatura inorgánica

Para nombrar los distintos compuestos químicos e iones, es necesario conocer los siguientes aspectos:

• El nombre del elemento.• Estado de oxidación.

Ahora bien, el nombre de un determinado elemento tiene su origen en el nombre del país donde fue descubierto, en la raíz del nombre del descubridor, etc.

Titanio de la mitología (titanes)Platino del diminutivo de plataFlúor de Phtoros (descomposición)Bromo del griego bromos (hediondo)Litio del griego Litheos (piedra)Magnesio de MagnesiaCalcio del latín calx (cal)Einsteinio en honor a Albert EinsteinMendelevio en honor a MendeléevRadio del latín emisor de rayos

Veamos algunos ejemplos:

Carbono de CarboneumOro de AurumPlata de ArgentumPlomo de PlumbumEstaño de StannumZinc del alemán zinkHidrógeno de Hydrogenium (engendrar el agua)Nitrógeno de Nitrogenium (el que forma nitro) Oxígeno del griego oxigenium (engendrador de ácidos)Níquel del alemán Kupfernickel (el diablo de cobre)

1.1 Estado de oxidación (EDO)

Es la carga eléctrica que presenta el elemento. Ésta puede ser positiva o negativa. Además, un elemento puede tener una o varias cargas. Por lo tanto, el estado de oxidación de un elemento está relacionado, en parte, con el grupo al cual pertenece.

A continuación, presentaremos una lista con elementos y sus estados de oxidación.

1.1.1 Estados de oxidación positivos

+1 : H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ag +3 y +4: Ti, Zr+3 y +5: N, P, As, Sb, Bi, V+4 y +6: S, Te, Se+2, +3 y +6: Cr+2, +4 y +6: Mo, W+1, +3, +5 y +7: Cl, Br, I, F+2, +3, +4, +6 y +7 : Mn

+2 : Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd+3 : B, Al, Ga, In, Sc, La, Ac+4 : Ge+1 y +2 : Cu, Hg+1 y +3 : Tl, Au+2 y +3 : Fe, Co, Ni+2 y +4: C, Si, Sn, Pb, Pt

Un elemento puede tener una o varias cargas eléctricas. Su estado de oxidación está relacionado, en parte, con el grupo al cual pertenece.

Se llama estado de oxidación de un elemento en un compuesto a

la valencia que tiene dicho elemento en este compuesto con el signo que le corresponde. En algunos casos, el estado de oxidación no coincide con la valencia del elemento, como sucede en ciertos compuestos orgánicos.

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Capítulo 2 Nomenclatura inorgánica

1.1.2 Estados de oxidación negativos

-1 : H, F, Br, I, Cl -2 : O, S, Te -3 : N, P -4 : C, Si -1 y -2 : O

Grupo IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA

Estado de oxidación más común

+1 +2 +3 +4 +5+6-2

+7-1

ELEMENTOS

H (-1)

Li

Na

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

B

Al

Ga

In

TI (+1)

C (-4,+2)

Si (-4,+2)

Ge

Sn (+2)

Pb (+2)

N (+3,-3)

P (+3,-3)

As (+3)

Sb (+3)

Bi (+3)

S (+2,+4)

Se

Te (+4)

0 (-2,-1)

Cl

(+1,+3,+5,+7)

Br (+1,+3,+5)

I (+1, +5)

At (+1, +5)

F(-1)

Grupo IB IIB IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB

Estado deoxidación más común +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +2

ELEMENTOS

Cu (+2)

Ag

Au (+3)

Zn

Cd

Hg (+1)

Sc

Y

La

Ac

Ti (+3)

Zr

Hf

V (+3)

Nb (+3)

Ta

Cr (+2,+3)

Mo (+2,+4)

W (+2,+4)

Mn (+2,+3,+4,+6)

Tc (+2,+4)

Re (+1,+2,+4,+6)

Fe (+3)

Co (+3)

Ni (+3)

Ir (+3)

Pt (+4)

Un estado de oxidación determinado, se va a manifestar en presencia de otros elementos.

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22. Determinación de los estados de oxidación en compuestos

Para asignar la nomenclatura a los diversos compuestos inorgánicos, es fundamental saber el estado de oxidación de los elementos que participan en la formación de los mismos, ya que esto permite, en la nomenclatura tradicional, diferenciarlos.

Para una mayor claridad, se presentan a continuación las reglas de estados de oxidación:

Regla Ejemplo

El estado de oxidación de las moléculas monoelementales o elementos en estado libre es cero.

O2 EDO = 0S8 EDO = 0

Sólo un átomo de un compuesto actúa con estado de oxidación negativo (extremo izquierdo) y el resto positivo.

H2SO4 el oxígeno actúa con EDO negativo, azufre e hidrógeno con EDO

positivo

El EDO de los elementos del grupo IA, IIA y IIIA, son respectivamente +1, +2 y +3.

Na+1

Ca+2

Al+3

El EDO del hidrógeno es –1 en hidruros y +1 en hidrácidos.HCl hidrógeno EDO= +1NaH hidrógeno EDO= –1

El EDO del oxígeno en general es –2, salvo en los peróxidos que es –1.

H2SO4 oxígeno EDO= –2H2O2 oxígeno EDO= –1

La suma de los estados oxidación de los átomos es igual a la carga de la molécula.

H2SO4 molécula EDO= 0PO3

–3 molécula EDO= –3

Para realizar esta determinación, vamos a distinguir tres casos:

a. Compuesto neutro b. Compuesto positivo c. Compuesto negativo

a. Compuesto neutro

En este caso, la suma de los estados de oxidación es cero.

Ejemplo

H2O → 2 H+ + O-2 2(+1) + (-2) = 0

AgNO3 → Ag+ + N+5 + 3 O-2 (+1) + (+5) + 3(-2) = 0

K2Cr2O7 → 2 K+ + 2 Cr+6 + 7 O-2 2(+1) + 2(+6) + 7(-2) = 0 Si no se conoce el estado de oxidación de un elemento determinado, se puede establecer conociendo el estado de oxidación de los otros elementos que conforman el compuesto. Ejemplo:

CaO → Ca + O-2

x + (–2) x 1 = 0 x – 2 = 0 x = +2

La valencia es la capacidad que tiene un elemento para combinarse con otros,

lo que se mide por el número de enlaces que forma con otros átomos, cuando un átomo de un elemento dado forma una combinación química.

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Por lo tanto, el estado de oxidación del Ca es +2.

b. Compuesto positivo

La suma de los EDO debe ser positiva según indique la carga del compuesto.

Ejemplo:

NH4

+ → N-3 + 4 H+

(-3) + 4 (+1) = +1

Al igual que en el caso anterior, también se puede conocer el EDO de un elemento en base al otro.

c. Compuesto negativo

La suma de los EDO debe ser negativa según indique la carga del compuesto.

Ejemplo:

SO4-2 → S+6 + 4 O-2

1 (+6) + 4 (–2) = –2

PO4-3 → P+5 + 4 O-2

1 (+5) + 4 (–2) = –3

Los nombres que usan los números romanos, corresponden a la nomenclatura Stock y los que usan sufijos, a la nomenclatura tradicional.

2.1 Iones positivos o cationes

Los que tienen un solo estado de oxidación:

H+ : ión hidrógeno

Ca+2 : ión calcio

Al+3 : ión aluminio

Los que tienen dos estados de oxidación:

Fe+2 : ión hierro (II) ó ión ferroso

Fe+3 : ión hierro (III) ó ión férrico

Cu+1 : ión cobre (I) ó ión cuproso

Cu+2 : ión cobre (II) ó ión cúprico

N+3 : ión nitrógeno (III) ó ión nitroso

N+5 : ión nitrógeno (V) ó ión nítrico

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2Se puede observar que la primera forma de nombrarlos, conserva el nombre del elemento y entre paréntesis, el estado de oxidación en números romanos. La segunda forma usa sufijos, “oso” e “ico”, para indicar con el primero (oso) el menor estado de oxidación y con el segundo (ico), el mayor estado de oxidación. Estos sufijos sólo proceden cuando hay dos estados de oxidación.

Los elementos que tienen más de dos estados de oxidación:

Cl+ : ión cloro (I) ó ión hipocloroso Cl+3 : ión cloro (III) ó ión cloroso Cl+5 : ión cloro (V) ó ión clórico Cl+7 : ión cloro (VII) ó ión perclórico

Como vemos, en el caso del halógeno cloro, que presenta cuatro estados de oxidación, se hace uso de la nomenclatura tradicional de prefijos y sufijos. Es decir:

+1 hipocloroso +3 cloroso +5 clorico +7 perclorico

2.2 Iones negativos o aniones

Tienen un sólo estado de oxidación:

H – : ión hidruro

F – : ión fluoruro

I – : ión yoduro

Br – : ión bromuro

S –2 : ión sulfuro

Vemos que el sufijo uro es característico para los elementos que presentan estados de oxidación negativos.

3. Compuestos binarios

Los compuestos binarios están formados por dos elementos, independientes del número en que estén.A continuación presentaremos la clasificación de ellos.

• Óxido básico• Anhídridos u óxidos ácidos• Hidruros• Hidrácidos• Peróxidos• Sales binarias

3.1 Compuestos oxigenados

Son compuestos binarios en los cuales el oxígeno es el elemento más electronegativo.

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3.1.1 Óxido básico

Están formados por metales con estados de oxidación bajos (+1, +2 o +3). Son compuestos sólidos, iónicos,

con puntos de fusión y ebullición elevados y que presentan el anión oxígeno (O–2) en su estructura. Los óxidos de los metales alcalinos (I A) y de los alcalinos térreos (II A) reaccionan con el agua. Los demás óxidos básicos, son poco solubles en agua.

Metal + O2 → óxido básico

4 K + O2 → 2 K2O

En general, cuando los óxidos básicos reaccionan con agua, producen una base o si reaccionan con un ácido, producen una sal y agua.

Ejemplo: Na2O + H2O → 2NaOH

Na2O + 2HCl → 2NaCl + H2O

Nomenclatura de óxidos básicos

Se pueden nombrar de acuerdo a nomenclatura Stock o de acuerdo a la nomenclatura tradicional.

1. Cuando el elemento forma sólo un óxido, se le nombra:

• Stock: Óxido de ______________________________ (estado de oxidación en números romanos) • Tradicional: Óxido ______________________________ ico

Ejemplo: compuesto Na2OStock: Óxido de SodioTradicional: Óxido Sódico

2. Cuando el elemento forma más de 1 óxido, se tiene:

• Stock: Óxido de ______________________________ (estado de oxidación en números romanos)

• Tradicional: Óxido ______________________________oso (estado de oxidación menor)

Óxido ______________________________ico (estado de oxidación mayor) Ejemplo: compuesto Cu2O Stock: Óxido de Cobre (I) Tradicional : Óxido Cuproso

Ejemplo: compuesto CuO Stock: Óxido de Cobre (II) Tradicional : Óxido Cúprico

(Nombre del elemento)



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23.1.2 Anhídridos u óxidos ácidos

Son compuestos moleculares, generalmente solubles en agua, formados por no metales. Por este motivo, son compuestos principalmente gaseosos. En los anhídridos, el oxígeno presenta un estado de oxidación –2.

No metal + O2 → anhídrido

S + O2 → SO2

Los óxidos ácidos o anhídridos son óxidos que reaccionan con agua, produciendo un ácido, o reaccionan con una base, produciendo sal y agua.

SO3 + H2O → H2SO4

SO3 + 2NaOH → Na2SO4 + H2O

Nomenclatura de anhídridos u óxidos ácidos

• Stock: Óxido de ______________________ (estado de oxidación en números romanos) • Tradicional:

Anhídrido ______________________________ oso Estado de oxidación menor

Anhídrido ______________________________ ico Estado de oxidación mayor

Vemos que, a diferencia del anterior, en la nomenclatura tradicional se usa el término anhídrido. Esto facilita la comparación entre óxido básico y óxido ácido.

Ejemplo: compuesto SO2 Stock: Óxido de Azufre (IV) Tradicional: Anhídrido Sulfuroso

Ejemplo: compuesto SO3 Stock: Óxido de Azufre (VI) Tradicional: Anhídrido Sulfúrico

También en los anhídridos y óxidos el nombre del compuesto puede asignarse de acuerdo al número de oxígenos presentes con el auxilio de los prefijos mono, di, tri, etc. Éste tipo de nomenclatura recibe el nombre de sistemática.

Ejemplos

CO Monóxido de carbono

CO2 Dióxido de carbono

Al2O3 Trióxido de dialuminio

La principal forma de transporte del dióxido de carbono, generado del metabolismo celular, es como ión bicarbonato (HCO3

−), después que la enzima anhidrasa carbónica, presente en los glóbulos rojos, hace reaccionar el CO2 con el agua para generar el oxácido inestable H2CO3, el cual se disocia rápidamente en los iones H+ y HCO3

−.

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Los diferentes tipos de óxidos, ya sean básicos o ácidos, se distribuyen a lo largo de la tabla periódica como sigue:

I A II A III A IV A V A VI A VII A

E2O EO E2O3

Óxidos básicos

(iónicos)

EO2

Óxidos anfóteros(moleculares)

E2O5 EO3 E2O7

Anhídridos

(moleculares)

3.1.3 Peróxidos

Formados por oxígeno y elementos del grupo I A y II A (representativos). El estado de oxidación del oxígeno es -1. Se nombran anteponiendo la palabra peróxido.

Ejemplos

H2O2 Peróxido de Hidrógeno o Agua Oxigenada

Na2O2 Peróxido de Sodio

CaO2 Peróxido de Calcio

El agua oxigenada es un líquido molecular, mientras que los demás peróxidos, son sólidos iónicos.

El agua oxigenada se descompone con el pasar del tiempo y, principalmente, bajo la acción de la luz, por esta razón se debe almacenar en frascos oscuros.

La descomposición se realiza según la siguiente ecuación:

2H2O2 → 2H2O + O2

3.2 Compuestos hidrogenados

3.2.1 Hidruros

Son compuestos binarios formados por hidrógeno y un metal o no metal. El estado de oxidación del hidrógeno en los hidruros metálicos es –1. Por lo tanto existen hidruros metálicos como no metálicos (estos últimos utilizan no metales de los grupos IVA y VA).

Metal + H2 → Hidruro

2 Al + 3 H2 → 2 AlH3

Nomenclatura de hidruros

Ejemplo: Compuesto AlH3 Stock: Hidruro de Aluminio Tradicional: Hidruro Alumínico

Ejemplo: Compuesto LiH Stock: Hidruro de Litio Tradicional: Hidruro Lítico

Ejemplo: Compuesto PbH2 Stock: Hidruro de Plomo (II) Tradicional: Hidruro Plumboso

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23.2.2 Hidrácidos

Formados por hidrógeno y un no metal. Este pertenece al grupo VIA y VIIA. Hidrógeno presenta estado de oxidación +1

No metal + H2 → Hidrácidos

Cl2 + H2 → 2 HCl

Nomenclatura de hidrácidos

El nombre es construido con la terminación hídrico.

Ácido hídrico

HCl : Ácido clorhídrico HI : Ácido yodhídrico HF : Ácido fluorhídrico H2S : Ácido sulfhídrico HCN : Ácido cianhídrico

Se observa que el estado de oxidación del hidrógeno es +1. Este es el que presenta en la mayoría de los compuestos, a excepción de los hidruros. El término ácido tiene relación con el pH que manifiestan estos compuestos.

3.3 Sales binarias

Están formadas por un elemento metálico y otro no metálico. Se nombra primero el anión con terminación uro y luego, el metal. En el caso de las sales binarias, también se puede aplicar la nomenclatura tradicional.

Ejemplos FeS Stock: Sulfuro de Hierro (II) Tradicional: Sulfuro Ferroso

FeI3 Stock: Yoduro de Hierro (III) Tradicional: Yoduro Férrico

NaCl Stock: Cloruro de Sodio Tradicional: Cloruro Sódico

El jugo gástrico posee un pH cercano a 1,5 debido a la presencia del ácido clorhídrico (HCl) dentro de su composición. Este ácido puede corroer el hierro, pero no daña al estómago debido a la presencia de mucus que recubre las paredes gástricas. La úlcera se origina cuando hay una secreción excesiva de jugo gástrico o una secreción insuficiente de mucus protector.

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4. Compuestos ternarios

Los compuestos ternarios están formados por tres elementos, independiente del número que estén presentes.

Los compuestos ternarios que presentaremos son:

Hidróxidos Oxácidos Sales Ternarias

4.1 Hidróxidos

Están formados por un metal y el grupo hidroxilo (OH–), y se generan a partir de óxidos básicos y agua.

Ejemplo

Na2O + H2O → 2NaOH

NaOHStock: Hidróxido de SodioTradicional: Hidróxido Sódico

Nomenclatura de los hidróxidos (Stock)

Hidróxido de (estado de oxidación en número romano)

Como se observa, se coloca la palabra hidróxido antes del nombre del metal. El grupo OH tiene un estado de oxidación –1. En este caso no es necesario usar paréntesis para el grupo OH–, ya que el metal tiene estado de oxidación +1. Cabe recordar que estos compuestos presentan pH básicos, de ahí que los óxidos básicos, que dan origen a los hidróxidos lleven tal denominación.

Otros ejemplos

Mg(OH)2 Fe(OH)2Stock: Hidróxido de hierro (II)Tradicional: Hidróxido ferroso

Cu(OH)2 Stock: Hidróxido de cobre (II)Tradicional: Hidróxido cúprico

Stock: Hidróxido de magnesio (II)Tradicional: Hidróxido magnésico

Al(OH)3Stock: Hidróxido de aluminio (III)Tradicional: Hidróxido alumínico

CaCO3

NaOH


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24.2 Oxácidos

Son compuestos formados por hidrógeno, oxígeno y un no metal. Se originan a partir de anhídridos y agua.

Ejemplo

CO2 + H2O → H2CO3 Ácido carbónico

Se observa que delante del nombre del elemento va la palabra ácido. En general, en este tipo de compuestos el nombre tradicional predomina sobre el IUPAC. Por otra parte, presenta características de pH ácido, de ahí el nombre del óxido respectivo que lo origina. Además, estos ácidos se disocian, dando origen a otros compuestos, principalmente aniones, junto con la liberación de iones hidrógeno.

Veamos la disociación establecida para el ácido carbónico

H2CO3 → H+ + HCO3 –

HCO3– → H+ + CO3

–2

Como presenta dos disociaciones, también se dice que es un ácido diprótico (dos iones hidrógeno). Si un ácido tuviera tres disociaciones, sería un ácido triprótico (tres iones hidrógeno), y así sucesivamente.

Otros ejemplos de oxácidos

HClO : Ácido hipocloroso

HClO2 : Ácido cloroso

HClO3 : Ácido clórico

HClO4 : Ácido perclórico

HNO2 : Ácido nitroso

HNO3 : Ácido nítrico

H2SO3 : Ácido sulfuroso

H2SO4 : Ácido sulfúrico

H3PO4 : Ácido fosfórico

H3BO3 : Ácido bórico

H2MnO4 : Ácido mangánico

HMnO4 : Ácido permangánico

H2CrO4 : Ácido crómico

H2Cr2O7 : Ácido dicrómico

4.3 Sales ternarias

Estos compuestos están formados por la unión de un catión y un anión. El anión tiene su origen en un oxácido que ha perdido sus hidrógenos.

En general, se puede decir que el nombre de una sal, ya sea binaria o ternaria, deriva del ácido que le da origen. Así, para obtener el nombre de una sal, basta alterar la terminación del nombre del ácido correspondiente de acuerdo con el siguiente código:

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hídricoosoico

terminación

Ácidouroitoato

terminación

Sal

NaNO2Stock: Nitrito de sodioTradicional: Nitrito sódico

Fe2(SO4)3Stock: Sulfato de hierro (III)Tradicional: Sulfato férrico

Ca3(PO4)2Stock: Fosfato de calcioTradicional: Fosfato cálcico

Tabla de aniones más frecuentes

HCO3 – Carbonato ácido o bicarbonato

CO3 –2 Carbonato

SO3 –2 Sulfito

HSO3 – Sulfito ácido o bisulfito

SO4 –2 Sulfato

HSO4 – Sulfato ácido o bisulfato

NO2 – Nitrito

NO3 –1 Nitrato

BO3 –3 Borato

ClO – Hipoclorito

PO3 –3 Fosfito

MnO4 – Permanganato

HPO4 –2 Fosfato ácido

PO4 –3 Fosfato

SiO4 – Silicato

CN – Cianuro

CrO4 –2 Cromato

Cr2O7 –2 Dicromato

S2O3 –2 Tiosulfato

El “salitre de Chile” corresponde a una mezcla de sales entre las que se encuentran

principalmente:

- Nitrato de sodio (NaNO3): 95,5 %

- Nitrato de potasio (KNO3): 2,0 %

- Cloruro de sodio (NaCl): 1,5 %.

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2S

ínte

sis de

con

ten

ido

s

+H

2 O

+H

(I)+O

(II)

+H

2 O+

O(II)

+H

(I)

Hidruros

Elementos

metálicos

Sales neutrasde oxácidos

Óxidos

básicosH

idróxidos

Oxácidos

Óxidos ácidos

o anhídridosElem

entosno m

etálicos

Hidrácidos

Hidruro

Sales binarias

Esquema de form

ación de compuesto a partir del elem

ento, en el cual se pueden observar todos los caminos de form

ación.

Se incluye la formación de sales binarias y terciarias.

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Flúor en el agua potableLa remineralización de los dientes

El flúor es un elemento no metálico que, agregado al agua potable en forma de sales de sodio, protege el esmalte dental, ayudando a reducir la incidencia de caries en la población.

Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), las caries dentales afectan a más del 90% de la población. El problema se agrava aún más si se considera que en el país existen alrededor de 7.000 odontólogos, cantidad insuficiente para atender las necesidades de la salud bucal de los chilenos.

Desde la década de los años 90, prevalece una controversia en Chile sobre la necesidad de agregar flúor al agua potable para reducir las caries dentales.

Los dientes están protegidos por una delgada capa de esmalte que consiste en hidroxiapatita (Ca5 (PO4)3 OH), que por efecto de la saliva se disuelve según el proceso de la desmineralización representado por la ecuación (1).

La presencia del ión flúor (F−) en el agua como fluoruro de sodio (NaF), reemplaza los iones hidroxilos, en un proceso de remineralización, como lo indica la ecuación (2).

En estas condiciones, el esmalte es más resistente a la acción de ácidos que se liberan en la boca debido a la degradación de los alimentos y a la acción de la saliva.

A causa de que algunos estudios han mostrado que el flúor puede ocasionar fluorosis dental (aparición de manchas blancas en los dientes), fracturas óseas y osteosarcoma (un tipo de cáncer óseo), es que un grupo de científicos ha manifestado cierta resistencia a la iniciativa de adicionar flúor al agua potable.

Sin embargo, investigaciones del Ministerio de Salud no han encontrado antecedentes que apoyen el aumento de éstas y otras enfermedades en lugares donde la concentración de flúor es alta. Además, la aplicación de la medida se basa en los resultados obtenidos en la ciudad de Valparaíso, donde después de 10 años de ingerir agua fluorada, los niños de 4 a 5 años de edad han disminuido su promedio de caries de 5,3 a 1,4, y el porcentaje de niños sin caries ha aumentado de 5,7% a 12,37%. Además, en estos jóvenes las caries demoran mucho más en manifestarse que en los santiaguinos.

En concreto, si no hay evidencias claras de riesgos para la población, el Ministerio de Salud pondrá en marcha su plan de fluoración del agua en Santiago y Concepción. Luego se irá extendiendo al resto del país.

(1) Ca5 (PO4)3 OH (s) → 5Ca+2 (ac) + 3PO-3 + OH- (ac)

(2) 5Ca+2(ac)+ 3PO-3 +F-

(ac) → Ca5 (PO4)3 F(s)

4 (ac)

4 (ac)

Corona

Esmalte

Marfil

Pulpa dentaria

Cuello

Raíz

Cemento óseo

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25. Mineralogía

De los elementos químicos que existen en la naturaleza son sólo 8 los que conforman casi el 98% de la corteza terrestre. Los elementos más abundantes son el Oxígeno (46,6%) y el Silicio (27,7%). Sin embargo, muy pocos elementos se encuentran en forma nativa, gran parte de ellos se hayan formando compuestos y como tales, pueden reaccionar con otros compuestos o elementos, produciendo nuevas combinaciones químicas y dando origen a un mineral.

5.1 Rocas

Son agregados inorgánicos y naturales formados por uno o más minerales en diversas proporciones. A nivel de litósfera, se distinguen tres tipos de rocas que se diferencia por su distinta formación.

Tipo de Roca Característica

Ígnea o Magmáticas

Se origina por solidificación del magma o lava, en la superficie o en profundidad.

SedimentariaSe origina por desintegración de rocas de superficie, los cuales se depositan en el fondo marino, ríos y lagos.

Metamórfica

Se forman a partir de rocas ígneas y sedimentarias, debido principalmente a condiciones tales como presión y temperatura.

5.2 Mineral

Es un elemento o compuesto químico formado a través de un proceso natural. A pesar de las posibles variaciones en su composición, los minerales se representan por fórmulas químicas.

ELEMENTOS QUÍMICOS

MINERAL ROCA

cuarzo

Plagioclasa

Feldespato

Olivino

Un conjunto de elemen-tos químicos forma un

mineral

Un conjunto de minerales se llama

roca

ARENISCA

GRANITO

BASALTO

Al

Si

K

Na

Fe

Mg

O

O O

Si

5.2.1 Propiedades de los minerales

Todo mineral puede ser caracterizado por propiedades físicas que lo identifique. Dentro de estas propiedades, se destacan la exfoliación y la dureza del mineral.

- Exfoliación: Si por ejemplo se golpea un mineral de calcita, éste se rompe en muchos fragmentos que tienen la misma forma que la del cristal del cual proceden (romboedros). Esta tendencia del mineral a partirse a lo largo de una o más direcciones cuando es golpeado o comprimido se llama exfoliación.

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La exfoliación está muy relacionada con la estructura del cristal, es decir, con la fuerza de enlace de los átomos que lo componen. Así, algunos de estos enlaces son más débiles en unas direcciones que en otras.

- Dureza: Es la resistencia que ofrece la superficie lisa de un mineral a ser rayada.

El mineralogista Friedrich Möhs estableció, en 1812, una escala de dureza aún vigente. Seleccionó diez minerales tipo y los dispuso de tal forma que cada uno pudiera rayar sólo a los anteriores y fuera rayado por los posteriores. La escala presenta 10 niveles de dureza que van del 1 al 10.

Escala de Möhs

Dureza Mineral Equivalente diario Gema o mineral comparativo

1 Talco Polvos de talco Grafito (lápiz mina)

2 Yeso Uña del dedo Azufre

3 Calcita Moneda de bronce Oro, Plata, Cobre

4 Fluorita Clavo de hierro Platino

5 Apatito Vidrio Lapislázuli

6 Ortoclasa Cortaplumas Jade,

7 Cuarzo Cuchillo de acero Esmeralda, Circón

8 Topacio Papel lija Ojo de gato, Berilio

9 Corindón Rubí Zafiro, rubí

10 Diamante Diamante sintético Diamante

La dureza de un mineral depende de su composición química y también de la disposición de sus átomos. Cuanto más grande son las fuerzas de enlace, mayor será la dureza del mineral. El grafito y el diamante, por ejemplo, son de la misma composición química, solamente se constituyen de átomos de carbono. Sin embargo, el grafito tiene una dureza según Möhs de 1, mientras que el diamante una dureza de 10 en la misma escala.

5.3 Clasificación de los minerales

Aunque en la naturaleza se conocen más de 2000 minerales y todavía se siguen descubriendo minerales nuevos, solamente unos pocos de ellos componen la mayor parte de la corteza terrestre.

La clasificación mineralógica moderna se basa en la composición química, atendiendo al ión negativo presente en cada estructuras. Así, se establecen categorías o clases de minerales dependiendo de los átomos, moléculas o iones que los componen.

La mayoría de las piedras preciosas o gemas tienen una dureza de 7 o más. Pero hay algunas gemas que tienen una dureza inferior cómo por ejemplo el Jade (6.5), Lapislázuli (5-5.5), Opalo (5.5-6.5), Turquesa (5-6) o Feldespatos(6-6.5) cómo la Moonstone, o Sunstone.

Sabías que...

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25.3.1 Elementos nativos

Son los elementos que pueden encontrarse en la naturaleza sin combinar con átomos de otros elementos.

• Oro (Au) • Cobre (Cu)• Azufre (S)• Plata (Ag)• Diamante

5.3.2 Sulfuros

Son minerales que presentan el ión sulfuro (S-2) en su estructura. Tie-nen propiedades semiconductoras, y por su aspecto, se asemejan a los semimetales. Existen algunas especies de gran interés industrial pues de éstos se extraen casi todos los metales no férreos.

• Galena (PbS) • Pirita (FeS2)• Calcopirita (CuFeS2)• Argentita (Ag2S)• Blenda (ZnS)

5.3.3 Halogenuros

Pequeño grupo de minerales formados por sustancias similares a la sal de mesa, procedentes de la evaporación de aguas o bien, derivadas de transformaciones de otros minerales e incluso de depósitos volcá-nicos. Son minerales cuyos aniones característicos son los halógenos (grupo VIIA).

• Halita (NaCl) • Silvina (KCl)• Flourita (CaF2)

5.3.4 Óxidos

Grupo de minerales formados por metales (o semimetales), más oxígeno. Algunos de ellos tienen gran interés industrial y pueden presentarse en grupos cristalizados muy vistosos. Existen óxidos oscuros, mientras que otros son muy claros.

• Cuprita (Cu2O) • Corindón (Al2O3)• Hematita (Fe2O3)

Pirita

Galena

Halita

Flourita

Hematita

diamante

oro

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5.3.5 Carbonatos

Grupo de minerales que presenta al anión carbonato (CO3-2) en su

estructura. Presentan dureza 2 según la escala de Möhs.

• Calcita (CaCO3)

• Malaquita (CuCO3)

5.3.6 Nitratos, fosfatos y sulfatos

Generalmente se trata de grupos formados por alteraciones de distintos minerales metálicos de colores atractivos y con espléndidos cristales, usualmente pequeños. Los nitratos y fosfatos presentan amplio uso en la agricultura como fertilizantes.

• Salitre potásico (KNO3)

• Yeso (CaSO4 x 2 H2O)

• Apatito (Ca3(F, Cl, OH)(PO4)x)

5.3.7 Silicatos

Es el grupo más importante debido a la abundancia de silicio que se encuentra en la corteza terrestre. Los silicatos se presentan a como cristales de dimensiones variables y, se caracterizan la mayor parte de ellos por una elevada dureza (7 según Möhs).

• Circón (ZrSiO4)

• Cuarzo (SiO2)

• Talco (Mg3Si4O10(OH)2

• Mica (KAl2(AlSi3)O10(OH)2

Yeso

Apatito

Talco

Cuarzo

Calcita

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2S

ínte

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Elemento

Mineral

Escala deM

öhs

Roca

Natural

Mena

Ganga

Sintético

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Actividades

1. Determine el estado de oxidación de los siguientes compuestos o iones:

N en HNO3 : _____________________________________________________________

Mn en (MnO4)-2 : _____________________________________________________________________

H en H2O2 : _____________________________________________________________________

CI en HClO3 : _____________________________________________________________________

Cr en K2 Cr2 O7 : _____________________________________________________________________

Fe en Fe2 (SO3)3 : _____________________________________________________________________

Pb en Pb(SO4)2 : _____________________________________________________________________

S en H2S2O3 : _____________________________________________________________________

Ca en CaO2 : _____________________________________________________________________

K en K2O : _____________________________________________________________________

2. Señale el nombre IUPAC y TRADICIONAL de los siguientes compuestos:

IUPAC TradicionalCuO : ___________________________________ ___________________________________

FeO : ___________________________________ ___________________________________

N2O3 : ___________________________________ ___________________________________

Cl2O : ___________________________________ ___________________________________

Br2O7 : ___________________________________ ___________________________________

PbO : ___________________________________ ___________________________________

SnO2 : ___________________________________ ___________________________________

Na2SO4 : ___________________________________ ___________________________________

AlPO4 : ___________________________________ ___________________________________

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23. Complete la siguiente tabla:

Fórmula IUPAC Tradicional

H2O2

Anhídrido carbónico

Al2O3

Anhídrido sulfúrico

CI2O5

PbCl2 Cloruro de Plomo (II)

Óxido cálcico

4. Complete la siguiente tabla:

Fórmula Clasificación Nombre IUPAC Nombre tradicional

Anhídrido Anhídrido de fósforo (V)

N2O5 Anhídrido de nitrógeno (V)

Anhídrido hipocloroso

Anhídrido sulfúrico

Anhídrido Anhídrido brómico

Cu2O

ZnO

SO2 Anhídrido

CaO Óxido

5. Escriba la fórmula de los siguientes compuestos:

Fluoruro de cesio ______________________________________________________________ Cloruro cálcico ______________________________________________________________

Ioduro férrico ______________________________________________________________

Sulfato de hierro (II) ______________________________________________________________ Sulfato cúprico ______________________________________________________________

Nitrato de plata ______________________________________________________________

Fosfato de potasio ______________________________________________________________ Tiosulfato de magnesio _______________________________________________________________

Peróxido sódico _______________________________________________________________

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Bromuro cálcico _______________________________________________________________

Cromato de potasio _______________________________________________________________

Sulfuro de zinc _______________________________________________________________

Óxido niqueloso _______________________________________________________________

Hidruro de cesio _______________________________________________________________

Óxido cuproso _______________________________________________________________

Anhídrido hipocloroso _______________________________________________________________

Cloruro de plata _______________________________________________________________

Dicromato de sodio _______________________________________________________________

Anhídrido nitroso _______________________________________________________________

Sulfato plumboso _______________________________________________________________

Óxido férrico _______________________________________________________________

Anhídrido clórico _______________________________________________________________

6. ¿Cuál es el nombre de los siguientes iones?

Fe+2 __________________________ Pb+2 __________________________

Ni+2 __________________________ Fe+3 __________________________

Cu+2 __________________________ Hg+ __________________________ Hg+2 __________________________ Ni+3 __________________________

Zn+2 __________________________ Au+ __________________________

Cr+2 __________________________ Ag+ __________________________

S+4 __________________________ S–2 __________________________

CI_ __________________________ Na+ __________________________

Br_ __________________________ Sn+4 __________________________

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27. Nombra los siguientes compuestos según nomenclatura tradicional.

1) Al2O3 11) CuCl2 21) HNO3 31) K2Cr2O7

_____________ _____________ _____________ _____________

2) MgO2 12) NH4Cl 22) H2SO4 32) NaClO

_____________ _____________ _____________ _____________

3) Cl2O7 13) KCl 23) H3PO4 33) K2S2O3 _____________ _____________ _____________ _____________

4) H2S 14) MgCl2 24) H2CO3 34) KClO2

_____________ _____________ _____________ _____________

5) HCl 15) KF 25) H2Cr2O7 35) Ca3(PO4)2

_____________ _____________ _____________ _____________

6) HF 16) CuS 26) H2SO3 36) NaNO3 _____________ _____________ _____________ _____________

7) HBr 17) NaOH 27) HMnO4 37) Fe2(SO4)3

_____________ _____________ _____________ _____________ 8) CaH2 18) Cu(OH)2 28) NiS2O3 38) NaClO4

_____________ _____________ _____________ _____________

9) NH3 19) HNO2 29) Na2SO4 39) NO3 –

_____________ _____________ _____________ _____________

10) CaCl2 20) HClO 30) CaCO3 40) NaHCO3

_____________ _____________ _____________ _____________


Columna A Columna B

1. Ión amonio __________ HCl

2. Hidruro de Aluminio __________ H3 PO4

3. H2O2 __________ NH3

4. Ión Fluoruro __________ Hidróxido de sodio

5. Ácido clorhídrico __________ AlH3

6. Ácido fosfórico __________ Anhídrido de azufre (IV)

7. NaOH __________ Agua oxigenada

8. Amoniaco __________ F–

9. SO2 __________ [NH4]+

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EjErcicios


1. Un ejemplo de óxido básico es:

A) NaOH

B) HNO3

C) NaHCO3

D) SO3

E) Fe2O3

Alternativa: E.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: El grupo de los óxidos básicos se originan de la unión de un metal con oxígeno, donde éste último actúa con estado de oxidación -2. En este caso el óxido

férrico (Fe2O3) corresponde a este grupo.

2. El CaH2 corresponde a un (a):

A) Hidruro. B) Sal. C) Anhídrido. D) Hidrácido. E) Hidróxido.

Alternativa: A.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: En el compuesto el hidrógeno está asociado al calcio (elemento del grupo IIA) que presenta estado de oxidación +2, por lo tanto, el hidrógeno esta actuando con E.Ox. -1 en vez de su habitual E.Ox. +1, lo que lo identifica como un hidruro.

3. El amoniaco y el ión hidroxilo son respectivamente:

I) OH–

II) NH3

III) NH4+

IV) H2O

A) Sólo II y I. B) Sólo I y III. C) Sólo I y IV. D) Sólo II y III. E) Sólo II y IV.

Alternativa: A.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: El amoniaco está constituido por nitrógeno y

tres átomos de hidrógeno (NH3), el ión amonio presen-ta un hidrógeno más por unión dativa con el nitrógeno

resultando un catión (NH4+). El ión hidroxilo se origina

de la disociación del agua (H2O → H+ + OH–) y es el componente que en los compuestos inorgánicos caracte-riza a los hidróxidos.

4. Uno de los siguientes compuestos es el hidróxido de potasio:

A) KH

B) K2O

C) KHCO3 D) KOH

E) K2CO3

Alternativa: D.Habilidad: Comprensión.Defensa: Los hidróxidos son compuestos que presentan

la unión del grupo hidroxilo (OH–) con un metal, resul-tando ser sustancias alcalinas. El hidróxido de potasio corresponde al KOH.

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2EjErcicios

5. Son peróxidos algunos de los siguientes compuestos:

I. Na2O

II. BaO2

III. H2O2

IV. H2O

A) Sólo I y II. B) Sólo I y III. C) Sólo I y IV. D) Sólo II y III. E) Sólo II y IV.

Alternativa: D.Habilidad: Comprensión.Defensa: Los peróxidos son compuestos binarios cons-tituidos por elementos alcalinos (grupo IA) o alcalinos térreos (grupo IIA) en combinación con oxígeno, el cual presenta estado de oxidación -1 (en vez del habitual -2).

De los compuestos solamente en el BaO2 y en el H2O2 el oxígeno actúa con estado de oxidación -1.


1. El ácido nítrico reacciona con el hidróxido de pota-sio formando agua y una sal, cuya fórmula es:

HNO3 + KOH → H2O + sal

A) KNO2

B) K(NO3)2

C) K2NO3

D) K2NO2

E) KNO3

2. El dicromato de amonio es:

A) NH4Cr4

B) (NH4)2 CrO4

C) NH4CrO7

D) (NH4)2Cr2O7

E) NH4 HCrO4

3. El nombre del compuesto FeO, según la nomencla-tura tradicional es:

A) Anhídrido férrico B) Anhídrico ferroso C) Óxido ferroso D) Oxido férrico E) Ninguna de las anteriores

4. Al combinar un elemento M con un elemento X,

que proviene de MH3 y H4X respectivamente, el compuesto estará representado por:

A) MX

B) M2 X2

C) M4 X3

D) M4 X2

E) M3 X4

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EjErcicios

5. De los siguientes elementos, corresponde a un halógeno (grupo VIIA) el

A) Ca B) Na C) F D) S E) He

NúmeroAlternativaHabilidad1EAnálisis

2DComprensión

3CAplicación

4CAnálisis

5CComprensión


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ESTEQUIOMETRÍACapítulo 3


Conocer las leyes que rigen la estequiometría.

Aplicar el concepto de mol.

Desarrollar relaciones estequiométricas.

Describir el comportamiento gaseoso.

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3Estequiometría

1. Estequiometría

La estequiometría tiene por finalidad establecer aquellas relaciones entre reactantes y productos en una reacción química.

Los reactantes son los precursores del proceso y los productos es lo que se obtuvo una vez finalizada la reacción.

Para entender como se establecen estas relaciones, se sugiere conocer las leyes que rigen la estequiometría.

1.1 Ley de la conservación de la masa (ley de Lavoisier)

“En toda reacción química la masa de los reactantes será igual a la masa de productos”.

m Reactantes = m Productos

Esta ley reafirma que en la naturaleza nada se crea ni destruye, sólo se transforma. Por lo tanto, en todo proceso químico no puede observarse una variación entre las masas respectivas, cualquier anomalía es indicio de que lo que estamos haciendo no se comporta como debe ser.

Ejemplo

El óxido de cobre (II) se forma a través de oxígeno y cobre metálico. Si la masa de óxido es 35 g y la del metal 5 g, estimar la masa de oxígeno.

Aplicando la ley, tenemos: m cobre + m oxígeno = m óxido

m oxígeno = m óxido - m cobre m oxígeno = 35 g - 5 g m oxígeno = 30 g

+

1 volumen de N2n moléculas N2

3 volúmenes de H23 n moléculas H2

2 volúmenes de NH32 n moléculas NH3

La estequiometría tiene por finalidad establecer aquellas relaciones entre los reactantes y productos en una reacción química. Los reactantes son precursores del proceso y los productos la parte final de la reacción, es decir, lo que se formó.

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Capítulo 3 Estequiometría

1.2 Ley de proporciones definidas (ley de Proust)

“En un compuesto dado, los elementos participantes se combinan siempre en la misma proporción, sin importar su origen y modo de obtención”.

Por ejemplo, en el óxido de zinc (II), el cual está formado por zinc y oxígeno, el zinc está presente en un 80,3% y el oxígeno, en un 19,7%. Esto quiere decir que si sintetizamos este óxido básico, veremos que, desde el punto de vista de la masa, habrá siempre dicho porcentaje de cada elemento.

Ejemplo

El óxido de zinc (II) tiene un 80,3% de zinc y un 19,7% de oxígeno. Si la masa del óxido básico es 145 g, estimar la masa de zinc y oxígeno presentes.

M zinc = % de zinc x masa óxido

M zinc = (80,3/100) x 145 g

M zinc = 116,435 g

M oxígeno = % de oxígeno x masa óxido

M oxígeno = (19,7/100) x 145 g

M oxígeno = 28,565 g

Al sumar las masas correspondientes, obtendremos la masa del óxido.

116,435 g + 28,565 g = 145 g

Con esto se manifiesta, una vez más, que la ley de la conservación de la masa también se hace presente.

1.3 Ley de las proporciones múltiples (ley de Dalton)

“Si dos elementos forman más de un compuesto, estableciéndose fija la composición de uno de ellos, el otro elemento estará en razón de números naturales (enteros y sencillos)”.

Esta ley puede ejemplificarse a través de los anhídridos del nitrógeno.

Los anhídridos son: N2O NO N2O3 NO2 N2O5

Ejemplo: si fijamos una masa de oxígeno en 7 g, las masas de nitrógeno en cada compuesto serán, respectivamente

Cualquier muestra de dióxido de carbono (CO2), por cualquier procedimiento que se haya preparado siempre contiene un 27,29 % de carbono y un 72,71 % de oxígeno.

Sabías que...

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3Compuesto mN/(g) mO/(g)

N2O 4 7

NO 8 7

N2O312 7

NO216 7

N2O520 7

Podemos observar que las masas de nitrógeno y oxígeno presentan una cierta razón entre sí:

4 : 8 : 12 : 16 : 20 = 7 : 7 : 7 : 7 : 7

Como las masas de nitrógeno son múltiplos de 4, se hace la simplificación correspondiente:

1 : 2 : 3 : 4 : 5

De esta manera queda demostrada la aplicación de esta ley.

1.4 Ley de las proporciones recíprocas (ley de Richter)

“Si dos o más compuestos se combinan con una masa fija de un elemento del compuesto, lo harán en una razón de números enteros y sencillos”.

Ejemplo

Si en el CCl4 y en el CO2 se mantiene fija la masa de carbono, estimar la razón entre el cloro y el oxígeno.

La razón entre los elementos es 1 : 4 (C y CI) y 1 : 2 (C y O), pero la razón entre los elementos mencionados es del tipo 4 : 2 ó 2 : 1, por lo tanto, se cumple la ley.

2. Términos de estequiometría

A continuación, presentaremos algunos términos muy usados para explicar la relación entre reactantes y productos.

2.1 Unidad de masa atómica (uma)

Es la unidad que se usa para expresar cuál es la masa de un átomo, y equivale a

1 uma = 1,66 x 10-24 g

Veamos su aplicación en los siguientes ejemplos.

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Ejemplo 1.

Calcular la masa del átomo de Al en gramos, sabiendo que presenta 26,98 uma.

1 uma ↔ 1,66 x 10–24 g26,98 uma ↔ Xg

x=26,98 · 1,66 x 10–24 g

Ejemplo 2.

Establecer la unidad de masa atómica, si la masa del átomo de Na es 3,81 x 10-23 g.

1 uma 1,66 x 10–24 g

x 3,81 x 10–23 g

x = ( 3,81 x 10–23

1,66 x 10–24 ) uma

2.2 Mol (n)

Es la cantidad de sustancia de un sistema que contiene tantas entidades elementales (átomo, moléculas o iones) como átomos hay en 0.012 kg de carbono 12 o en 12 g del mismo átomo.

2.3 Constante de Avogadro

Es la constante que establece una relación entre el número de entidades y la cantidad de sustancia. Su valor es:

6.02 x 1023 entidades · mol-1

Hipótesis de Avogadro

Todos los gases tienen un mismo volumen en igual condición de presión y temperatura, conteniendo el mismo número de moléculas.

Un mol de cualquier gas en C.N.P.T. son 22,4 litros.

Así: Vmolar = 22,4 L/mol

En general, podemos decir que el concepto de Mol y la constante de Avogadro están estrechamente relacionados. Así, un mol de entidades (átomos, moléculas o iones) equivale a decir que hay 6,02 x 1023 de estas entidades. Cuando decimos una docena sabemos que son doce unidades, si tenemos una resma de papel implica poseer 500 hojas, etc.

Entonces, 1 mol = 6,02 x 1023 átomos 1 mol = 6,02 x 1023 moléculas 1 mol = 6,02 x 1023 iones

Por convención, se entiende que las condiciones normales de presión

y temperatura (C.N.P.T) corresponden a 273 K (0° C) y 1 atmósfera de presión (760 mm de Hg).

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3Ejemplo

Calcular el número de átomos que hay en 2,3 moles de Zn.

Como nos están preguntando por número de átomos, debemos usar la expresión de la constante, entonces,

1 mol ↔ 6,02 x 1023 átomos de Zn 2,3 mol ↔ x átomos de Zn x =1,38 x 1024 átomos Zn

Es decir, en 2,3 mol de Zn hay 1,38 x 1024 átomos de Zn.

2.4 Masa molar (MM)

Es la relación que se establece entre la masa de la entidad y la cantidad de moles. Se expresa:

MM = mn

Podemos conocer la masa molar de un átomo, molécula o ión y para ello sólo requerimos saber los datos de la masa atómica y la cantidad de átomos.

Ejemplo

Calcular la masa molar del Cu(OH)2, sabiendo que las masas atómicas (M.at) de cada elemento son, respectivamente: Ma. t Cu = 64 g/mol Ma. t O = 16 g/mol Ma. t H = 1 g/mol

La masa molar del hidróxido de cobre (II) será la suma de las masas atómicas de los elementos que lo constituyen, considerando el número de átomos de cada elemento.

MM Cu(OH)2 = M.at Cu + 2 M.at O + 2 M.at H

M. at Cu = 64 g/mol · 1 = 64 g/mol M. at O = 16 g/mol · 2 = 32 g/mol M. at H = 1 g/mol · 2 = 2 g/ mol + MM Cu(OH)2 = 98 g/mol

Lo que significa que un mol de hidróxido de cobre (II) tiene una masa de 98 g.

Del término masa molar podemos dar origen a otras dos expresiones:

1. n = m

MM

2. m = n · MM

En la primera, podemos calcular el número de moles (n) conociendo la masa y la masa molar de la sustancia. En la segunda podemos calcular la masa conociendo los moles (n) y la masa molar (MM).

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2.5 Relación entre masa molar y la constante de Avogadro

En este punto veremos las relaciones que se pueden establecer entre la masa molar y la constante de avogadro.

De este modo, tenemos:

1 mol = 6,02 x 1023 átomos = masa molar (MM) o masa atómica (M. at)

Ejemplo

¿Cuántos átomos de Aluminio hay en 10 g del metal, sabiendo que la masa atómica del Aluminio es de 27 g/mol?

Solución

Como se necesita determinar el número de átomos de aluminio en una cantidad conocida del metal, es preciso utilizar la relación anterior.

i. X átomos Al ↔ 10 g Al 6,02 x 1023 átomos Al ↔ 27 g Al

ii. 6,02 x 1023 átomos Al · 10 g Al27 g Al

X = 2,22 x 1023 átomos Al

3. Ecuaciones químicas

Una vez que se determina la naturaleza de los reactantes y los productos, es posible describir una reacción mediante una ecuación que indique la naturaleza y cantidades de las sustancias que participan en ella.

Para ilustrar los principios que intervienen, se considerará la reacción que se efectúa en el motor de un cohete que emplea hidracina como combustible y tetraóxido de dinitrógeno como oxidante. Se ha establecido experimentalmente que las fórmulas moleculares para estas dos sustancias, ambas líquidas, son N2H4 y N2O4, respectivamente. El análisis de la mezcla que sale del escape del cohete muestra que se compone de nitrógeno gaseoso elemental, N2, y agua líquida. Para describir una ecuación balanceada de esta reacción, se procede así:

a. Primero se escribe una ecuación no balanceada, en la que aparezcan las fórmulas de los reactantes a la izquierda y las de los productos a la derecha.

N2H4 + N2O4 → N2 + H2O

b. Se balancea la ecuación tomando en cuenta la ley de conservación de masa, que requiere que haya el mismo número de átomos de cada elemento en ambos lados de la ecuación.

2N2H4 + N2O4 → 3N2 + 4H2O

Nota (1): el número de moles o litros totales de los reactantes comparado con los de los productos, pudiera no resultar siempre igual, lo cual no indica que la reacción no esté balanceada.

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3Nota (2) : XAy ; X : Coeficiente estequiométrico A: Compuesto y: Subíndice

2 N2

Coeficiente subíndiceestequiométrico

c. Para indicar los estados físicos de los reactantes y productos en la ecuación se emplearán las letras (g), (I) y (s) para representar gases, líquidos puros y sólidos respectivamente.

2N2H4(I) + N2O4(I) → 3N2(g) + 4H2O(I)

Cuando se trata de reacciones que tienen lugar en disoluciones acuosas se emplearán los símbolos (ac o aq) para indicar una especie disuelta (ión o molécula).

Ejemplo: Ag+(aq)+ CI-(aq) → Ag CI(s)

Nota (3): Sobre el tipo y sentido de las flechas y símbolos que se ocupan para la descripción de una reacción química.

Símbolo Significado

Precipitado

Reacción reversible

• Liberado como gas

Calor

∅ Ebullición

d. Interpretación de ecuaciones estequiométricas. Los coeficientes de una ecuación estequiométrica indican el número de moles o moléculas de los reactantes y de los productos que participan en una reacción. Luego, la ecuación:

2N2H4(I) + N2O4(I) → 3N2(g) + 4H2O(I)

Indica que dos moles de N2H4 reaccionan con un mol de N2O4, obteniéndose tres moles de N2 y cuatro moles de H2O. Es importante tener en cuenta que una reacción estequiométrica continúa conservando su validez si cada uno de los coeficientes se multiplica por un mismo número.

Ejemplo

4AI(s) + 3O2(g) → 2AI2O3(s)

Indica que 4 moles de AI se combinan con 3 moles de O2 y se obtienen 2 moles de Al2O3.

En resumen, los coeficientes de una ecuación estequiométrica dan directamente los números relativos de moles de reactantes y productos; también permiten calcular la cantidad de masa involucrada en el proceso.

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4. Relaciones estequiométricas

A continuación, estableceremos el procedimiento para predecir la masa de un compuesto a partir de otro. Para esto, es importante considerar los coeficientes estequiométricos de la reacción.

Sea la siguiente reacción:2 Al + 6 HCl ↔ 2 AlCl3 + 3 H2

Calcular la masa de tricloruro de aluminio que se produce a partir de un gramo de aluminio.

Datos M. at Al = 27 g/mol MM AlCl3 = 133,5 g/molSolución:

I. X g AlCI3 ↔ 1 g Al 267 g AlCl3 (2 moles) ↔ 54 g Al (2 moles)

II. x =267 g AlCl3 · 1 g Al

54 g Al

x = 4,94 g AlCl3

En este caso, se presenta una relación entre reactantes y productos. Sin embargo, esta relación también puede establecerse entre los reactantes o entre los productos.

Una observación importante apunta a que la relación no necesariamente debe establecerse entre las entidades que contienen a un elemento en común sinó también, puede hacerse entre los otros participantes.

Es importante, además, que exista un equilibrio entre reactantes y productos en cuanto al número de átomos presentes. Debe procurarse el mismo número. Esto hará que los cálculos sean menos complejos. El equilibrio puede realizarse por simple deducción.

5. Composición porcentual

La composición porcentual nos informará sobre el porcentaje del elemento presente en el compuesto.

Para poder lograrlo se debe saber:

- Fórmula del compuesto.- Masa atómica del elemento y - Masa molar del compuesto

Ejemplo:

Sea el compuesto formado por hidrógeno, azufre y oxígeno, cuya fórmula es:

H2SO4

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3Si las masas atómicas respectivas son: M. at H = 1 g/mol M. at S = 32 g/mol M. at O = 16 g/mol

Determine la composición porcentual de cada elemento.

I. Primero se calcula la masa molar del compuesto.

Solución: H = 2 · 1 g/mol = 2 g/mol S = 1 · 32 g/mol = 32 g/mol O = 4 · 16 g/mol = 64 g/mol + MM H2SO4 = 98 g/mol

II. Se divide cada valor anterior por el peso molecular del compuesto:

H = 2 g/mol ÷ 98 g/mol = 0,0204 x 100 = 2,04% S= 32 g/mol ÷ 98 g/mol = 0,3265 x 100 = 32,65% O = 64 g/mol ÷ 98 g/mol = 0,6531 x 100 = 65,31%

6. Reactivo límite

La mayoría de las reacciones químicas no ocurren en forma ideal. Por lo tanto, los reactantes no se consumen totalmente. En este caso se habla de reactivo límite.

El reactivo límite se produce cuando un compuesto se consume completamente y el otro queda en exceso. Esta reacción no se verifica estequiométricamente y el reactivo límite es el que se consume primero.

Ejemplo:

Para la reacción:Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3

Determine el reactivo límite, sabiendo que se usó 1 kg de Al y 1 kg de óxido férrico.

a) Se debe establecer la razón estequiométrica entre el número de moles de los reactantes para tener este valor como referencia y determinar cuál está en exceso.

La razón estequiométrica ideal es:

nFe2O3

nAl=

1

2

Es decir, por cada mol de óxido se necesitan 2 moles de aluminio.

b) Se determina el número de moles utilizando los datos del problema.

n Fe2O3 = m Fe2O3 / MM Fe2O3 n Fe2O3 = 1000 g / 159,69 g/mol n Fe2O3 = 6,26 mol

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n Al = m Al / M. at Al n Al = 1000 g / 26,98 g/mol n Al = 37,06 mol

c) Se establece la razón estequiométrica con estos valores y se compara con la ideal:

n Fe2O3

n Al=

6,26 mol

37,06 mol

n Fe2O3 / n Al = 0.17

Se observa que esta razón es menor a la esperada, por lo tanto, el que está en exceso es el aluminio (porque se fijó al óxido como referencia). Luego, el reactivo límite es el óxido férrico.

Con esta relación, se puede determinar la cantidad de moles de aluminio que quedan en exceso. Entonces,

n Al = n Fe2O3 / 0.5 n Al = 6.26 mol / 0.5 = 12.52 mol

Los moles de aluminio en exceso se calculan de la siguiente manera:

n Al exceso = n Al real – n Al teórico n Al exceso = 37,06 mol – 12,52 mol n Al exceso = 24,54 mol

Por último, se puede determinar la masa de hierro que se obtiene al hacer la reacción.

n Fe / n Al = r Fe ÷ r Al n Fe = r Fe · n Al ÷ r Al n Fe = (2 · 12,52 mol) /2 n Fe = 12,52 mol

Luego: M Fe = n Fe · MM Fe M Fe = 12,52 mol · 55,85 g/mol M Fe = 699,24 g

Resumiendo los conceptos, tenemos que:

- El reactivo límite es el óxido férrico. Él será quien se consuma primero.

- El reactivo en exceso es el aluminio. Es decir, luego de ocurrida la reacción, aún quedará masa de este metal.

- Una vez establecido el compuesto que está en exceso, se puede calcular el producto pedido, mediante la razón establecida.

Los motivos por los que la cantidad obtenida en una reacción es inferior a la esperada son varios:

- Muchas reacciones son reversibles, luego, la transformación no es completa.

- A veces, no es posible separar totalmente el producto obtenido.

- Los productos formados pueden producir reacciones secundarias.

- Muchas moléculas no están suficientemente activadas para reaccionar, etc.

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37. Leyes fundamentales de los gases

En este punto trataremos aquellos hechos que tienen relación con el comportamiento de los gases.

Un gas es un estado de la materia que se caracteriza por su gran desorden (en comparación con los líquidos o los sólidos). Las moléculas que conforman el gas, se desplazan en el recipiente que las contiene en trayectoria recta y a una velocidad elevada, produciéndose choques entre éstas. En estos choques no se pierde energía.

Los factores que influyen en gran medida en el comportamiento de un gas son los siguientes temperatura, presión y volumen

7.1 Variables de los gases

7.1.1 Temperatura

La temperatura es una forma de expresar el comportamiento de los estados de la materia en términos de grado. La escala Kelvin se considera como la escala universal de temperatura y se establece su valor en cero, que indica cese total del movimiento molecular. Sin embargo, el cero absoluto no se puede lograr. Las escalas se fijan de acuerdo al comportamiento del agua.

a. Escala de Kelvin

Su rango de temperatura es:

0 K, ………...., -273,15 ºC100 K, …………, -173.15 °C

b. Escala Celsius


0 ° C, ……... ..., 273,15 K100 ºC, ………...., 373,15 K

c. Escala Fahrenheit


0 F, …………., -17,77 °C100 F, ... ... ... ...., 37,77 ºC

0ºC

50ºC

100ºC

273ºK

350º

373º

300º

Celcius Kelvin Fahrenheit

200º

212º

100º

32ºF

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• Relación entre escala Celsius y Fahrenheit

Para expresar los grados Celsius en Fahrenheit, se usa la siguiente expresión:

F = ºC x 95

+ 32Ejemplo: expresar 25 °C en grados F.

F = 25 x 95

+ 32

F = 45 + 32F = 77

Para transformar grados Fahrenheit a grados Celsius, se usa:

°C = (F – 32) x 59

Ejemplo: expresar 56 F en grados Celsius.

°C = (56 – 32) x 59

°C = 24 x 59

ºC = 13,33

• Relación entre escala Celsius y Kelvin

Para transformar grados Celsius a grados Kelvin se usa:

K = °C + 273,15Ejemplo: expresar 25 °C en grados Kelvin

K = 25 °C + 273,15 K = 298,15

Para transformar grados Kelvin a grados Celsius se usa:

°C = K – 273,15

Ejemplo: 100 K en grados Celsius

°C = 100 K – 273,15 °C = – 173,15

7.1.2 Presión

La presión se define como la fuerza ejercida por unidad de área. La fuerza es la masa por la aceleración.

Las unidades que se usan para expresar presión son las siguientes:

1 atmósfera = 10 M columna de agua 1 atmósfera = 760 mmHg 1 atmósfera = 101320 Pa 1 mmHg = 1 Torr

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3Ejemplo: expresar 10 atmósferas en mmHg y en Pascal.

10 atm · = 7600 mmHg 760 mmHg

1 atm

10 atm · = 1013200 mmHg 101320 Pa

1 atm

7.1.3 Volumen

El volumen es el espacio que ocupa un cuerpo en el universo. Las unidades de volumen son las siguientes:

1000 cm3 = 1 litro 1 m3 = 1000000 cm3

Estas equivalencias nos permiten ir de una unidad a otra para expresar volumen.

Ejemplo

Expresar en metros cúbicos, un volumen de 535 cm3.

535 cm3 · = 5.35 x 10-4 m3 1 m3

1000000 cm3

A continuación, veremos cómo se relacionan estas tres variables que describen el comportamiento gaseoso, expresadas a través de leyes. En este caso se hablará de un estado inicial y un estado final de un determinado sistema, el que permite describir al gas en ambas situaciones.

7.2 Ley de los gases

7.2.1 Ley de Avogadro

“El volumen de un gas es directamente proporcional a la cantidad de sustancia (número de moles), a temperatura y presión estándar o condiciones normales de presión y temperatura (presión: 1 atm y temperatura 0°C)”.

v1 v2n1 n2

=

Usando una constante de proporcionalidad, logramos igualar volumen y cantidad de sustancia.

V = k · n

Gráficamente, se expresa: V

n

7.2.2 Ley de Boyle y Mariotte

“El volumen de cierta masa de gas es inversamente proporcional a la presión, a una temperatura constante”.

V • P = k

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Luego,P1 · V1 = P2 · V2

Gráficamente se expresa: P

V

7.2.3 Ley de Charles

“El volumen de cierta masa de gas es directamente proporcional a la temperatura, a presión constante”

VT

= K

V = K · T

Por lo tanto, V1

T1

=

V2

T2

Gráficamente se expresa V

T

En esta ley, la temperatura debe expresarse en grados Kelvin.

7.2.4 Ley de Gay - Lussâc

“La presión de un gas es directamente proporcional a la temperatura a volumen constante”

PT

= k

P = k • T

Por lo tanto, P1

T1

=

P2

T2

Gráficamente se expresa: P

T

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37.2.5 Ley combinada de los gases

Esta ley relaciona volumen, temperatura y presión, dando origen a una constante. En este caso no varía la masa del gas. Su expresión es:

P x VT

= k

Por lo tanto,

P1 x V1T1

=P2 x V2

T2

Experimentalmente, se comprobó que esta expresión dio origen a la ecuación de estado para un gas ideal.

7.2.6 Ecuación de gases idealesP · V = n · R · T

En donde: P = presión V = volumen n = número de moles de sustancia R = constante de los gases T = temperatura

La constante R de los gases tiene los siguientes valores:

R = 0,082 atm l / mol K R = 8,314 J / mol K R = 1,987 cal / mol K

El valor de R debe ocuparse de acuerdo al sistema de unidades que se está trabajando. Se puede observar que en todas las expresiones aparece el grado Kelvin. Es debido a este hecho, que en la Ley de Charles debe usarse la escala Kelvin de temperatura.

Un gas ideal será aquel que se comporta bajo ciertas condiciones denominadas “ideales”. Un gas real, entonces, será aquel que no se comporta idealmente.

Ejemplos1. Dada la siguiente ecuación:

Cu + 2H2SO4 ↔ CuSO4 + SO2 + 2H2O (MM CuSO4= 159 g/mol; M. at Cu= 63 g/mol)

a. ¿Cuántos gramos de sulfato de cobre (CuSO4) se formarán por cada mol de cobre (Cu) que reacciona?

Solución:

i. X g CuSO4 ↔ 1 mol Cu 159 g CuSO4 ↔ 1 mol Cu

ii. X = 159 g CuSO4 · 1 mol Cu

1 mol Cu

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X = 159 g CuSO4

b. ¿Cuántos gramos de cobre se requerirán para producir 100 g de sulfato de cobre (CuSO4)?

Solución

i. X g Cu ↔ 100 g CuSO4 63 g Cu ↔ 159 g CuSO4

ii. X = 63 g Cu · 100 g Cu SO4

159 g CuSO4

X= 39,62 g Cu

2. El agua con el cloro reaccionan de acuerdo a la siguiente reacción química:

2 H2O (l) + 2 Cl2 (l) ↔ 4 HCl (l) + 2 O2 (g)

a. De acuerdo a lo anterior, ¿cuántos litros de O2 se producirán a partir de 45 g de agua? (MM H2O= 18 g/mol)

Solución

Nota: 1 Mol de gas en C.N.P.T= 22,4 L i. X L O2 ↔ 45 g H2O 44,8 L O2 ↔ 36 g H2O (2 moles · 18 g/mol)

ii. X = 44,8 L O2 · 45 g H2O

36 g H2O

X = 56 L O2

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3

moles

Leycom

binada

temperatura

gas idealpresión

volumen

Gay - Lussac

Charles

Boyle - Mariotte

Atóm

os

Molécula

Mol

Nº A

vogadro6,02 x 10

23

Masa m

olarVolum

en molar

C.N

.P.T.22,4 litros

Com

posición %

Fórmula

empírica

Fórmula

molecular

Relación estequiom

étricaReactivo

límite

Sín

tesis d

e co

nte

nid

os

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Actividades

1. Calcule la masa molar del Zn (ClO4)2

Mat Zn=65 g/mol Mat CI=35 g/mol Mat O = 16 g/mol Así MM Zn (CIO4)2 =

2. Calcule la masa molar del siguiente compuesto: Zn3(C6H5O7)2

Mat Zn = 65 g/mol Mat C = 12 g/mol Mat H = 1 g/mol Mat O = 16 g/mol Así MM Zn3 (C6H5O7)2 =

3. Calcule la masa molar de los siguientes compuestos:

a. Zn(AsO2)2

Mat Zn = 65 g/mol Mat AS = 74 g/mol Mat O = 16 g/mol MM Zn (AsO2)2 =

b. Cr2(SO4)3

Mat Cr = 51 g/mol Mat S = 32 g/mol Mat O = 16 g/mol MM Cr2 (SO4)3 =

4. El pigmento que le da el color verde a las plantas, y que es el responsable de la fotosíntesis y del O2 que respiramos, se llama clorofila y tiene la siguiente estructura:

C55H72MgN4O5

Calcule la masa molar de la clorofila:

Mat C = 12 g/mol Mat H = 1 g/mol Mat Mg = 24 g/mol Mat N = 14 g/mol Mat O = 16 g/mol Así MM C55H72Mg N4 O5 =

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35. Conociendo las siguientes masas atómicas

Ca = 40 g/mol P = 31 g/mol Cu = 63 g/mol Fe = 55,8 g/mol H = 1 g/mol O = 16 g/mol S = 32 g/mol Cl = 35 g/mol C = 12 g/mol Na = 23 g/mol Zn = 65 g/mol N = 14 g/mol I = 127 g/mol K = 39 g/mol

Calcular la masa de 1mol de los siguientes compuestos:

H2O :

NO2 :

Fe2O3 :

H2CO3 :

Fe(OH)3 :

Na2S2O3 :

ZnCI2 :

NaOH :

NH3 :

CH3COOH :

6. ¿Cuántos átomos de N hay en tres moléculas de nitrato de calcio (Ca(NO3)2)?7. ¿Cuántos gramos de S hay en 200 g de CaSO4?8. ¿Cuántos gramos de H hay en 50 g de NaHCO3?9. ¿Qué porcentaje de Fe hay en Fe2O3?10. ¿Qué porcentaje de K hay en el KClO4?

11. Para la reacción: 2NaCI + H2SO4 → Na2SO4 + 2HCI

a. ¿Qué masa de H2SO4 se necesita para obtener 252 g de Na2SO4?

b. ¿Cuántos moles de HCI se formarán a partir de 294 g de H2SO4?

c. Para que reaccionen totalmente 100 g de H2SO4, ¿qué cantidad en gramos de NaCI es necesaria?

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EjErcicios


1. Según la ecuación: N2 + 2O2 → 2NO2

Cuando reaccionan 5 moles de O2

A) se producen 5 moles de NO2 B) se producen 10 moles de NO2 C) reaccionan 5 moles de N2 D) reaccionan 10 moles de N2 E) se producen 2,5 moles de NO2

Alternativa: A.Habilidad: Análisis.Defensa: En la reacción 1 mol de nitrógeno reacciona con 2 moles de oxígeno para originar 2 moles de dióxido de nitrógeno. Cuando reaccionan 5 moles de O2 se generaran 5 moles de NO2, puesto que la relación estequiométrica entre ellos es 1:1. Por otra parte, 5 moles de O2 reaccionaran con 2,5 moles de N2 pues la razón estequiométrica de ellos es 1:2.

2. La presión de un mol de gas que se encuentra en un recinto cuyo volumen es 4 litros, a una temperatura de 20°C, es:

A) 3 atm B) 4 atm C) 6 atm D) 8 atm E) 10 atm

Alternativa: C.Habilidad: Aplicación.Defensa: En función de los datos, para calcular la presión del gas se debe ocupar la ecuación del gas ideal: P x V = n x R x T, donde la temperatura debe estar en grados Kelvin y R es la constante de los gases. P x 4 = 1 x 0,082 x 293 P = 24 / 4 P = 6 atm

3. ¿Cuál de los siguientes gráficos representa mejor el proceso de la reacción en que A es Na2 CO3, B es HCl y C es CO2?

Na2 CO3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H2O

m

tiempo

A

B

C

0

A)

m

tiempo

AB

C

0

B)

m

tiempo

A

C

0

B

C)

m

tiempo

AB

C

0

D)

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3EjErcicios

m

tiempo

A

C

0

B

E)

Alternativa: D.Habilidad: Análisis.Defensa: En la reacción A y B corresponden a los reactantes (Na2CO3 y HCl respectivamente), en tanto C, es un producto. El grafico que representa la ecuación es el D, pues a medida que los reactantes desaparecen (A y B), aparece el producto (C), a medida que transcurre el tiempo.

4. El gas amoníaco, cuya fórmula es NH3, tiene una masa molar igual a 17 g/mol. ¿Cuál o cuáles de las siguientes cantidades puede(n) considerarse equivalente(s) a un mol de amoníaco?

I) 17 g de NH3.

II) 22,4 litros (condiciones normales) del gas. III) 6,02 x 1023 moléculas de amoníaco.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III

Alternativa: E.Habilidad: Comprensión.Defensa: El mol está relacionado con el número de Avogadro, con el volumen (cuando la entidad es gas en C.N.P.T.) y con la masa de un átomo, ión o compuesto, haciendo posible relacionarlas entre si. Si la masa molar del amoniaco es 17 g/mol, esto significa que:un mol de amoniaco = 17 gramos, un mol de amoniaco = 6,02 x 1023 moléculas yun mol de amoniaco gaseoso C.N.P.T = 22,4 litros.

5. ¿Cuántos gramos de CuS (MM 95,5 g/mol) se formarán a partir de 10 g de cobre (MAT 63,5 g/mol)?

Cu + S CuS

A) 10

95,9

B) 10 · 63,595,5

C) 95,5 · 10

D) 63,5 · 95,5

10

E) 10 · 95,563,5

94 95

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EjErcicios


1. Un mol de agua (H2O) implica (MM H2O = 18 g/ mol):

I) 18 g de agua. II) 3 átomos (2 de H y 1 de O). III) 6,02 x 1023 moléculas de agua.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) I, II y III

2. Tres moles de H2S (g) en C.N.P.T. equivalen a: (MM H2S = 34 g/mol)

A) 22,4 l ; 102 g ; 3 moléculas. B) 44,8 l ; 102 g ; 3 moléculas. C) 67,2 l ; 34 g ; 3 · 6,02 x 1023 moléculas. D) 67,2 l ; 96 g ; 6,02 x 1023 moléculas. E) 67,2 l ;102 g ; 3 · 6,02 x1023 moléculas.

3. ¿Cuántos litros de O2 se obtienen, en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm; O °C), al descomponer térmicamente 2,8 g de KClO3 (M.AT K = 39 g/mol M.AT Cl = 35,5 g/mol, M.AT O. = 16 g/mol) en la reacción?

2KClO3 (s) → 2KCl (s) + 3O2 (g)

A) 0,768 litros B) 7,680 litros C) 8,768 litros D) 76,800 litros E) 95,40 litros

4. ¿Cuántos moles de cobre (M.AT Cu = 63,5 g/mol) están contenidos en 95,4 g de este metal?

A) 1,50 mol B) 6,35 mol C) 9,54 mol D) 63,50 mol E) 95,40 mol

5. Usted dispone de CO2 (g) y O2 (g) en condiciones normales de presión y temperatura, y ambos ocu-pan el mismo volumen: 22,4 L.

Como conclusión de lo anterior, se podría afirmar que en los 22,4 L. de cada uno de los gases se tiene

I) la misma masa. II) el mismo número de moles. III) el mismo número de átomos.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo II y III E) I, II y III


1DComprensión

2EAplicación

3AAplicación

4AAplicación

5BComprensión


96 MT

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DISOLUCIONESCapítulo 4


Reconocer soluto de disolvente.

Identificar expresiones usadas en disoluciones.

Comprender el significado de la solubilidad.

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capí

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4Disoluciones

1. Disoluciones

Un aspecto muy importante para el análisis químico, está relacionado con el concepto de disolución.En general, una disolución nos indica la relación entre dos componentes: el soluto y el disolvente. El soluto será aquel que esté en menor proporción. El disolvente será el que esté en mayor proporción y es el que disuelve al soluto.

1.1. Características de las disoluciones

- Una disolución es una mezcla homogénea de dos o más sustancias.- No debe existir reacción entre el soluto y el disolvente, es decir, no se deben crear nuevos compuestos. - El soluto y el disolvente deben co-existir en una misma fase. Por fase entenderemos el estado de la materia en que se encuentran ambos componentes. Luego, se

distinguen tres fases: sólida, líquida o gaseosa.- El soluto y el disolvente no deben separarse por procesos físicos, como por ejemplo, decantación o

centrifugación.

1.1.1 Clasificación de las disoluciones según la polaridad del disolvente

• Disoluciones iónicas: Son aquellas en que el soluto es un electrolito y el disolvente es polar, constituyendo una mezcla conductora de electricidad por la formación de iones en el seno de la disolución.

Ejemplo:sal + agua (NaCl + H2O → H2O + Na+ + Cl–)

• Disoluciones moleculares: Se forman entre aquellas sustancias no electrolitos y solventes apolares, las moléculas del soluto no se disocian y están rodeadas por el disolvente.

• Disoluciones acuosas: Son disoluciones donde el disolvente es agua.

1.1.2 Clasificación de las disoluciones según el número de componentes

• Binarias (dos componentes)• Ternarias (tres componentes)

1.1.3 Clasificación de las disoluciones según la fase en la que se encuentra el disolvente

• Estado gaseoso: Gas – Gas : Atmósfera Líquido – Gas : Aire húmedo Sólido – Gas : Polvo en aire

Las disoluciones donde el disolvente es agua, reciben el nombre de disoluciones acuosas. Por esta razón, el agua recibe el nombre de disolvente universal, independientemente de su cantidad en la disolución.

La unión que se forma entre el soluto y el disolvente en una disolución líquida es la causa de que

se experimente variación del volumen durante el proceso de disolución.

98 99

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Capítulo 4 Disoluciones

• Estado líquido: Gas – Líquido : CO2 en bebidas gaseosas Líquido – Líquido : Alcohol en agua Sólido – Líquido : Azúcar en agua

• Estado sólido: Gas – Sólido : Hidrógeno en platino Líquido – Sólido : Mercurio en cobre Sólido – Sólido : Aleación de oro–plata, bronce

Disolución Disolvente Soluto Ejemplo Composición

Gaseosa Gas Gas Aire Gases disueltos en nitrógeno

Líquida Líquido Gas Bebida gaseosa CO2 en disolución acuosa

Líquida Líquido Líquido Vinagre Ácido acético en agua

Líquida Líquido Sólido Océanos Sales en agua

Sólida Sólido Líquido Amalgama Mercurio en plata

Sólida Sólido Sólido Bronce Estaño en Cobre

Otras mezclas, que poseen características diferentes a las disoluciones son las suspensiones y los coloides.

1.2. Suspensiones Son mezclas que poseen partículas mayores que 10-3 mm de diámetro, por ello son visibles al microscopio. Dichas partículas son atraídas por la fuerza de gravedad sedimentando y, por consiguiente, tienden a separarse del disolvente. Mientras mayores sean las partículas, mayor será la velocidad de sedimentación.

Ejemplo: la sangre (elementos figurados en el plasma), la mezcla entre arena y agua, algunos medicamentos (jarabes), refrescos elaborados con frutas naturales y algunas pinturas vinílicas.

Analizando la estabilidad entre los componentes que forman la mezcla, es decir, el tiempo que tienden a estar unidos, se tiene que:

Disolución > Suspensión

1.3. Coloides

Sistema compuesto por dos fases: una continua, normalmente fluida, y otra dispersa en forma de partículas; por lo general sólidas, de tamaño ínfimo. Luego, se trata de partículas que no son apreciables a simple vista, sin embargo, son mucho más grandes que cualquier molécula.

En general, un coloide por excelencia es aquel en el que la fase continua es un líquido y la fase dispersa son partículas sólidas. Sin embargo, pueden encontrarse coloides cuyos componentes se presentan en otros estados de agregación.

Algunos ejemplos de coloides son: espuma, aerosol líquido, emulsión.

100 101

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42. Expresiones en disoluciones

2.1 Porcentaje masa masa (% m/m)

Es la masa de soluto que está contenida en 100 g de disolución.

% m/m = g soluto → 100 g de disolución

Es posible expresar el % m/m mediante una fórmula:

% m/m = Masa de soluto · 100

Masa de soluto + Masa disolvente

Ejemplo 1

Se disuelven 12 g de cloruro de sodio (NaCl) en 200 g de agua. Calcule el % m/m del NaCl.

Respuesta:

Soluto: 12 g Na ClDisolvente: 200 g H2O

% m/m = 12 · 10012 + 200

= 1200212

% m/m = 5,66

Ejemplo 2

Se tiene una disolución de AlCl3 al 30% m/m. Determine los gramos de soluto y de disolvente presentes en la disolución.

Respuesta:

Si una disolución se encuentra al 30% m/m, significa que presenta 30 gramos de soluto en 100 gramos de disolución. Por lo tanto,

Disolución = Soluto + Disolvente100 g 30 g 70 g

2.2 Porcentaje masa volumen (% m/v)

Es la masa de soluto que se encuentra en 100 mL de disolución

% m/v = g soluto → 100 mL disolución

% m/v = Masa soluto · 100Volumen disolución

Proceso físico es aquél en el que no cambia la estructura

interna de las sustancias. Por ejemplo: la filtración, la fusión y la evaporación.

Proceso químico es aquél en el que cambia la estructura interna de las sustancias. Por ejemplo: la combustión.

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Ejemplo 1

Se disuelven 13 g de cloruro de aluminio en 215 mL de disolución. Calcular el porcentaje peso volumen de la sal.

Respuesta:

% m/v = 13 · 100

215

% m/v = 6,04

Ejemplo 2

Determinar el % m/v de una disolución que presenta 65 g de CuSO4 (sulfato cúprico) disueltos en 170 mL de disolución.

Respuesta:

% m/v = 65 · 100

170

% m/v = 38,23

2.3 Porcentaje volumen volumen (% v/v)

Es el volumen de soluto que se encuentra en 100 mL de disolución. Recordemos que los volúmenes no son aditivos, es decir, no deben ser sumados (sólo podemos hacerlo cuando las densidades sean iguales).

% v/v = mL soluto → 100 mL disolución

% v/v = Volumen soluto · 100Volumen disolución

Ejemplo 1

Se disuelven 40 mL de alcohol en agua, resultando 200 mL de disolución. Calcular el porcentaje volumen volumen de la disolución hidroalcohólica.

Respuesta: % v/v =

40 · 100200

% v/v = 20

2.4 Molaridad (M)

Es la cantidad de moles de soluto que se encuentran en un litro de disolución. Se expresa en mol/L

M = gramos soluto

MM soluto · volumen disolución (L)

Ejemplo 1

Se disuelven 40 g de NaOH en agua hasta completar 400 mL de disolución. La MM del NaOH es de 40 g/mol. Calcular la molaridad del hidróxido de sodio.

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4Resolución

Aplicando la relación anterior:

M = 40

40 · 0,4

M = 2,5 Molar

Otra manera de obtener el resultado, es la siguiente:

a) se calculan los gramos de soluto disueltos en 1000 mL de disolución.

X g soluto → 1000 mL disolución40 g soluto → 400 mL disolución

X = 40 · 1000

400

x = 100 g soluto

b) Se calcula la molaridad. M =

10040

M = 2,5 molar

Ejemplo 2

¿Cuántos gramos de cloruro de sodio están disueltos en 200 mL de disolución cuya molaridad es 0.5 M?MM NaCl = 58 g/mol.

Respuesta:

M = g soluto M. molar x Volumen (L)

,

0,5 =

X g soluto 58 x 0,2 ,

X = 5,8 gramos de NaCl disueltos en 200 mL

Ejemplo 3

Calcular la molaridad del bicarbonato de sodio, si 40 g de la sal están disueltas en un volumen de 245 mL. La MM de NaHCO3 es 84 g/mol.

Respuesta: M = grs

MM • volumen (L) , M = 40

84 • 0,245

M = 40

20,58

M = 1,94 molar

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2.5 Molalidad (m)

Es la cantidad de moles de soluto que están disueltos en 1000 g (1 kg) de disolvente. Se expresa en mol/kg.

m = gramos soluto

MM soluto · kg disolvente

Ejemplo

Se disuelven 20 g de K2SO4 en 200 g de agua. Calcular su molalidad (m).

La masa molar del sulfato de potasio es de 174 g/mol.

Respuesta:

m = 20

174 · 0,2

m = 0,574 molal

Otra forma de obtener el resultado es:

a) Calcular los gramos de soluto disueltos en 1000 g de disolvente.

X g soluto → 1000 g disolvente 20 g soluto → 200 g disolvente

X = 20 · 1000200

x = 100 g soluto

b) Cálculo de molalidad

m = 100174

m = 0,574 molal

Lo que implica que la disolución es 0,574 molal.

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42.6 Partes por millón (ppm)

Se define como los miligramos de soluto disueltos en 1000 g ó 1 kilogramo de disolución.

X mg soluto → 1000 g disolución Nota: 1 g = 1000 mg

Ejemplo

Calcular la concentración, en ppm, de una disolución que contiene 0,85 g de KNO3 disueltos en 670 g de solución.

Respuesta:

a) 1 g → 1000 mg 0,85 g → X mg X= 850 mg

b) X mg KNO3 → 1000 g disolución 850 mg KNO3 → 670 g disolución

X =850 mg KNO3 · 1000 g disolución

670 g disolución

X = 1268,65 ppm

2.7 Fracción molar (Xn)

Es la cantidad de moles de soluto y de disolvente, respectivamente, que hay presente en una cierta cantidad de moles de disolución.

Xsoluto = (n) moles soluto

(n) moles disolución Xdisolvente =

(n) moles disolvente(n) moles disolución

En general, se cumple que:Xn = X soluto + X disolvente =1

Ejemplo

Se disuelven 30 g de KNO3 en 500 g de agua. Calcular la fracción molar del soluto y del disolvente. MM KNO3 = 101 g/mol y MM agua = 18 g/mol.

Respuesta:

Moles KNO3 = g KNO3

MM KNO3

Moles KNO3 = 30101

n = 0.2970 moles KNO3

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Moles (n) H2O = 50018

Moles (n) H2O = g H2O

MM H2O

n = 27,77 moles H2O

Luego, las fracciones molares de la sal y el agua:

X (fracción molar) KNO3 = 0,297

0,297 + 27,77 = 0,0106

X (fracción molar) H2O = 27,77

0,297 + 27,77 = 0,9894

3. Relaciones entre las expresiones que informan sobre una disolución

3.1 Molaridad en función de porcentaje masa masa

Se puede determinar la molaridad de una disolución, conociendo el porcentaje masa masa de ella, mediante la siguiente relación.

M = % m/m · densidad disolución (ρ) · 10MM soluto

Ejemplo

Establecer la molaridad de NaOH si la densidad de la disolución es 0.9 g/mL. El porcentaje masa masa de NaOH en la disolución es 20%. La masa molar del NaOH es 40 g/mol.

M NaOH = % m/m NaOH · densidad disolución (ρ) · 10MM soluto NaOH

M NaOH = 20 · 0,9 · 10

40

M NaOH = 4,5 M

3.2 Molalidad en función de porcentaje masa masa

Molalidad (m) = % m/m · 1000MM soluto · (100 – % m/m)

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4Ejemplo

¿Qué molalidad (m) tiene una disolución si su porcentaje masa masa es 20%, sabiendo que la masa molar del soluto es 24 g/mol?

Ocupando la expresión anterior:

Molalidad = 20 · 100024 · (100 – 20)

Molalidad = 10,41 molal

3.3 Porcentaje masa volumen en función de porcentaje masa masa

% m/v = % m/m · densidad (ρ)

Ejemplo

Calcular el porcentaje masa volumen, si la densidad de la disolución es 0.9 g/mL y presenta un porcentaje masa masa de 20%.

Empleando la expresión anterior:

% masa volumen = 20 · 0.9 g/mL = 18 g/mL

% masa volumen = 18 % m/v

4. Mezclas y diluciones

4.1 Mezclas

La mezcla de disoluciones nos va a permitir observar los cambios que ocurren entre éstas. Supondremos que ambas disoluciones son distintas y que no dan origen a un compuesto nuevo. Presentemos algunas observaciones previas:

- Recordemos que los volúmenes no son aditivos (no se pueden sumar, salvo que tengan igual densidad).- Podemos hacer adición sólo con masas y cantidad de sustancia.- La disolución final tendrá una mayor cantidad de sustancia y una mayor masa.- La densidad de la disolución final será distinta de las disoluciones progenitoras.

Mezcla Tamaño de las partículas Técnica de separación adecuada Apariencia

Suspensiones

Coloides

Disoluciones

Filtración o centrifugación

Extracción

Destilación

> 10-3 mm

10-3 mm - 10-6 mm

<10-6 mm

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4.2 Dilución de una disolución

El término dilución implica hacer menos concentrada una disolución.

Si mantenemos la cantidad de moles constante en una disolución, podremos afirmar que:

- Un aumento del volumen implica una disminución de la concentración.- Una disminución del volumen implica un aumento de la concentración.

La expresión que nos da cuenta de esta variación es la siguiente:

C1 · V1 = C2 · V2

Donde los subíndices 1 y 2 indican situación inicial y final, respectivamente.

Veamos un ejemplo

Calcular la concentración final, de una disolución que tiene una concentración inicial de 0,3 M en un volumen de 150 mL a la que se le agrega agua hasta completar un volumen de 600 mL.Respuesta:

C1 = 0.3 M C2 = ¿ ? V1 = 150 mL V2 = 600 mL

C2 = C1 · V1

V2

C2 = 0,3 M · 150 mL600 mL

C2 = 0.075 M

Se observa que un aumento del volumen disminuye la concentración, lo que es correcto respecto a observaciones hechas anteriormente.

5. Solubilidad

En este capítulo, abordaremos la formación de compuestos que en un disolvente no se disuelven completamente. El término que nos permitirá explicar tal suceso es la solubilidad.

La solubilidad es la masa máxima de soluto que puede ser disuelta en una masa de disolvente.

Vamos a distinguir tres casos:

El azufre y las limaduras de hierro forman una mezcla heterogénea, que puede separarse fácilmente con ayuda de un imán. Si se calienta, los mismos componentes, hierro y azufre, pueden reaccionar entre sí dando lugar a un compuesto. Entonces ya no se trata de una mezcla sino de una sustancia pura.

Sabías que...

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41. Cuando el disolvente puede seguir disolviendo al soluto, se dice que la disolución está insaturada.

2. Cuando el disolvente no puede disolver más al soluto, se dice que la disolución está saturada (se llega a un máximo).

3. Cuando el disolvente es forzado a disolver una gran cantidad de soluto, se dice que la disolución está sobresaturada.

El primer caso es una situación estable, el segundo medianamente estable y la última situación es inestable.

Las unidades que se usan para expresar solubilidad son g y mL (unidades de masa y volumen). Esto quiere decir que en un cierto volumen de disolvente habrá disuelta una masa determinada de soluto. Sin embargo, la solubilidad no debiera llevar unidades dado que se usa la dimensión de masa para disolvente y para soluto. Luego, la solubilidad es adimensional.

Veamos un ejemplo:

Calcular la solubilidad de KNO3 si se han disuelto, como máximo, 35 g de sal en 100 mL de agua, a una temperatura de 35 °C.

Solución: S KNO3 = m KNO3 / V S KNO3 = 35 g / 100 mL S KNO3 = 0.35 g/mL

Esto significa que en 100 mL de agua se disolverán como máximo 35 g. Luego, la disolución está saturada. Si hubiera 30 g, la disolución estará insaturada y si hubiera 38 g, estará sobresaturada.

Utilizando la densidad del agua (1 g/mL), tenemos:

v = 100 mL · 1 gmL

= 100 g disolvente

S KNO3 = m KNO3 / m disolvente S KNO3 = 35 g / 100 g S KNO3 = 0.35 Este valor puede llevarse a porcentaje, entonces:

0.35 x 100% = 35%

Lo que nos informa que sólo un 35% del KNO3 estará disuelto en la masa de disolvente que se indique.

Para el Pb(NO3)2 , a 20 ºC, la masa máxima que se disuelve es 50 g en 100 g de disolvente. Por lo tanto, la solubilidad es 0,5 o 50% .

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6. Factores de solubilidad

Los factores son las variantes en el proceso que pueden modificar la solubilidad de un soluto en un disolvente determinado.

En este caso, los factores que intervienen en la solubilidad son:

- Temperatura- Naturaleza química- Presión

6.1 Temperatura

Si el disolvente es líquido y el soluto es sólido, un incremento de la temperatura hará que aumente la solubilidad del soluto. Si hay disminución de la temperatura habrá una menor masa por disolver. Esto se puede explicar a través del estado del líquido. A medida que aumenta la temperatura, el disolvente pasará al estado gaseoso y si disminuye, pasará al estado sólido, dificultando o permitiendo la solubilidad del soluto.

Si el disolvente es líquido y el soluto es gas, un incremento de la temperatura hará que disminuya la solubilidad. Puesto que el soluto escapará de la disolución. Por el contrario, una disminución de temperatura, hará que aumente la solubilidad de la disolución.

Si el disolvente es líquido y el soluto es líquido, un incremento de la temperatura hará que aumente la solubilidad. Sin embargo, en este caso, la gran mayoría de las disoluciones tiene una solubilidad muy grande sin siquiera una variación de la temperatura.

6.2 Naturaleza química

Si el soluto es un electrolito, éste tendrá una mejor solubilidad en un disolvente polar.

Si el soluto es un no electrolito, éste tendrá una mejor solubilidad en un disolvente apolar.

En general, si el soluto no está en un disolvente de iguales características su solubilidad se verá afectada, in-cluso no podría ser disuelto.

6.3 Presión

La presión influye en aquellas disoluciones en donde el soluto o disolvente es gas, principalmente.

Si hay un aumento de presión, el volumen disminuirá y la solubilidad del compuesto aumentará; en caso contrario decrecerá.

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47. Características de las disoluciones en solubilidad

Para nuestro estudio el disolvente será líquido (agua) y el soluto será sólido (una sal ternaria o binaria). El so-luto será disuelto en el disolvente obteniéndose tres tipos de disoluciones.

7.1 Disolución total

Se produce cuando, a simple vista, se ve una sola fase (líquida). Esto quiere decir que el disolvente fue capaz de disolver completamente al soluto. El soluto es muy soluble en dicho disolvente.

7.2 Disolución parcial

A simple vista, se ve un residuo en el fondo del recipiente que lo contiene. Esto significa que hay dos fases (líquida y sólida). En consecuencia, el disolvente no disuelve todo el soluto, sólo una parte de él. El soluto es parcialmente soluble en dicho disolvente.

7.3 Disolución no total

En este caso vemos, que el disolvente no ha disuelto al soluto. Se dice que el soluto no es soluble para ese disolvente o insoluble.

7.4 Reglas de solubilidad

1. Todas las sales de Na+, K+ y NH4+ son solubles.

2. Todos los NO3-, NO2

-, ClO4-, ClO3

-, MnO4-, Cr2O7

-2 y CH3COO- son solubles (el CH3COOAg es poco soluble).

3. Todos los Cl, Br, I y SCN son solubles, excepto los de Pb+2 , Ag+, Hg+2 (PbCl2 es soluble en agua caliente).

4. Todos los sulfatos (SO4-2) son solubles excepto los de Ba+2, Sr+2 y Pb+2 (los de Ag+, Hg+2 y Ca+2 son un

poco solubles).

5. Todos los O-2, S-2 y OH- son insolubles excepto los de Na+, K+, NH4+, Ca+2, Ba+2 y Sr+2.

6. Todos los CO3-2, PO4

-3, SO3-2, AsO4

-3, AsO3-3 , BO3

-3, F- y SiO3-2 son insolubles excepto los de Na+, K+ y

NH4+.

7. Todos los C2O4-2 son insolubles excepto los de Na+, K+, NH4

+ y Fe+2 (MgC2O4 es un poco soluble).

8. Propiedades coligativas

El análisis químico de un líquido puro y de una disolución cuyo disolvente es ese líquido, revela que la presencia de un soluto no volátil provoca cambios en el comportamiento del líquido. Tales cambios reciben el nombre de propiedades coligativas.

Los cambios de comportamiento del disolvente provocados por la presencia de un soluto no volátil se deben únicamente al número de partículas dispersas y no dependen de la naturaleza del soluto.

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8.1 Presión de vapor (tonoscopía)

Es la propiedad coligativa que corresponde a la disminución de la presión de vapor de un líquido provocada por la presencia de un soluto no volátil.

Un ejemplo práctico que permite comprender el concepto de presión de vapor se puede realizar colocando un poco de cloroformo dentro de un vaso de precipitado y cubriendo el vaso con una campana de vidrio. Se puede observar que al cabo de un tiempo el nivel de cloroformo en el vaso baja y se estabiliza en un cierto punto.

El nivel de cloroformo disminuye porque, inicialmente, algunas moléculas tienen energía suficiente para pasar al estado de vapor. El vapor en el interior de la campana pasa a ejercer una presión, que es denominada presión de vapor. Algunas moléculas constituyentes del vapor chocan con la superficie del líquido, retornando a éste ya que se condensan. En el inicio, la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de condensación por lo cual el nivel de cloroformo en el vaso va bajando. A medida que la cantidad de vapor aumenta, la velocidad de evaporación va disminuyendo y la de condensación aumentando, hasta que se igualan. Cuando esto ocurre, se dice que fue alcanzado el equilibrio entre el líquido y el vapor (equilibrio dinámico).

Líquido Vapor Velocidad evaporación = Velocidad condensación

Una vez alcanzado este equilibrio, el nivel del cloroformo se estabiliza y a partir de este instante, el interior de la campana se encuentra saturado de vapor, que ahora ejerce la máxima presión de vapor posible. Dicha presión se ve incrementada por un aumento de la temperatura del sistema y depende de la naturaleza volátil del líquido, es decir, a mayor volatilidad mayor será la presión de vapor.

En el estudio de la presión de vapor o tonoscopía son muy importantes los trabajos de François Raoult (1830-1901). Este científico estudió la relación entre la presión de vapor del líquido en la disolución y la concentración de ésta, llegando a establecer la ley de Raoult, que dice que “La presión de vapor de un líquido como disolvente en una disolución es igual al producto de la presión de vapor de ese líquido puro (P0) dividido por los moles del líquido en disolución”.

La variación de la presión de vapor de una disolución se puede calcular según la relación:

ΔPP0

= Kt · 1000 · masa de solutomasa de disolvente · masa molar soluto

ó ΔPtP0

= Kt · m

Ejercicio

La presión máxima de vapor del agua pura, a 20 °C, es de 17,54 mm Hg (P0). Si se disuelven 36 g de glucosa (MM glucosa = 180 g/mol) en 500 g de agua (MM agua = 18 g/mol). ¿Cuál será el descenso absoluto de la presión de vapor de la disolución? (constante tonoscópica agua (Kt) = 0,018)

ΔPP0

= Kt · 1000 · masa de solutomasa de disolvente · Masa molar soluto

ΔP17,54

= 0,018 · 1000 · 36500 · 180

En una mezcla de gases, cada uno de ellos ejerce una presión, con independencia de los demás. Esta presión se denomina presión parcial.

Esta presión es la que ejercería el gas si se encontrara él solo ocupando todo el volumen de la mezcla y a la misma temperatura de ésta.

Sabías que...

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4 ΔP = 17,54 · 0,018 · 1000 · 36

500 · 180 ΔP = 0,126 mm Hg

8.2 Punto de ebullición (ebulloscopía)

Es la propiedad coligativa que corresponde a la elevación del punto de ebullición de un líquido provocada por la presencia de un soluto no volátil.

Un líquido entra en ebullición (hierve) cuando ocurre la formación de un gran número de burbujas de vapor que suben a la superficie. Esto sucede cuando la presión de vapor del líquido (P) es mayor que la presión atmosférica (P atm).

A nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 mm Hg (1 atm), por lo cual el agua hierve a 100 °C. A presiones menores, el agua entra en ebullición a temperaturas mas bajas. El fenómeno opuesto sucede cuando la presión aumenta por sobre la atmosférica, en el cual el agua hierve a temperaturas mayores a 100 °C. Esta propiedad es aprovechada en las ollas a presión, ya que en su interior existe una presión mayor que la atmosférica, por lo tanto, el agua va a hervir a mayor temperatura haciendo que los alimentos se cocinen más rápidamente.

Este hecho puede ser aplicado para otras sustancias, ya que cuanto más volátil sea el líquido, mayor será su presión de vapor y, por lo tanto, menor será su punto de ebullición.

Sustancia Presión de vapor (20° C) Punto de ebullición

Agua 17,54 mm Hg 100 °C

Alcohol etílico 43,9 mm Hg 78 °C

Acetona 184,8 mm Hg 55 °C

Éter etílico 442, 2 mm Hg 35 °C

Si se aumenta un soluto al líquido, la presión de vapor disminuye, aumentando, en consecuencia, la temperatura de ebullición del líquido.

La ebulloscopía también fue estudiada por Raoult (1830-1901). Sus investigaciones se centraron en la relación que existía entre el efecto ebulloscópico y la concentración de la disolución, llegando a concluir que “La elevación del punto de ebullición de un líquido, provocada por la presencia de un soluto no volátil, es directamente proporcional a la molalidad de la disolución”. ΔT (temp ebullición disolución - temp ebullición disolvente puro)

(T0) =KtE · 1000 · masa de soluto

masa de disolvente · masa molar soluto

ó ΔtE = KE · m

El efecto de la pre-sión se observa muy bien al destapar cualquier botella de una bebida gaseo-

sa. Estando la botella cerrada no se aprecian burbujas, pero después de abrirla aparecen burbujas por todo el líquido lo que indica que el gas no puede permanecer disuelto en esas condiciones y escapa a la at-mósfera.

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Ejercicio

Diez gramos de una sustancia, de masa molar 266 g/mol, fueron disueltos en 500 g de tetracloruro de carbono. ¿Cuál es la temperatura de ebullición de la disolución, bajo presión normal? (Datos relativos al tetracloruro de carbono: Constante ebulloscópica del tetracloruro de carbono (Ke) = 5,32; Temperatura de ebullición del tetracloruro = 77° C bajo presión normal).

t – t0 = Kt · 1000 · masa de solutomasa de disolvente · masa molar soluto

t – 77 = 5,32 · 1000 · 10500 · 266

t = 77 + 5,32 · 0,0751

t = 77,39 °C

8.3 Punto de congelación (crioscopía)

La crioscopia es una propiedad coligativa que indica el descenso del punto de congelación de un líquido, provocado por la presencia de un soluto no volátil.

La adición de un soluto disminuye la presión de vapor del líquido, en consecuencia, la temperatura de ebullición del líquido aumenta y la de congelación disminuye. Esta propiedad se aplica a los líquidos anticongelantes, utilizados comúnmente en los radiadores de los automóviles en climas muy fríos, la sustancia anticongelante que se utiliza es el etilenglicol que hace descender la temperatura de congelación del agua del radiador hasta aproximadamente -35°C.

Raoult (1830-1901) también estudió la relación entre el efecto crioscópico y la concentración de la disolución, enunciando otra ley. “El descenso de la temperatura de congelación de un líquido, provocada por la presencia de un soluto no volátil, es directamente proporcional a la molalidad de la disolución”.

ΔTc (Temp congelación disolvente puro (t0) - temp congelación disolución (t)) = Kc · 1000 · masa de soluto


ΔTc = Kc · m

Ejercicio

¿Cuál es la temperatura de congelación de una disolución conteniendo 8,9 g de antraceno (C14H10) en 256 g de benceno? (temperatura congelación del benceno puro = 5,42 °C, Kc benceno = 5,12, masa molar antraceno = 178 g/mol).

Temp congelación disolvente puro (t0) - temp congelación disolución (t) = Kc · 1000 · masa de soluto


5,42 - temp congelación disolución (t) = 5,12 · 1000 · 8,9256 · 178

5,42 - temp congelación disolución (t) = 5,12 · 0,195

temp congelación disolución (t) = 5,42 – 0,998

temp congelación disolución (t) = 4,42 °C

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4Punto triple del agua

Es un punto específico en que el agua puede existir simultáneamente bajo la forma de hielo, líquido y vapor de agua. Las condiciones de este triple estado se establecen bajo una presión de 4,579 mm Hg y de 0,0098 °C.

Volumen constante

Congelación

SólidoLíquidoFusión

Evaporación

Sublimación

Condensación

gas

Temperatura

Pres

ión

8.4 Presión osmótica (osmometría)

La presión osmótica es la presión que se debe ejercer sobre la disolución para impedir su dilución, cuando pasa un disolvente puro, a través de una membrana semipermeable.

Esta propiedad fue estudiada por el químico holandes Jacobus Van´t Hoff (1852-1911) quien llegó a la conclusión de que la ecuación de la presión osmótica es igual a la ecuación de los gases perfectos.

PV = nRT

en que P es la presión osmótica de la disolución, V el volumen de la disolución, n la cantidad de moles de soluto, R la constante general de los gases y T la temperatura absoluta de la disolución.

El efecto de la presión osmótica es utilizado en numerosas aplicaciones entre las cuales se pueden destacar la desalinización del agua de mar. Este proceso consiste en la remoción de la sal mediante la osmosis inversa, es decir, el agua hace el camino inverso al natural, por aplicación de una presión superior a la osmótica. Una de las dificultades de este proceso es la obtención de membranas semipermeables que resistan las altas presiones. Este tratamiento del agua de mar se realiza en regiones donde las fuentes de agua dulce son escasas, como en medio oriente.

Otra aplicación de la presión osmótica se da en la industria alimentaría, en la cual, la osmosis es empleada para producir charqui o carne salada, este producto se obtiene agregando sal gruesa sobre la carne fresca, puesto que la sal común tiene un gran efecto higroscópico, es decir, atrae el agua. Esta propiedad de la sal común (NaCl) permite la

La vaporización es el paso del estado líquido al gaseoso. Puede producirse de dos modos: por evaporación y por ebullición.- La evaporación es un proceso

lento que se produce a cualquier temperatura y sólo en la superficie del líquido.

- La ebullición es un proceso tumultuoso que afecta a toda la masa del líquido y se produce a una temperatura determinada, llamada temperatura de ebullición.

Sabías que...

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deshidratación de la carne por lo que se conserva durante mucho tiempo en buen estado, ya que al tener un bajo porcentaje de agua, no permite el desarrollo de microorganismos.

Como la presión osmótica depende de la concentración de la disolución, cuando dos disoluciones presentan la misma presión osmótica, se denominan isotónicas.

Ejercicio

Determine la presión osmótica, a 27 °C de 2 litros de una disolución acuosa que contiene 12 g de urea (masa molar urea = 60 g/mol) Datos: R = 0,082 atm L/K mol

PV = nRT

P = n · R · TV

T = 273 + 27 = 300 K

n = gMM soluto

= 1260

= 0,2 moles

P = 0,2 · 0,082 · 3002

= 2,46 atm

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4S

ínte

sis de

con

ten

ido

s

solutosolvente

Solucióndensidad

% m

/ m%

m / V

% V / V

Molalidad

Molaridad

Concentración com

ún

P.P.M.

Tonoscopía

Masa m

olar

Ebulloscopía

kg solvente

Crioscopía

Dilución

C1 V

1 = C

2 V2

Solubilidad

mg

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Actividades


Columna A Columna B

1. Masa _____ 7% m/m 2. Fracción molar _____ Molalidad3. Moles de soluto en 1000 mL disolución _____ mg soluto en 1000 g disolución4. g / MM _____ % m/m · δ5. % m/v _____ Moles6. ppm _____ Dilución7. C1 · V1 = C2 · V2 _____ δ · V8. 7 g de soluto en 100 g disolución _____ Molaridad9. Moles de soluto en 1000 g disolvente _____ Xn = XA +XB

2. Complete:

1. Si a la disolución se le resta el soluto quedará el _____________.

2. Si la disolución conduce la corriente eléctrica se denomina _____________.

3. Si se agregan 50 mL de alcohol a 200 mL de agua, el agua se comporta como _____________.

4. Si una disolución de NaCl en agua está al 5% m/v esto significa que hay _____________ de NaCl en __________ mL de disolución.

5. Si una disolución es 3 M esto significa que hay __________ moles de soluto por cada __________ mL de disolución.

6. Si una disolución es 0,5 molal esto quiere decir que hay __________ moles de soluto por cada _________ de disolvente.

7. Una disolución de NH3 tiene una concentración de 18,6% m/m y una densidad de 0,93 g/cc. Calcule: (MM NH3 = 17 g/mol.)

a. molalidad (m) : b. molaridad (M) :

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4EjErcicios


1. Para preparar 100 g de una solución acuosa de Yoduro de Potasio (KI) al 5% m/m hay que disolver 5 g de KI en:

A) 100 g de agua. B) 95 g de agua. C) 50 g de agua. D) 5g de agua. E) 100 cc de agua.

Alternativa: BHabilidad: ComprensiónDefensa: Una solución al 5% implica que hay 5 gramos de soluto (Kl) por cada 100 gramos de solución, teniendo en cuenta que se desea preparar 100 gramos de solución y aplicando la relación:

soluto + solvente = solución 5g + solvente = 100 g solvente = 100 - 5 solvente = 95 gramos de agua.

2. Para preparar 500 cc de una solución 1 M de NaOH (MM NaOH = 40 g/mol). ¿Cuántos gramos de NaOH se requieren?

A) 10 g B) 20 g C) 40 g D) 50 g E) 80 g

Alternativa: BHabilidad: ComprensiónDefensa: Una solución 1 M corresponde a 1 mol de so-luto (NaOH) por cada litro de solución, en este caso se desea preparar 500 cc, es decir, medio litro de solución. 1 mol NaOH → 1000 cc soluciónX mol NaOH → 500 cc solución X = 500 / 1000 X = 0,5 moles de NaOH se necesitan.Si la masa molar de NaOH es 40 g/mol, entonces: 40 g →1 mol Xg → 0,5 mol X = 20 gramos de NaOH

3. Una solución al 4% de m/v de NaOH (MM NaOH = 40 g/mol) tiene una concentración molar de

A) 0,1 M B) 0,4 M C) 1,0 M D) 2,0 M E) 4,0 M

Alternativa: CHabilidad: Aplicación.Defensa: Una solución al 4% m/v implica que hay 4 gramos de soluto (NaOH) por cada 100 mL. de solución, recordando que la molaridad es la cantidad de moles de soluto contenidos en un litro de solución. 4g NaOH → 100 mL solución Xg NaOH → 1000 mL solución X = 4000/100 X = 40 gramos de NaOH.Si la masa molar del NaOH es 40g/mol, entonces la con-centración molar de la solución es 1 molar.

4. ¿Cuántos gramos de soluto y de solvente están contenidos en una solución acuosa al 3% m/m de KOH?

A) 3 g de soluto y 100 g de solvente B) 3 g de soluto y 97 g de solvente C) 97 g de soluto y 3 g de solvente D) 3 g de soluto y 997 g de solvente E) 3 g de soluto y 1000 g de solvente

Alternativa: BHabilidad: Aplicación.Defensa: Una solución al 3 % m/m implica que hay 3 gramos de soluto (KOH) por cada 100 gramos de solu-ción, al aplicar la relación: soluto + solvente = solución 3 g + solvente = 100 g solvente = 100 – 3 solvente = 97 gramos.

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EjErcicios

2. Calcular la molaridad (M) de una sal si su masa es de 40 g en un volumen de 12 litros. (MM sal = 10 g/mol)

A) 0,03 M B) 0,33 M C) 3,33 M D) 33,3 M E) 333,3 M

3. Una solución tiene 10 g de soluto y 20 g de solvente. Si el peso molecular del soluto es de 100 g/mol y la masa molar del solvente es 100 g/mol, calcular la fracción molar del soluto y solvente.

A) 0,33 y 0,67 B) 0,1 y 0,9 C) 0,2 y 0,8 D) 0,3 y 07 E) 0,67 y 0,33

4. De la unión de los siguientes iones que se encuentran en soluciones acuosas:

Cationes Aniones

Ba+2 OH-

Ca+2 CO32-

Al+3 SO42-

No es posible encontrar:

A) BaSO4 B) Al(OH)3 C) CaCO3 D) Ba (OH)2 E) CO3 (OH)2

5. ¿Cuál es la molalidad (m) de una solución que contiene 20 g de KNO3 en 0,6 Kg de solvente? (MM KNO3 = 101 g/mol)

A) 0,198 m B) 0,33 m C) 1,98 m D) 3,30 m E) 10,10 m

Alternativa: B.Habilidad: Aplicación.Defensa: La molalidad es la cantidad de moles de soluto que se encuentran disueltos en un kilo de solvente. 20 g KNO3 → 0,6 Kg solvente X g KNO3 → 1 Kg solvente X = 20/0,6 X = 33,3 g de KNO3Si la masa molar del KNO3 es 101 g/mol, entonces: 101 g → 1 mol 33,3 g → X mol X = 33,3/101 X = 0,33 moles de KNO3

La solución presenta una concentración 0,33 molal.


1. Se tiene 800 mL de una solución 2,5 M de HNO3 y se diluye a 3.600 mL de solución total. ¿Cuál es la molaridad de la solución resultante?

A) 0,55 M B) 0,80 M C) 2,00 M D) 3,60 M E) 5,50 M

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capí

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4EjErcicios

5. ¿Cuál de los siguientes tipos de agua corresponde a una sustancia pura?

A) Agua de mar B) Aguas termales C) Agua destilada D) Agua potable E) Agua mineral


1AAplicación

2BAplicación

3AAplicación

4EAnálisis

5CReconocimiento


química ambiental

capítulo 5


Conocer los diversos ciclos de nutrientes.

Reconocer contaminantes físicos y químicos y sus implicancias.

Valorar el cuidado por el Medio Ambiente.

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5

1. Flujo de materia y energía en el ecosistema

En un ecosistema se pueden distinguir cinco etapas fundamentales dentro del flujo de materia y energía que en él se desarrolla:

• Incorporacióndeenergíaycompuestosinorgánicos.• Creacióndemateriaorgánicaapartirdelamateriamineralydelaenergía(plantasverdes).• Consumodeestamateriaorgánicaporaquellosseresvivosincapacesdeproducirla(herbívorosycarnívoros).• Desintegracióndelamateriaorgánicahastallevarlanuevamentealestadodecompuestosinorgánicos.• Transformacióndeestoscomponentesinorgánicosenotroscompuestosmineralesquepuedanser

aprovechadosporlosproductoresdemateriaorgánica.

Enunecosistemalamateriaesutilizadaunayotravezenformacíclica(ciclosdenutrientes).Encambio,laenergíaesempleadaunavez.Éstasepierdealolargodelasetapasseñaladasanteriormenteenformadecalorotrabajoy,porlotanto,nopuedevolveraserutilizada,necesitándose,enconsecuencia,unnuevoaportedeella. La energía queprovienedel sol es captadapor losorganismos fotosintéticos y, a partir de ellos, pasa a los restantesorganismosquecomponenunacadenaalimenticia,formándoseunaespeciedecorrientequerecibeelnombredeflujodeenergía.

Química ambiental

En un ecosistema la materia es utilizada una y otra vez en forma cíclica (Ciclos de nutrientes). En cambio, la energía es empleada una vez. Ésta se pierde a lo largo de las etapas señaladas anteriormente en forma de calor o trabajo y, por lo tanto, no puede volver a ser utilizada, necesitándose, en consecuencia, un nuevo aporte de ella.

Descomponedores

Productores(autótrofos)

Consumidores I(herbívoros)

Consumidores II(carnívoros)

Consumidores III(carnívoros)

caloraporte energético(luzsolar)

Flujo de energía

3Recepciónde energía

Productores demateria orgánica consumidores

transformadores

21

Luz

salesminerales

CarnívorosBacterías y

Hongos

Plantas Verdes Herbívoros

Bacterías

5

desintegradores

compuestosinorgánicos

4

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Capítulo 5 Química ambiental

1.1 Ciclos de los nutrientes

Laenergíaquelosseresvivosincorporanasusorganis-mosatravésdelanutricióndebeserliberadaenparte,conelfindeserutilizadaporellos.

Eldesprendimientodelaenergía,ocurreenelinteriordelacélulasdelorganismo,enpresenciadeloxígeno.Esteproceso,comúnatodoserviviente,sedenominacom-bustiónuoxidacióndelosalimentos.

A través de las cadenas alimenticias no sólo circula laenergía sino también, lamateria. Estamateria describeciclosensurecorrido,esdecir,unoscircuitosqueafectantantoalosseresvivoscomoaloscomponentesnovivosdelabiosfera.Porestarazón,sedenominanCiclos de Nutrientes.

1.1.1 Ciclo del agua

Elaguaes indispensablepara losseresvivos.Sibienelcomponentehídricodelosorganismosesvariable,estásiempredentrodeunosporcentajeselevados.

Si,porfaltadesuministro,lacantidaddeaguadeunacéluladisminuyepordebajodelnivelmedio,aumentaelpeligrodemuertepordeshidratación.Porello,elciclodelaguaesunodelosmásimportantesyeselúnicoqueseproduceexclusivamenteaniveldecompuestos.

O3

O2CO2

Oxidacióndeminerales

Utilización de O2

Liberación de O2

Absorción de CO2

Liberación de CO2

Las vías de intercambio de agua entre la atmósfera y la superficie de la Tierra son las precipitaciones y laevaporación.Lasprecipitacionessonenformadelluviaodenieve,loquedependedelatemperaturaambiental.Elaguacaídasobrelasuperficieterrestresereúneencorrientesdemayoromenorcaucequecirculanhacialasgrandesconcentracionesacuosas,comolosonlosmares,lagosyocéanos.

Duranteesterecorridociertacantidaddeaguaseevaporahacialaatmósferayotracantidadestomadaporlosorganismosvivos(animalesyvegetales),losquelaincorporanasuestructuraorgánica.Enlosvegetaleselagua

evaporacióncombustión

lluvia ácida

CORH

SO2 H2OH2O

HNO2

H2SO4

Radical libre O

Radical libre OH

PeróxidosHO2RO2

Troposfera

EstratosferaRadiaciónUVRadiaciónUV

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5esunproductoindispensableparalasíntesisdehidratosdecarbono.Además,todoslosorganismosprecisanciertacantidaddeaguapara llevaracaboprocesosquímicosvitales,por lo tanto,elaguaes indispensableenlosseresvivosnosóloanivelestructuralsinotambiénparahacerposibles lasreaccionesdesíntesisdenuevamateriaviva.Lasvíasdesalidadelaguadel ciclo, tantoen losvegetalescomoen losanimales, sonla transpiración y respiración en las plantas, en tanto los animales eliminan agua mediante la excreción,transpiraciónylarespiración.

1.1.2 Ciclo del carbono

Elmundo orgánico también ha sido llamadoelmundodelcarbono,yaqueesteelementoes uno de los componentes fundamentales de lamateria viva. Se puede considerar que losvegetales verdes desencadenan el ciclo delcarbono,yaquesonelenlaceentreelmundoorgánico y el inorgánico. Ellos transforman

el carbonodel anhídridocarbónico (CO2) en

hidratos de carbono (C6H12O6), compuestosqueformanpartedelorganismohumanoyleproporcionanenergía.

Losconsumidoresdeprimerorden(Herbívoros)incorporan a su organismo el carbonofijadoen las plantas. Para ello, realizan el procesode ladigestióndelalimento.Comoproducto

dedesechoquedaanhídridocarbónico(CO2),que es expulsado a la atmósfera durante elprocesodelarespiración.

Además,cuandolasplantasverdesrespirantambiénexpulsananhídridodecarbonocomoproductodedesecho.Almorir los seres vivos sus organismos son atacados químicamente por los descomponedores (hongos ybacterias)ydeestaformarestituyenelcarbonoalsueloenproductostalescomocarbón,madera,gasnaturalypetróleo.

Atmósfera

Biomasa vegetal

y animal

Detritos/materia orgánicadel suelo

Fotosíntesis

AtmósferaCO2

CO2

Respiración

Biomasa

CO2

Respiración

Hojarasca

DescomposiciónMateria orgánica

Animales

CO2

Resp

iración

Condensación

Vapor de aguaPrecipitaciones

Transpiración

Infiltración

Evaporación

A causa del efecto invernadero, la velocidadde deshielo de glaciares yzonas costeras de los polos haaumentadoenlosúltimos20 años, provocando unaumento en los volúmenesde agua precipitada como lluvia o hielo, causandoinundaciones.

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1.1.3 Ciclo del nitrógeno

ElNitrógenopresenteen laatmósferaseencuentraenestadogaseoso(N2).Sinembargo,endichoestado,lagranmayoríade los seresvivosnopuedenutilizarlo.Por lo tanto, esnecesariauna transformación.Losconsumidoresdeprimerorden(herbívoros)ysegundoorden(carnívoros)obtienenesteproductodelalimentoqueingieren,yaqueloscompuestosnitrogenadosestánpresentesenlasverduras,carnesygranos.

Losnitratosson la fuentemáscomúndenitrógeno.Losvegetales losutilizancomonutrientemineralquetomandelsuelo,paratransformarlosposteriormenteenotroscompuestosnitrogenados,talescomoproteínas

yaminoácidos.Lafijacióndelnitrógenoatmosférico (N2)anitrato (NO3–) se realizagraciasaungrupode

microorganismosdenominadosfijadoresdenitrógeno,formadoprincipalmenteporbacteriasyalgas.

EstasbacteriassondelgéneroRhizobium,lascualeshabitanennódulosenlasraícesdelasplantasleguminosas(fréjol,alfalfa,maní,trébol,etc.).Alinteriordelnóduloestasbacteriasrealizanlatransformaciónbioquímicadel

nitrógenogaseosoylotransformanensalesdenitrato(NO3–),compuestoquepuedeserfácilmenteabsorbido

porlosvegetales.

Por esto las leguminosas pueden ser plantadas en suelosmarginales (empobrecidos de nutrientes) con elpropósitodeaumentarlafertilidaddeesesuelo.

Elnitrógenoesnuevamente incorporadoalambientemediante losdesechosorgánicos(fecasyorina)ypordescomposicióndeplantasyanimales,enelcual,graciasalosdescomponedores,sonliberadosaminoácidos,

amoniaco(NH3)yácidoúricoparasernuevamenteincorporadosalciclo.

orina

acciónvolcánica

plantas y tejidos animales

aminoácidosyresiduosorgánicos

amonificación

amonio o amoníaco

nitrificación

nitritos

nitratos

agua del suelo

pérdida a los sedimentos profundos

plancton peces marinos

desnitrificaciónfijación de nitrógenos

nitrógenoatmósfericoasimilación

plantas terrestres (síntesisde

aminoácidos)

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51.1.4 Ciclo del fósforo

Los fosfatos (PO4-3) del suelo se

disuelvenyseincorporanalasplantasatravésdelasraíces.Luego,lasplantasson consumidas por los animales,donde desempeñan un importantepapel en la formación del esqueleto,junto con el calcio. Al morir losanimales,susesqueletosenriquecidoscon los fosfatos, se incorporande nuevo al suelo, formando asídepósitos de este elemento. Estosrestos de animales llegan tambiéncomo sedimentos al fondo del mar,desdedondeelfósforopasaalospecesy luegoa lasavesmarinas, lascualesdepositan sus excrementos, ricos enfósforo, en zonas costeras, formandoasí depósitos llamados “guano de covadera”.

EnlascostasdelPacífico(ChileyPerú)se encuentran losmayores depósitosdeguanodelmundo,elcualesusadouniversalmente como abono puestoqueaumentalafertilidaddelsuelo.Elfósforoesfijadonaturalmenteporunhongollamadomicorriza,elqueseencuentraenlazonadelasraícesy

esallídondeliberaelfósforoenformadePO4-3,compuestoqueesfácilmenteasimiladoporlosvegetales.En

resumen,elhechodeconocerlosciclosdenutrientesnospermitemanejarmejorlosrecursosnaturalesparaasífavorecerelcuidadodelambienteyasuvezlograrunasustentabilidaddelmedioenquevivimos,tratandodeevitarlautilizaciónexcesivadelsuelo,ríosyrecursosnaturales,quepodríanllevaraladesertificaciónyalacontaminaciónambiental.

2. Contaminación ambiental

Elhombreestáinsertoenunmedio,delquedependedirectamente.Sielmedioambienteestratadoconrespetoestaráasegurándoselavida;sinoesasí,lasconsecuenciassonfácilmentepredecibles.Porlavertiginosidad,elprogresoactualylasmodificacionesquehahechoelhombrealmedio,éstepasapormomentoscríticos.Sisepudieseobservarelplanetadesdeelexteriorseapreciaríaelaspectotétricodelapolución.¿Quéestáocurriendo?¿Cómoenfrentarelproblemadelacontaminación?Enestecapítuloseanalizaránalgunosconceptosrelacionadosconlacontaminación.

Elmedioambienteestáconstituido,básicamente,portressustancias:elaire,elaguayelsuelo, loscualescontienenunacomposiciónquímicadeterminada.Cadavezquese leagregansustanciasextrañasoseestávariandoestacomposiciónnormal,sepresentaunproblemadelacontaminación.

animales terrestres

fosfatos en la orina

heces

tejidos animales

Descomponedores(bacteriasyhongos)

Fosfatos en la orina

conchasyesqueletos

tejidos animales y

heces

Descomponedores(bacteriasyhongos)

tejidos de plantas y

algas

Fosfatos en solución,enconchasyenesqueletos animales

pérdidas o sedimentos profundos

Fosfatos perdidos en el agua por el

drenaje

agua

plantas

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2.1 Aire

El aire es una mezcla de gases considerada de suma importancia paralosseresvivos.Paraconfirmaresto,bastasaberqueenformaaproximada,elhombreconsumediariamente15 kg de aire contra 2,5 L de agua y 1,5kgdealimentos.

2.1.1 Componentes del aire

Normalmenteelaireestácompuestocomomuestralatabla:

Gases % en volumen

Nitrógeno(N2) 78%

Oxígeno(O2) 21%

Argón(Ar) 0,74 %

Neón(Ne) 0,02 %

Otros gases(He,Xe,Kr,O3,etc.)

0,21 %

CO2 0,03%

Elairesecontaminasivaríaestacomposiciónnormalopresentapar-tículasextrañasdisueltasenél.

2.1.2 Contaminantes del aire

ElConsejodeEuropadefineestacontaminación:…“Hay polución del aire cuando la presencia de una sustancia extraña o la variación importante en la proporción de sus constituyentes, es susceptible de provocar efectos perjudiciales o de crear molestias, teniendo en cuenta el estado de los conocimientos científicos del momento”…

MonóxidodecarbonoCO(ppmparaunahora)

Acidez SO2 en microgramos por m3,para24hrs.

Suciedadpartículas en microgramos por m3 para 24hrs.

35 ppm

70 mg/m3

100 mg/m3

La denominación de efectoinvernaderosedebeaqueenlos invernaderos destinadosal cultivo de plantas, lasparedesyeltechodevidriooplásticodejanpasarunagrancantidad de radiación solar,pero impiden la salida de la radiación infrarroja emitidapor el suelo, produciéndose,deestemodo,unaumentodelatemperaturaenelinterior.

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5Laorganizaciónmundialparalasalud(OMS)indicacuálessonlosnivelesdecontaminacióndelaire.Entrelasfuentesnaturalesdecontaminacióndelaireestánelpolvo,elpolen,actividadvolcánica,incendiosforestales,polvocósmico,etc.Dentrodelasfuentesartificialesdecontaminaciónseincluyelaprovocadaporelhombreysuaccionar,talescomolosproductosquímicosesparcidosporautomóviles,fábricas,vertederosdebasura,etc.Dentrodeloscontaminantesartificialesdestacanlosanhídridos de azufre, anhídridos u óxidos ácidos de carbono y los óxidos ácidos de nitrógeno.

• Anhídridos de Azufre: ElAnhídridosulfurosoysulfúrico:

Enloscombustiblesfósileshaytrazasdeazufre;esteelementoalcombustionarseformaelSO2yéste,al

combinarseconaguaproduceH2SO4(ácidosulfúrico)elcualesaltamentepeligrosopuesgeneralacorrosióndemetales y causa la lluvia ácida. Para solucionar estos problemas, se propone tratar los anhídridossulfúricos y sulfurosos con sales de calcio que precipitan formando sulfitos (-atos) de calcio donde supeligrosidadsevereducida.

Precipitaciónácida seca

Nieve ácida

Muerte de vida acuática

Absorción deácidos en el suelo

Lluvia ácida

EmisionesdeSOx y NOx

Ácido sulfúrico (H2SO4)Ácido nítrico (HNO3)

Iones AI+3

Los CFC hansido eliminados como propelentes de aerosoles por su influencia negativa

sobre la capa de ozono.Actualmente,seempleacomopropelente el metano (CH4),cuyoefectoesinocuosobrelacapadeozono,perocontribuyealcalentamientoglobalpuesesun“gasinvernadero”.

• Óxidos ácidos de carbono: El anhídrido carbónico (CO2) se produce cuando se combustionancompletamente loscombustiblesorgánicos(petróleo,carbón,madera),ymediante larespiraciónanimalyvegetal.Esungasmáspesadoqueelaireysupeligrosidadesrelativa,yaqueesusadocomomateriaprimaparalafotosíntesisporlosvegetales,reduciéndoseasíenformanatural.(Engrandescantidadesyenlugarescerradosestóxico).

CO2 C6H12O6

Fotosíntesis

• El monóxido de carbono (CO) esungas incoloro, inodoroe insípidoproducidoen lascombustionesincompletaso eliminadopor la acciónde volcanes. Este gas es altamentepeligroso,pues forma con lahemoglobinadelasangrelacarboxihemoglobina,compuestoquímicomuyestable;deahísupeligrosidad(hipoxiacelular).

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ParadisminuirlaproduccióndeCOporpartedelosautomóvilesseproponeusaraireenriquecidoenoxígeno

(mayorcontenidodeO2paralacombustióninternadelautomóvilyasísóloquedatransformadoenCO2)

• Anhídridos de Nitrógeno: Losanhídridosdenitrógeno,dentrodeloscualessecuentananhídridos nitroso y nítrico,seproducenalcombustionarelaireoporefectosnaturalescomolastormentaseléctricas.Estosgases,alactuarconelagua,puedenformarácidosnitrosoynítricoqueformaránparteasuvezdelaacidezdelaireydelasllamadaslluvias“ácidas”.

• Clorofluorocarbonos (CFC): Los CFC son compuestos volátiles que se utilizaron masivamente comorefrigerantesypropelentesdeaerosoles,aparentementenoconstituíanpeligroambiental,peroexhaustivosestudios demostraron que su concentración a nivel de la estratosfera generadegradación de la capa de ozono,conelconsiguienteadelgazamientodedichacapa.Valerecordarqueelozonoesfundamentalenlaproteccióndelavidaenelplaneta,yaquefiltralamayorpartedelospeligrososrayosultravioleta(UV)quelleganalatierra,evitandoconellomutacionesyalteracionesenelmaterialgenéticodelosseresvivos.

2.1.3 Contaminación del aire

Cuandoelairesufreuncambioensucomposición,provocaefectosdesfavorablesparalasaludhumanayelmedioambiente.Losagentescontaminantesculpablesdeestasconsecuencias,puedenserdeorigennatural,que esproducidapor fenómenosnaturales comoerupciones volcánicas, incendios forestales, vientos. Y deorigenartificial,producidaporprocesosindustriales,plantastermoeléctricas,vehículosyenhogares.

Losdistintostiposdecontaminaciónson:

a. Smog

Provienedelapalabrainglesasmog(smoke:humoyfog:niebla).Esuntipodecontaminaciónquesedaenalgunasciudades,porciertoscontaminantesjuntocondeterminadascircunstanciasclimatológicas.

• Industrial o gris: producido en ciudades frías yhúmedasenlascualessequemabangrandescantidades de carbón y petróleo pesado conmucho azufre, en instalaciones industrialesy de calefacción. Por tanto, el principal gascontaminanteeseldióxidodeazufre.

• Fotoquímico o pardo: producido en ciudades cálidas y secas en las cuales producto de laradiación solar se producen reacciones entrelosprincipales gases, tales comoel óxidodenitrógeno (NOx) e hidrocarburos volátiles(COV`s).

b. Lluvia ácida

Contaminaciónasociadaalusodecombustibles fósilespor laemisiónprincipalmentededióxidodeazufre.Tambiénseasociaalascentralestérmicasgeneradorasdeenergíaeléctrica,motoresacombustióninternaqueproducenóxidosdenitrógenoyenmenormedidadeóxidosdecarbono.Estoscontaminantesinteractúanconlaprecipitación,comosemuestraenlassiguientesreacciones:

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5Lluvia ácida

1) SO2 → SO3+ H2O → H2SO4(l)

2) NOx + H2O → HNOx(l)

3) CO2 + H2O → H2CO3(l)

Lamayorconcentraciónlapresentaelácidosulfúrico(H2SO4), luego los ácidos de nitrógeno (HNOx) yfinalmenteelácidocarbónico(H2CO3).

Esta contaminación produce principalmenteacidificacióndelossuelosydelasaguas,afectandoloscultivos, lasconstruccionesyengeneralelequilibriodelanaturaleza.

c. Adelgazamiento de la capa de ozono

Lacapadeozonoeslaencargadadeabsorberlaradiaciónultravioleta,através,delaconstantedestrucciónyformacióndelasmoléculasdeozonoqueocurredeformanaturalydinámicaenlaestratósfera.

Por tanto, esta contaminación se encarga de degradar la capade ozono, debido a la acumulación de cloro en la estratósfera,produciendoasíunamayordestrucciónqueformacióndelacapa.

Por otro lado, el cloro que proviene de la descomposición declorofluorocarbonos (CFC), conocidos industrialmente como

freones,ocurregraciasalaaccióndelaluzsolarsobreellos.EstosCFC`sseutilizaronampliamenteenaireacondicionado,aerosoles,espumadeembalaje,etc.

Elmecanismodelareaccióneselsiguiente:

Rompimiento capa de ozono

1) CF2Cl2 →UV CF2Cl· + Cl·

2) Cl· + O3 →ClO · + O2

3) ClO· + O· →Cl· + O2

Elcloroactivoescapazdedestruirmásde100.000moléculasdeozono.

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d. Efecto invernadero

Laenergíaqueprovienedelsoleslaencargadaderegularelclimadelplaneta.Estaenergíatambiénseencargadeaumentarlatemperaturadelatierra,loquepermitequeexistavidaenelplaneta.

Cuandolaradiaciónllegadesdeelsol,solounaparteesabsorbidaylaotraesreflejada de vuelta al espacio exterior. Los gases encargados de atrapar partede esta energía son el vapor de agua, dióxido de carbono,metano, óxidos denitrógeno,CFC`s,etc.

Lacontaminaciónseproducecuandoestosgasesde invernaderoaumentansuconcentración,principalmenteeldióxidodecarbono(CO2),atrapandomásdelaenergíanecesaria,transformándoseenuncalentamientoglobal.

La consecuencia es el aumentode la temperatura global del planeta, que traeconsigoeldeshielodelosglaciarespudiendoproducirunaumentodelasaguasoceánicaseinundacionesenciudades costeras. También importantes cambios climáticos con graves implicacionespara la productividadagrícola.

3. Agua

Trescuartaspartesdelplanetaestánocupadasporaguayaseaenestadosólido,líquidoogaseoso,yaqueeslaúnicasustanciaquímicaquetieneesapropiedad.Normalmenteelaguatieneunflujocircularennuestroplaneta.

Conelcrecimientodelapoblaciónyelsurgimientodelaactividadindustrial,lacontaminaciónderíos,lagos,aguassubterráneasymaresaumentaconstantemente.

La OMS define la contaminación de las aguas dulces como… “Debe considerarse el agua contaminada cuando su composición o su estado están alterados de tal modo que no reúne las condiciones de uno u otro o al conjunto de utilizaciones a los que se hubiera destinado en estado natural”…

3.1 Estructura molecular del agua

El siguiente cuadro presenta la estructura del agua:

SufórmulaquímicaesH2O,queindicaqueposee2átomosdehidrógenoy1átomodeoxígeno.

Suformaciónsehaceapartirdedosgasesmuydiferentes,elOxígenoyelHidrógeno,segúnlasiguientereacciónexergónicayespontánea:

2H2(g)+O2(g)→ 2H2O(l)+energía

Launiónde losátomosesatravésdeenlacescovalentes.DondeelOxígenoatraeconmás fuerza loselectronescompartidos,siendounamoléculapolar.

Lamolécula,tienedosparesdeelectronesenlazantesydosparesdeelectroneslibres.

O

H H

Debidoalosparesdeelectroneslibres,lamoléculasufredeformación,adquiriendounageometríaangular.Formandoángulosde104,5º

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5Estamoléculatienelacapacidaddeformarpuentesdehidrogéno,estoquieredecirquelazonaparcialmentepositivadelagua(hidrógeno)esatraídoporlazonaparcialmentenegativa(oxígeno)

Sepuedeencontrarenlostresestadodelamateria;sólido,líquidoygaseoso.

3.2 Propiedades del agua

Elagua,unlíquidoatemperaturaambiente,poseepropiedadesmuyparticularesquelahacenmuydistintaaotroscompuestos.

3.2.1 Densidad

Tienelaparticularidadqueenformasólidatienemenordensidadqueenformalíquida,esporesoqueelhieloflotasobreelagua.Estosedebe al ordenamientoque sucede en estado sólido,ocupandomuchomásvolumen,esdecir,envezdecontraerseseexpandealsolidificarse.Porotrolado,lamáximadensidaddelaguaseproducea una temperatura cercana a 3,98 ºCy1atmósferadepresión,ysuvaloresde1g/cm3.

3.2.2 Tensión superficial

Sedefinecomolacantidaddeenergíanecesariaparaaumentarsusuperficieporunidaddeárea,portanto,ellíquidotieneunaresistenciaparaaumentarsusuperficie.Sinembargo,estámásrelacionadoconlasfuerzasintermolecularesqueseestablecenenlasuperficiedecualquierlíquido,enelcasodelaguaestasfuerzassonmuymayoresqueenotroscasos,debidoalasfuerzasdeatracciónproductodelospuentesdehidrógenoqueseestablecen.Estoexplicaelhechodequelosinsectospuedanflotarsobreelagua,comotambiénlaformaesféricadelasgotas.

Latensiónsuperficialtambiénactúacuandoloslíquidosentranencontactoconlassuperficiessólidas,yestoda lugar a la Capilaridad,quees lacapacidaddeun líquidodepoderascenderpor lasparedesdeuntubominúsculo.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

1, 00000,99990

0,999800,999700,999600,999500,999400,999300,999200,999100,999000,998900,998800,998700,99860

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3.2.3 Calor específico

Estapropiedadeslacapacidadquetieneelaguadepoderabsorbergrandescantidadesdecalor,sinquevaríemayormentesuspropiedades.Elgranvalordesucalorespecifico,de1cal/gºC,haceaestelíquidomuyatrac-tivoparaenfriarprocesosindustriales,debidoasugrandisponibilidadenlaszonascosteras.

Vapor de agua

-20 °C

0 °C

20 °C

40 °C

60 °C

80 °C

100 °C

120 °C

Temperatura

Calorañadidoencaloríasporgramodeagua

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720

Vaporización

Agua

Fusión

Hielo

3.3 Tipos de contaminación

3.3.1 Aguas duras

Enformanaturalelaguasepuedecontaminardebidoasugranpoderdisolvente.Lasaguasdurasposeenaltasconcentracionesdecalcioydemagnesio.

Estasaguasalserutilizadasreaccionanconeljabónolosdetergentes,formandocoágulosinsolublesyescamas,envezdeproducirlaespumaesperada,ylastuberíasvansiendoobstruidasporlasescamasquedejaelpasodeéstas.

3.3.2 Eutrofización

Es la forma artificial de contaminación del agua. Producidaprincipalmenteporunexcesodenutrientesprovenientesdeactividades industriales, domésticas y agrícola, por el usodefertilizantesydetergentes.Estoscompuestosaumenta laconcentracióndefosfato(PO4

−3)ynitrato(NO3−)provocando

un aumento excesivo de microalgas en la superficie deríos y lagos. Este fenómeno con el tiempo hace disminuirdrásticamenteelniveldeoxígenodisueltoenelaguaproductodelarespiracióndelasmicroalgas,loqueprovocalamuertedelafaunaacuática

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5Otrostiposdecontaminaciónartificialdeaguason:

a. Los desechos orgánicos no tratados contienen una gran cantidad de microorganismos,talescomovirus,bacterias,hongos,etc.,queprovocanenfermedadesinfectocontagiosas,comofiebretifoidea,cólera,hepatitis,etc.

b. Los organismos en descomposición,principalmentecadáveresdeanimalesovegetales,al llegara lasaguassonatacadosporbacteriasqueutilizanoxígenoparadescomponerlos.Ellollevaalagotamientodeloxígenodisuelto,limitandolavidaacuática.Alternativamenteocurrenprocesosanaeróbicosqueproducendesechoscomoelácidosulfúrico.

c. Metales pesadostalescomoelmercurio,elcadmio,elplomoyelníquelusadosenlaindustriaquímicadeplásticos(zincados,pinturasyaceites,respectivamente)pasanaformarpartedelacadenaalimenticiadepecesydeallíalhombre,alqueprovocarándañoscerebrales,rena-les,cáncerpulmonareinclusolamuerte.

d. Pesticidas usados en la agricultura para atacar plagas de insectos son arrastrados por las lluvias y así entran en las cadenas alimenti-cias,dañandoobviamentelasaluddelhombre;menciónespecialtieneel DDT (Dicloro Difenil Tricloroetano)cuyo uso ha sido prohibido porquese incorporaalprotoplasma,dondenoessimplificado.EnuntiemposecreyóqueelDDTeraunpesticidaidealyaquelasplagasdis-minuíanconsiderablemente.Sinembargo,lasconsecuenciasposterioreseranbastantedañinaspueselDDTpasabaalasfrutas,hortalizas,agua,ydeallíalacadenaalimenticiadondeseencuentraelhombre.

3.4 Potabilización del agua

Lapotabilizacióndelaguaserealizaenplantasdetratamiento,enlascualesserecibeelaguadesdeelcursodelosríos.Éstasesometeaunprocesodefiltraciónytratamientoy,luegosedistribuyealoshogares.EnelprocesodePotabilizaciónsedistinguenlassiguientesetapas:

Río,lagoodepósito

Tamizado

Tratamientoprevioconcloro

Floculación

Tratamientoposteriorcon cloro

Filtraciónconarena

Sedimentación

No existe elagua pura natural.En la naturaleza,toda agua contiene algunas impurezas.

A medida que el agua fluye en los arroyos, se estanca enlos lagos, y se filtra a travésde capas de suelo y roca en la tierra, disuelve o absorbe lassustanciasconlascualeshacecontacto. Algunas de estassustanciassoninocuas.

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a. Tamizado Consisteenimpedirelpasotantodeobjetossólidoscomodeseresvivos(peces,moluscos,etc.),poniendounagranmallametálicaenlatomadeagua.

b. Tratamiento previo con cloro

Seagregacloroalagua.Estedesinfectantemataalosmicroorganismosque pueden producir enfermedades tales como la fiebre tifoidea,hepatitisyelcólera.

c. Coagulación o floculación

Seagreganalaguaciertosproductosquímicosque logranretirar lasuciedadyotraspartículassólidasensuspensión.Estosproductosson

elsulfatodealuminio(Al2(SO4)3)yelhidróxidodecalcio(Ca(OH)2)quealservertidosenelagua,reaccionanentresíyformanhidróxido

de aluminio (Al(OH)3), que es una sustancia pegajosa similar a lagelatinayqueatrapalaspartículassuspendidasenelagua.

d. Precipitación

Es el proceso en el cual las partículas y suciedad atrapadas en la coagulacióncaenalfondodelosestanquesporaccióndelagravedad.

e. Filtración

Aquíseretiragranpartedelasimpurezasquesemantienentodavíaenelaguadespuésdelacoagulaciónydelasedimentaciónpormediodeunfiltrodearenaypiedras.

f. Tratamiento final con cloro y flúor

Se le agrega cloroporúltima vez, ajustando la concentraciónparaprotegerelaguadelacontaminaciónporbacterias.

Elaguaobtenidaasíesaptaparaconsumohumano,yaquecontienecantidades adecuadas de sales, cloro y flúor (en algunas ciudades,paralaproteccióndental).Elaguapotableespordefiniciónunagua libre de microorganismos indeseables.Todasestascaracterísticashacendelaguapotableunlíquidoinodoro, insípido e incoloro.

Elaguamineralcontienevariadosminerales dependiendo de su regióndeorigen.Sinembargo,losmineralesaciertosniveles,igualque los químicos elaboradospor el hombre, se considerancontaminantes pues pueden causarmalsabor,ysuconsumohabitualpuedeserpeligrosoparala salud (generaciónde cálculosbiliares,renalesehipertensión).

Sabías que...

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5Tratamiento preliminar

Aguasservidasnotratadas

Barrera de filtración

Cámaradearena Remocióndesólidosdemayortamaño

Separaciónde la arena

Tratamiento primarioRemocióndepartículasdemateriaorgánica

Tanquedesedimentación

Agua clara

Materiaorgánica

Abonos

Fertilizantes

Tratamiento secundarioRemocióndemateriaorgánicadisuelta

Tanquedesedimentación

Tanquedeaireación

Bombadeaire

Tratamiento terciarioRemocióndefosfatosymateriaorgánica

Hacia canales de agua despuésdedesinfeccióncon gas cloro

4. Suelo

Elsueloesunrecursonaturalquesehaformadoatravésdemilesdeaños,conjuntamenteconlosprocesosgeomorfológicos,esdecir,laevoluciónnaturaldelalitosfera.

4.1 Componentes del suelo

a. Fracción mineral

Lapartemineraldetodoslossuelosprocededelasrocasyseoriginanporlastransformacionesfísicas,químicasybiológicasdeellas.Ladesintegraciónprogresivadelasrocasocurreporlaaccióndeagentesfísicosdeerosióncomoelagua,elvientoyloscambiosdetemperatura.

b. Agentes físicos

Elagua,alcorrerentre lasfisurasdelasrocas,vadisolviendoytransportandosusmineralesmássolubles.Elvientodesprendeylevantapequeñostrozosderocaylasmuevehaciaotroslugares.Elcalorirradiadoporelsol

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duranteeldía,hacequelasrocassedilaten,mientrasqueenlanoche,seenfríanycontraen.Conestecambiodetemperatura,lasrocasseagrietanyrompenentrozosmáspequeños.

c. Agentes químicos

Elagua,eldióxidodecarbono(CO2)yeloxígenose infiltranenelterrenoparaproducirreaccionesquímicasdehidratación,carbonataciónyoxidaciónrespectivamente, formandonuevoscompuestosquehacenvariar lacomposiciónquímicadelsuelo.

d. Agentes biológicos

Existeunagrancantidaddeorganismosmicroscópicosqueejercensuacciónformadoradesuelo.Porejemplo,lasraícesdeplantasyárbolesquerompenlasrocasalcrecerentreellas,tambiénestánlosmusgosylíquenesquesecretansustanciasquedisuelvenpartedelasrocasylasfragmentan,paraobtenerasínutrientesparasucrecimientoydesarrollo.

e. Fracción orgánica

Enelsuelo,ademásdeminerales,existenorganismosymateriaorgánicaendescomposicióntantodehojasyramascomohecesycadáveresdeanimales.Estosrestosorgánicossedistribuyenenlasuperficiedelsueloysevandescomponiendolentamentehastaformarelhumus,unresiduonegroquesevamezclandoconlafracciónmineralparadarorigenalsuelo.

Ensuma,elsueloestácompuestodemateriaorgánicaymineral.Porsunaturalezaporosadejaquepenetreelaguayaireencantidadesvariablesdependiendodelanaturalezadelsuelo.

Distribución de los componentes del suelo en % de volumen

Material mineral 35 – 45 %

Materiaorgánica 5 – 15 %

Agua 25 %

Aire 25 %

4.2 Estructura y tipos de suelo

a. Estructura del suelo

Elsueloestáformadoporpartículasdediferentetamaño,productodelafragmentaciónderocas.Asídeacuerdoconeltamañodelaspartículasenordencrecientesepuedenclasificardelasiguientemanera.

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5Nombre Diámetro (mm)

Arcilla < 0,002

Limo 0,002 – 0,005

Arena 0,005 – 2

Gravas 2 – 20

Guijarros > 20

Laspartículasdesuelosedistribuyenencuatrograndescapas,adistintosnivelesdeprofundidad,estascapassedenominanhorizontesysedesignanconletrasmayúsculas(A,B,CyR),alconjuntodecapasdelsueloselellamaperfil.

- Horizonte A: Eslaprimeracapadelsueloyenellaseacumulamateriaorgánica,formándoseelhumus,siestacapapresentaabundantemateriaorgánicasepresentarádecolornegroydeconsistenciahúmeda.

- Horizonte B:Esunacapafundamentalmentedeorigenmineral.

- Horizonte C: Estáformadoporrestosderocasfragmentadas.

- Horizonte R: Eslacapamásprofundadelsueloyestáformadaporlarocamadre,queoriginalosdemáshorizontes.

b. Tipos de suelo

Considerando losmaterialesquepredominanensucomposición, los suelospuedenser rocosos, arenosos,arcillososyorgánicos.

- Rocosos:NotienenhorizonteAyB,porloquelarocaapareceenlasuperficie.Sonduroseimpermeables,porlocualaparecensecos.

- Arenosos:Debidoaquesuspartículasestánmuysueltas,sonsuelosporososypermeablesquedejanpasarelaguaconfacilidad,peronoretienenlahumedad.

- Arcillosos: Tienenunatexturablanda,sonmáscompactosquelosarenosos,sonmenospermeablesyretienenmáslahumedad.

- Orgánicos:Poseenmateriaorgánicaenabundancia,sonpermeablesyesponjosos,porloqueretienenunacantidaddehumedadqueloshaceespecialmentefértiles.

4.3 Degradación de suelos

Ladegradaciónerosivade los suelos es en la actualidadunode losprocesosmás relevantesdentrode lasactividadeshumanasinvolucradasconlaagricultura,silviculturayminería.Sibienlaerosiónesunprocesonaturalmediadoporagentesambientales comoel vientoy la lluvia, esta sehavisto favorecidaen losdosúltimossiglosporlaacciónantrópica.

En el proceso de erosión, se extraen y transportan las capas superficiales del suelo (horizontes A y Bprincipalmente),ocasionandolapérdidadelarraigofísicoparalosvegetalesyplantasgenerandoenelcortoplazoelfenómenodedesertificación,quepuedeinclusollevaralapérdidacompletadeecosistemas.

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4.3.1 Erosión eólica

Es la degradación efectuada por el viento sobre las partículasmásfinas y superficiales del suelo. Se ve favorecida por la ausencia devegetación. La erosión eólica tiene dos efectos; la abrasión, quecorresponde a la acción de desgaste ocasionado por las partículasextraídassobreotrossuelosyrocas.Ladeflación se produce cuando elvientolevantalosfragmentosdesueloylosdepositaensectoreslejanosadondefueronextraídos.

4.3.2 Erosión marina

Eselprincipalefectoerosivoygeneradordedunasanivelcostero.Estetipodedegradaciónlogeneraelmarsobrelasrocasdellitoral.Laerosiónquellevanacabolasolassedebeenpartealchoquedelaguasobrelasrocasy,tambiénalaabrasiónqueejercenlosfragmentosquearrastraelaguayqueprocedendelamismarocaerosionada.

4.3.3 Erosión pluvial y fluvial

La erosión pluvial es la que ejercen las gotas de las aguas lluviascuando precipitan sobre el suelo. La masa y la velocidad de lasgotasincidenenlamagnituddelaerosión,facilitandoelprocesolapendientedelsectordondeocurrenlaprecipitaciones.

La erosión fluvial es la que llevan a cabo los cursos de aguascontinentales(ríosytorrentes).Laenergíacinéticadelaguadeterminala intensidaddeladegradaciónydependendelaenergíapotencial,asícomo,delaconstitucióndelsuelosobreelcualfluyenloscursosdeaguas.

4.3.4 Erosión glacial

Estetipodeerosiónsedebealaaccióndelhielo,constituyentedelosglaciales,sobrelasrocasdelassuperficiesenlaqueseencuentran.Ladegradaciónesmuchomayorenelfondodelamasadehieloqueenloscostados, loquedeterminaelconocidovalleglaciaren“U”.Estructurascaracterísticasqueresultandelaerosiónglaciarsonloscircosglaciares,losvallesyloslagosdeorigenglaciar.

4.3.5 Erosión antrópica

Eslaerosiónmásimpactanteyrápidaendesarrollar,esllevadaacabo,poraccionesculturaleshumanas,yquesebasan,principalmenteenlaagriculturaylamineríaconfinesnetamenteeconómicos.

El impacto más inmediato es la destrucción de ecosistemas queafectan lafloray faunaprimeramente,y luegoal clima, el cual, sevealteradoamedianoplazotransformandolatroposferadelplaneta(efectoinvernadero,lluviaácida,etc.).

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5 Está claro que la conciencia ecológica de la población se centraprimeramenteenlapolucióndelaireydelaguay,enúltimocasoenelsuelo.

4.4 Conservación de suelos

Elsueloesunaentidadorgano-mineraldelentodesarrollo(entre150-500años),noobstante,lasdistintasactividadeshumanasfacilitansudegradaciónenunperiodomuycortodetiempo(6mesesa2años).Esporestarazón,quesehandesarrolladodiversosmanejosdesueloparapermitirsuconservación.

4.4.1 Cultivos en terrazas

Sonterraplenesformadosporbordesdetierraqueconstruidosensen-tido perpendicular a la pendiente del terreno forman escalinatas de cultivo.LasterrazasfueronpropiasdelaculturaIncaica.

4.4.2 Franjeado

Consiste en sembrar franjas de cultivos alternados (ejemplo trigo yporoto),variandoasílavelocidaddeinfiltracióndelagua,conloqueseevitasupérdidaporescurrimientos,disminuyéndoselaerosióndelsuelo.

4.4.3 Cultivo en contorno

Eselestablecimientodecultivossiguiendolascurvasdenivelprinci-palmenteencerrosymontes.Ayudaaevitarlaformacióndecárcavasensuelosconpendientespronunciadas.

4.4.4 Rotación de cultivos

Prácticaculturalenlacual,elsuelopermanecetodoelañoconunacubiertavegetalqueevita laerosión.Larotacióndecultivosimplicaefectuarunasiembrainmediatamentedespuésdeotra.

4.4.5 Agrosilvicultura

Similar al franjeado, consiste en alternar cultivos con franjas deárbolesparareducirlaerosióntantohídricacomoeólica,conloqueseestabilizafísicayquímicamenteelsuelo.

4.4.6 Reforestación

Eslamedidamásempleadaensilviculturaparareemplazarlasespeciesextraídasconfineseconómicos.Lalimitantequepresenta,esquelasespecies plantadas no corresponden a las taladas (principalmentenativas),conlocual,sealteraelecosistemareforestado.

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5Actividades

1. Indique si es Verdadero o Falso.

1. ______ A mayor cantidad de fosfatos en el agua, mayor reproducción de microalgas.

2. ______ El agua dura puede ser consumida por el hombre sin mayores peligros para la salud.

3. ______ El mercurio es un metal pesado que puede contaminar el suelo.

4. ______ Los plásticos son degradados fácilmente por las bacterias.

5. ______ Si el hombre trata el agua con cloro, ésta presentará un medio ideal para el desarrollo de microorganis-mos.

6. ______ Si un tipo de aire contiene mayor cantidad de oxígeno que otro, se dice que este aire está contaminado.

7. ______ El monóxido de carbono tiene iguales efectos en el organismo que el anhídrido carbónico. 8. ______ Para calcular la acidez del aire se toman en cuenta las concentraciones de monóxido de carbono.

9. ______ La lluvia ácida es producida por altas concentraciones atmosféricas de ozono (O3)

2. Responda las siguientes preguntas

1. ¿Cuáles son los principales contaminantes del agua en la actualidad? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________

2. ¿Cuándo se considera que el agua está contaminada? _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________

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3. Términos pareados

Relacionar los conceptos de la columna A con aquellos ubicados en la columna B

Columna A Columna B

1. Ozono ______ Efecto invernadero

2. SO2 ______ Ciclo del nitrógeno

3. CO2 ______ Daño a la capa de ozono

4. Micorrizas ______ O3

5. Sólo cambios físicos ______ Lluvia ácida

6. Rhizobium ______ Ciclo del fósforo

7. CFC ______ Ciclo del agua

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5EjErcicios

3. Unaguaduranopuedeserusadaparamezclarlascon detergentes pues

A) poseeionesdesodioeionescloruro. B) aumentalaacidezdelagua. C) provocatoxicidadanivelíntimodelos

organismos. D) nopuedesereliminadoporelorganismo. E) formacoágulosdisminuyendolacapacidad

deldetergente.

Alternativa: E.Habilidad: Comprensión.Defensa: El agua dura presenta en disolución principalmente iones calcio (Ca2+) y magnesio (Mg2+), los cuales reaccionan con los aniones de jabones y detergentes formando coágulos en vez de espuma, por lo tanto, disminuyen su poder limpiador.

4. La plantación de árboles y el cuidado de losbosquesnativosespreocupaciónconstante,pueslosvegetales

A) disminuyenlaconcentracióndeO2.

B) disminuyenlaconcentracióndeCO2. C) aumentanlaproduccióndeCO. D) equilibranlosgasesdenitrógeno.

E) reducenlosnivelesdeSO2.

Alternativa: B.Habilidad: Comprensión.Defensa: La reforestación y la disminución de los niveles de deforestación de bosques nativos son acciones culturales que disminuyen las concentraciones

ambientales de dióxido de carbono (CO2) por medio de la fijación biológica efectuada por la fotosíntesis.


1. Eldióxidodecarbononoestanpeligrosopues

I) esirritanteypesado. II) sereduceconlafotosíntesis. III) seproduceenescasacantidad.

A) SóloII B) SóloIII C) SóloIyIII D) SóloIyII E) I,IIyIII

Alternativa: A.Habilidad: Comprensión.

Defensa: El dióxido de carbono (CO2) ecológicamente no es tan dañino pues se reduce de la atmósfera en forma natural en el proceso de fotosíntesis donde este gas pasa a formar parte de las moléculas orgánicas de algas, plantas y vegetales.

2. Elesmogfotoquímicoesaquelque

A) poseealtacantidaddepartículassólidas. B) presentaescasacantidaddegasesde

carbono. C) poseealtacantidaddeanhídridosde

nitrógeno. D) seproduceenciudadeshúmedas. E) tieneescasaconcentracióndepolvo

cósmico.

Aternativa: C.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: El esmog fotoquímico, producido principalmente en zonas secas y cálidas, se caracteriza por contener gran cantidad de anhídridos de nitrógeno, los cuales por acción de la radiación ultravioleta se descompone generando ozono (O3) a nivel de tropósfera.

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EjErcicios

5. Lassiguientecaracterísticas:

I) Horizonteafectoalaerosiónhídricay eólica.

II) Horizontequepresentamayorpenetración radicular.

III) Horizontefundamentalmentedeorigen mineral.

Sonpropiasdelhorizonte

A) O B) A C) B D) C E) R

Alternativa: C.Habilidad: Comprensión.Defensa: Los horizontes afectos a erosión son principalmente el A y el B, no obstante, de ambos el que presenta la mayor penetración radicular y cuyo origen es mineral (roca madre meteorizada) es el horizonte B.


1. Laacidezdelaireprovocacorrosiónenlosmetales.Estaacidezestádeterminadaprincipalmentepor

A) óxidossulfurososysulfúricos(SO2ySO3).

B) óxidosdecarbono(COyCO2).

C) óxidosdenitrógeno(N2O3 y N2O5). D) tiposdeesmog. E) partículassólidasdelaire.

2. El consumo de aguas servidas podrá provocarenfermedades infectocontagiosas porque estas aguas

A) contienenpesticidas. B) poseenmetalespesados. C) tienenunniveldedetergentesbastantealto. D) poseenmicroorganismos. E) todaslasanteriores.

3. Al combustionar carbón se producen gasessulfurososysulfúricosporqueelcarbónesun

A) elementoquímico. B) mineralqueposeeazufre. C) compuestoquellevaóxidosdeazufre. D) sólidoquesecombinaconelaire. E) elementoquesepuedecombustionar.

4. “Es un fenómeno que se caracteriza por elcalentamiento global del planeta, producidoprincipalmenteporexcesodeCO2enlaatmósfera;estogeneradesequilibriosenelciclodevidadelasespeciessusceptiblesacambiosdetemperatura”.Elfenómenodelquesehablacorrespondea:

A) Destruccióndelacapadeozono. B) Inversióntérmica. C) Efectoinvernadero. D) Lluviaácida. E) Contaminacióntérmica.

5. La contaminación del agua es la que tiene másimpactosobrelosseresvivos,yaquetantoplantasy animales requieren del agua para sus procesos biológicos.Dentrodeloscontaminantesdelagua,¿cuáleselquetienemásincidenciaenlasgrandesciudades?

A) Petróleo. B) Desechosorgánicosybasuras. C) Desechosradiactivos. D) Pesticidas. E) Contaminacióntérmica.


1AComprensión

2DComprensión

3BComprensión

4CComprensión

5BComprensión


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procesos químicos industriales

capítulo 6


Conocer los principales procesos químicos industriales.

Reconocer etapas en la industria química de transformación.

Comprender la necesidad de cambiar las fuentes de energía actualmente empleada en los procesos químicos por otras alternativas y menos polutivas.

Comprender el efecto contaminante v/s factor económico involucrado con los procesos químicos.

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6

Las industrias químicas fabrican una enorme gama de productos, desde los petroquímicos básicos tales como el etileno, propileno y sus polímeros, hasta productos farmacéuticos y químicos con valor agregado. La mayoría de los productos químicos son de uso industrial, siendo la misma industria química su principal consumidor. Los otros grandes consumidores son las industrias de transformación química que generan los productos químicos derivados para el uso cotidiano como jabones, detergentes, envases de plástico, cloro, fertilizantes, perfumes, fibras naturales y sintéticas para la fabricación de ropa, etc.

1. La industria química

La industria química permite el desarrollo y aplicación de tecnologías para que materias primas naturales o artificiales puedan ser usadas en favor de la población y su desarrollo. De este modo, los procesos productivos que involucran la transformación de materias primas para obtener productos intermedios o finos, son variados.

La principal fuente de materiales es la naturaleza. Los materiales de origen animal, vegetal o mineral se tratan para su transformación. Estos materiales son la base para el proceso, y se conocen como materia prima. Aquellos productos que no provienen de una materia prima natural y que son preparados por el hombre se denominan materiales sintéticos.

Es posible, de esta forma, diferenciar los productos químicos naturales como aquellos obtenidos directamente de un proceso de extracción y purificación de materia prima natural como el cobre, molibdeno, oro, plata, petróleo, de aquellos productos químicos artificiales, como son los derivados del petróleo (gasolina, plásticos, perfumes, etc.)

2. Procesos industriales químicos involucrados en el desarrollo económico

2.1 Fabricación de vidrio

El vidrio es un sólido amorfo, carente de ordenaciones moleculares definidas tal como en un líquido. Por esta razón, se le considera un líquido sobrenfriado. Entonces, cuando se rompe, lo hace en distintas direcciones sin forma definida alguna.

El vidrio corriente empleado en la fabricación de botellas, vasos, ventanas corresponde a un mezcla de óxido de calcio, carbonato de sodio y principalmente óxido de silicio (arena), que es calentada a temperaturas que superan los 680 0C.

El proceso de producción es continuo, es decir, por un extremo del caldero se introducen las materias primas y por otro lado sale el vidrio fundido. Este producto es traspasado a otros calderos que mantienen una determi-nada temperatura de trabajo (según el tipo de vidrio a producir) bajo la cual se transfiere a máquinas de moldeo para producción en masa.

Procesos químicos industriales

La industria química permite el desarrollo y aplicación de tecnologías para que materias primas, naturales o artificiales, puedan ser usadas a favor de la población y su desarrollo. Los procesos productivos que involucran la transformación de materias primas para obtener productos intermedios o finos, son variados.

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Capítulo 6 Procesos químicos industriales

Proceso de producción del vidrio

Recepción, dosificación y mezcla de materias primas

Enfriamiento

Recocido

Control de calidad

Almacenamiento

Expendio

Fusión (reacción de los componentes y formación del vidrio)

Conformación. Según tipo de vidrio a elaborar La presencia de pequeñas

cantidades de algunos óxidos metálicos disueltos en la masa de vidrio produce coloración según su estado de oxidación:Fe2+ azulFe3+ amarilloCo3+ verdeCr3+ caféCu2+ rojo azuladoMn3+ violetaAu3+ rojoAg+ amarillo

Sabías que...

Quemadores

Tolva

Materias PrimasHacia el recuperador

Laminado

1.200 ºC - 800 ºC

1.500 ºC

Zona de fusión Zona de enfriamiento

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6Del sílice procesado, se obtienen distintos tipos de vidrio.

Así, según la conformación o función que éstos cumplan, se pueden clasificar en:

• Tubo de vidrio: corresponde al estirado del tubo de masa fundida, con inyección de aire comprimido intermitente para formar las paredes del tubo.

• Vidrio plano: el proceso de producción se realiza por flotación, lo que permite obtener un vidrio más procesado y fino. Sus usos se encuentran en vidrios grabados, serigrafía, vidrios aislantes, térmicos y metalizados.

• Fibra de vidrio: la fabricación de fibras continuas se realiza por el método de estirado por hileras o trafilado. Las fibras son sometidas a tratamientos de recubrimientos orgánicos y tratamientos térmicos y son secadas en estufas para generar polímeros de estas fibras. La fibra de vidrio es liviana, resistente a la corrosión y a las altas temperaturas.

• Vidrio hueco: incluye los productos fabricados en forma unitaria, es decir botellas, frascos, recipientes, bombillas para ampolletas, bulbos para televisores, vasos, artículos de iluminación, adornos, artículos de laboratorio, etc.

• Fibra óptica: fibras de vidrio agrupadas en forma paralela que poseen un alto índice de refracción, separadas por capas delgadas de vidrio de bajo índice de refracción que hacen posible transmitir imágenes a través de ellas. Empleadas en combinación con láseres, las fibras ópticas son hoy cruciales para la telefonía de larga distancia y la comunicación entre computadoras.

Ventajas del envase de vidrio sobre el envase plástico

Envase de vidrio Envase de plástico

Envase reciclable Envase desechable

100 % Reciclable No reciclable totalmente

Son infinitamente reciclables Reciclaje limitado

No alteran las propiedades organolépticas del contenido Reaccionan con el contenido alterándolo

Utiliza materia prima directamente en su producción. Utiliza derivados del petróleo y aditivos en su fabricación.

Las desventajas de la fabricación del vidrio corresponden a los contaminantes que genera esta industria y que si bien son leves, contribuyen al incremento de efectos tales como la lluvia ácida, smog, efecto invernadero, contaminación del agua, residuos sólidos no biodegradables y contaminación acústica.

2.2 Fabricación del papel

El papel es un material formado por hojas delgadas obtenidas por laminación de una masa pastosa (pulpa) compuesta por fibras vegetales de celulosa.

El gran desarrollo del papel se debe a la relación utilidad/precio, que le otorga ventajas comparativas frente a otros materiales.

La materia prima para la elaboración del papel es la madera que es la fuente primaria de las fibras de celulosa. En esta industria se ocupan distintos productos químicos para su procesamiento. Para fabricar una tonelada de papel se necesita cortar 17 árboles de a lo menos 8 años de edad, y en el proceso se producen 30 kilos de contaminantes atmosféricos. En Chile la madera más utilizada para la producción del papel es el pino insigne.

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La industria del papel consume grandes cantidades de madera y agua cada año, contribuyendo a la deforestación e incremento del efecto invernadero, además aporta contaminantes para la lluvia ácida (gases de azufre y nitrógeno) siendo también responsable de la contaminación de las aguas en los sectores cercanos al lugar de procesamiento, no obstante, en la actualidad se ocupa la tecnología para disminuir los índices de contaminación y se toman las medidas para reforestar y devolver en parte al medio los recursos extraídos.

El proceso de fabricación de papel consiste en 6 etapas básicas:

1. Los troncos son llevados a la planta de tratamiento primario para retirarles la corteza.

2. Los troncos descortezados son triturados hasta generar pequeños fragmentos conocidos como “chips”.

3. Los fragmentos son llevados a un estanque para el proceso de cocinado y digestión, donde se adiciona hidróxido de sodio y se obtiene la pulpa de madera.

4. La pulpa es lavada y cernida. Luego, se elimina parte del agua que contiene.

5. La pulpa es conservada en grandes tanques, desde los cuales es transferida según las necesidades de pro-ducción a la etapa final del proceso que consiste en el batido de la pulpa hasta separar la fibras, cortarlas y peinarlas antes de someterlas a gran presión para formar la lámina del espesor deseado. En esta etapa, se emplea el ácido sulfúrico como blanqueador de las fibras.

6. La lámina convertida en hoja de papel es comprimida y secada en varias etapas hasta que el proceso termina en la formación de la bobina o gran rollo de papel.

2.2.1 Reciclaje del papel

El aumento de la demanda de papel para la vida cotidiana ha multiplicado la posibilidad de utilizar papel de de-secho y cartón como pasta de papel; con ello se consigue un gran ahorro de energía en el proceso de fabricación de la pasta primaria y la ventaja de no tener que utilizar madera de los bosques. Las técnicas de reciclaje han evolucionado con mucha rapidez desde la II Guerra Mundial, y los dos sistemas principales de recuperación se aplican sobre papel impreso, que incluye el lavado de la tinta, y sobre papel de envoltorio y cartón, de mayor rugosidad y porosidad y con ausencia de grabados.

2.3 Metalurgia del cobre

Mineral de cobre

Molienda

Oxidado

Sulfurado

LixiviaciónPrecipitaciónelectrolítica

Cátodo de cobre 99,98%

Flotación Precipitaciónelectrolítica

Fundición(Cobre Blister)

Molibdeno

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6El cobre es un elemento relativamente escaso sólo un 0,0068 % de la masa de la corteza terrestre. El metal es de color café rojizo.

Como sabemos, Chile es el principal país productor del mundo. En nuestro país, la producción de cobre proviene principalmente de las regiones segunda y sexta, las que en conjunto contribuyen con el 47% y 22% respectivamente de la producción nacional.

2.3.1 Propiedades y aleaciones del cobre

El cobre tiene muchas propiedades que lo hacen atractivo y muy demandado por muchos países. Algunas de sus cualidades son:

- Metal de color rojizo- Su densidad es de 8,92 g/cm3

- Es dúctil y maleable- Es muy buen conductor de calor y electricidad- Antimicrobiano

Algunas de sus aleaciones son:

BRONCE: Cobre-EstañoLATÓN: Cobre-CincBRONCE ALUMINIO: Cobre- AluminioPLATA ALEMANA: Cobre-Níquel-CincMETAL MONEL: Cobre-Níquel- Manganeso-Hierro

2.3.2 Proceso de producción del cobre

La metalurgia del cobre depende del tipo de mineral que se va a explotar, es decir, el cobre puede estar acompañado por oxígeno, siendo cobre oxidado, o por azufre, siendo cobre sulfurado.

En general, la metalurgia del cobre se divide en 3 grandes etapas: Extracción, Concentración y Refinación.

La extracción busca retirar el mineral de las minas, para luego disminuir su tamaño, gracias al chancado y la molienda. La concentración busca separar el mineral deseado de lo que se denomina ganga. Finalmente la refinación busca conseguir el metal con el mayor grado de pureza.

Es habitual que la mena esté asociada a cierta cantidad de materiales estériles,

como la caliza y el sílice, que hacen que el mineral sea impuro. Estos materiales reciben el nombre de ganga y deben ser eliminados en las operaciones previas, lo que supone un considerable ahorro de reactivos y energía en las operaciones siguientes.

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Las etapas de la producción son las siguientes:

Extracción de cobre oxidado

Ej. Cuprita Cu2O

Extracción de cobre sulfurado

Ej. Calcopirita CuFeS2

Chancado: La roca que contiene el mineral es triturada con el objetivo de disminuir su tamaño

Molienda: se sigue reduciendo el mineral, moliéndolo incluso a menos de 0,2 milímetros de diámetro

Concentración por Lixiviación: consiste en la disolución del cobre desde su mineral oxidado, gracias a la acción de ácido sulfúrico H2SO4, como líquido lixiviante, obteniendo sulfato de cobre

Concentración por Flotación: consiste en agregar agentes químicos para lograr adherir el mineral sulfurado a burbujas de aire que salen por el rebalse a canaletas colectoras. De este proceso se obtiene el Molibdeno.

Extracción por solventes: consiste a la acción de compuestos orgánicos que ayudan a capturar iones Cu+2 en forma selectiva eliminando impurezas de Fe, Al y Mn.

Fundición: procesos a altas temperaturas, donde se funde el mineral: •Fusión: separa el cobre de Fe y Al.•Conversión: convierte sulfuros en óxidos•Refinación: funde con cal, forma ánodos de cobre

Electro- Obtención: la solución de sulfato de cobre, se electroliza con cátodos (-) y ánodos (+) de acero inoxidable, produciéndose un depósito de cobre en el cátodo, con 99,9% de pureza.

Electro- refinación: se purifican ánodos por electrólisis. Se emplea soluciones de sulfato de cobre y ácido sulfúrico. Obteniendo cátodos con 99,9% de pureza. Además, desde los ánodos se obtienen los barros anódicos de los cuales se obtiene oro y plata.

2.4 Salitre

Se obtiene a partir del Caliche, que es un mineral que contiene altas concentraciones de nitrato y yodo, que se encuentra en capas de dos a tres metros de espesor y dos metros bajo la superficie del desierto. Entonces el salitre, es un mineral no metálico, que está formado principalmente por nitrato de sodio (NaNO3), junto con nitrato de potasio (KNO3), además de iodato de calcio (Ca(IO3)2).

Esta mezcla de compuesto se utiliza en la fabricación de fertilizantes en la agricultura, industria farmacéutica y fabricación de explosivos.

Como subproducto de la purificación del salitre, en la etapa de cristalización, se obtiene el yodo como yodato de sodio (NaIO3), el cual se lava, prensa y purifica por sublimación.

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6Caliche

Molienda

Lixiviación

Cristalización

SalitreSulfato de sodio

Yodo

2.5 Carbonato de litio

Se obtiene directamente de las salmueras, ubicadas a unos 30 metros de profundidad, principalmente del Salar de Atacama. La extracción se realiza por bombeo, donde las salmueras se dejan a evaporar en medio del desierto, para así obtener disoluciones saturadas de carbonato de litio, además de sales de magnesio y boro.

Los usos son variados, siendo principalmente utilizados en la industria del vidrio, en fabricación de cerámicas, en celdas de energía y aplicaciones médicas.

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3. Conservación de los recursos energéticos de la tierra

La industria química, en sus procesos de obtención de productos, emplea una gran cantidad de energía cuya base principal son los combustibles fósiles y derivados del petróleo. Es imprescindible mejorar la tecnología y disminuir las emisiones contaminantes a la vez que se reemplazan dichas fuentes de energía.

La tendencia actual apunta a reemplazar la bencina o el petróleo por otros combustibles como el hidrógeno, el metanol y la energía solar.

• Hidrógeno: el hidrógeno se obtiene del agua por hidrólisis mediante el uso de la electricidad. Debido a que es un gas, cuando se quema con el oxígeno, produce agua como desecho y una considerable cantidad de energía. Su principal problema radica en su almacenamiento dada su alta inflamabilidad con el aire.

• Metanol: es un líquido incoloro que se obtiene como subproducto de la industria de la celulosa y se conoce como alcohol de quemar. Es tóxico, corrosivo y sólo posee la mitad de la energía que posee la gasolina. El uso de metanol disminuye las emisiones de monóxido de carbono y óxidos de azufre y nitrógeno, pero emite formaldehído el cual es cancerígeno; sin embargo, dicha emisión se anula al incorporar un convertidor catalítico especializado.

• Energía solar: la energía solar se ve a largo plazo como la mejor solución para superar los problemas de contaminación ambiental y consumo de combustibles fósiles. Para producir electricidad existen dos sistemas, la luz solar se concentra en una estación colectora o placa solar para calentar un fluido, que se utiliza para producir vapor a fin de generar electricidad. El sistema más común de generar electricidad a partir de luz es el fotovoltaico, el cual se emplea en relojes y calculadoras solares así como en estaciones espaciales y satélites.

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6Proceso productivo industrial

Extracción Materia Prim

a

Residuos tóxicos(sólidos, líquidos,

gaseosos)

Acústica

Contam

inación

Emisiones gases continuas

(NO

x, SOx, C

Ox)

Transporte hacia Planta

Trituración primaria

Pre - homogenización M

.P.

Molienda M

.P.

Elaboración de productos

Control de calidad

Alm

acenamiento

Atm

osférica

Emisiones sonoras continuas

(80 - 120 dB)

Sín

tesis d

e co

nte

nid

os

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Actividades

1. Verdadero y falso

1. El vidrio es un sólido amorfo y cuando se rompe lo hace irregularmente. _____

2. Los procesos de producción de la materia prima son finos y variados. _____

3. La materia prima para la elaboración del papel son las hojas de los árboles. _____

4. El metanol es un alcohol potable. _____

5. El hidrógeno se obtiene del agua por hidrólisis por medio de la electricidad. _____

6. Son subproductos de la industria del cobre el molibdeno, la plata y el oro. _____

7. La industria química otorga valor agregado a la materia prima. _____

8. Los envases de vidrio son 100% reciclables. _____

9. El cobre electrolítico posee un 99,98% de pureza. _____

10. La energía solar podría reemplazar el uso de combustibles fósiles como fuente de energía. _____

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6EjErcicios

Alternativa: E.Habilidad: Comprensión.Defensa: Para producir vidrio se emplea como materia prima fundamental el sílice o cuarzo, que se obtiene de la arena. El medio de transformación de las materias primas es la temperatura (sobre 1000° C), así, el vidrio obtenido toma la forma deseada y entra al proceso de recocido en el cual, el material producido obtiene resistencia física y mecánica, haciendo más larga su vida útil.

3. Referente a la industria del cobre en Chile es falso que:

A) Las regiones II y VI son la principales productoras.

B) Es fuente de riqueza económica para Chile. C) El cobre Blister presenta la más alta pureza. D) Produce oro como subproducto. E) Produce plata como subproducto.

Alternativa: C.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: La producción del cobre en nuestro país está liderada por las regiones II (Chuquicamata) y VI (el Teniente), las cuales en conjunto aportan el 69% de la producción nacional generando lo que se llama “el sueldo de Chile”. A través de la refinación electrolítica se obtiene el cobre de más alta pureza, el cobre electrolítico”, obteniéndose como subproductos del proceso oro y plata, que permiten pagar los gastos fijos de la producción de este mineral.


1. Referente a las industrias químicas, señale la alternativa incorrecta:

I) Otorgan valor agregado a los productos finales.

II) Utiliza sólo materias primas naturales. III) Son fuente de riqueza para el país.

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y III E) Sólo II y III

Alternativa: B.Habilidad: Comprensión.Defensa: Las industrias químicas a través de medios físicos y/o químicos transforman la materia prima, con poco valor económico, en productos intermedios o finales con un valor económico mucho mayor, por lo cuál se consideran fuente de riqueza económica para el país. Las industrias de transformación no sólo emplean materias primas naturales, sino también sintéticas (polímeros) para obtener productos industriales finos.

2. En la fabricación del vidrio

I) la principal materia prima es sílice. II) emplea la temperatura como medio de

transformación. III) la resistencia de materiales se obtiene en el

proceso de recocido.

Es (son) correcta(s)

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III

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EjErcicios

4. En la fabricación de papel

I) la materia prima son los árboles. II) se puede reutilizar el producto final. III) los desechos contaminantes son mínimos

pues la materia prima es natural.



Alternativa: D.Habilidad: Comprensión.Defensa: La industria del papel ocupa como materia prima la madera de los árboles para obtener la pulpa de celulosa, pudiendo también servir el papel ya producido (reciclaje). Esta industria de transformación es una de las más contaminantes del medio, pues emplea una gran cantidad de combustibles fósiles, bases y ácidos para obtener y blanquear la pulpa de celulosa con la que se elabora el papel.

5. Un proceso intermedio común en a las industrias de transformación es

A) la centrifugación. B) la molienda. C) la fundición. D) la flotación. E) la hidratación.

Alternativa: B.Habilidad: Comprensión.Defensa: El proceso común de las industrias de transformación es la molienda o trituración, es así, que mediante este proceso se logra aumenta la superficie de contacto de las materias primas con sus reactantes, lo cual favorece su transformación en el corto plazo.


1. Referente a las industrias químicas es correcto que:

A) El empleo de materia prima natural genera niveles de contaminación mínimos.

B) Las materias primas sólo se usan para obtener materiales sintéticos.

C) La obtención de productos intermedios y finos a partir de materia prima les otorga a estos valor agregado.

D) Las industrias químicas no involucran un desarrollo económico.

E) Las fuentes de energía utilizadas en la industria química son eficientes y poco polutivas.

2. La fabricación del vidrio posee ciertas ventajas respecto a otras industrias de transformación dentro de las cuales destaca(n)

I) alto nivel de reciclaje. II) no emplear materias primas orgánicas para

su fabricación. III) ausencia de generación de contaminantes

durante la producción.



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6EjErcicios

3. Del proceso de fabricación del papel es incorrecto que

A) la materia prima es la madera.B) La pulpa de madera se obtiene directamente

de la trituración de troncos.C) La industria emplea ácido sulfúrico como

blanqueador de las fibras obtenidas de la pulpa.

D) La industria del papel consume en su producción mucha madera y agua.

E) La industria del papel posee un gran nivel de reciclaje y subproductos.

4. En la metalurgia del cobre

I) el cobre oxidado sufre el proceso de lixiviación.

II) el cobre sulfurado sufre el proceso de flotación.

III) el nivel de pureza más alto para el cobre electrolítico es 99,98%.


A) Sólo IB) Sólo IIC) Sólo IIID) Sólo I y IIIE) I, II y III

5. La industria química en sus procesos de obtención de productos emplea una gran cantidad de energía cuya base principal son los combustibles fósiles y derivados del petróleo, no obstante, en la actualidad se trabaja para que en el mediano plazo estos combustibles puedan ser reemplazados por alternativas energéticas. De estas fuentes de energía alternativas

I) el hidrógeno genera agua como desecho pero su almacenamiento es complicado por ser altamente explosivo.

II) la energía solar es la más viable alternativa de energía eléctrica en la actualidad.

III) el metanol es muy energético y libera carcinógenos como desecho de combustión.


A) Sólo IB) Sólo IIC) Sólo IIID) Sólo I y IIE) I, II y III


1CReconocimiento

2DComprensión

3BComprensión

4EReconocimiento

5DComprensión


químicA ORGÁNicA

capítulo 7


Comprender la utilidad de los derivados del carbono.

Clasificar los compuestos derivados del petróleo.

Conocer los distintos tipos de compuestos orgánicos.

Nombrar compuestos orgánicos. (hidrocarburos y grupos funcionales)

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7Química orgánica

Los compuestos de carbono presentan uno de los aspectos más interesantes de la química. Una de las razones por la que interesa su estudio es por el rol que juegan en la química de los seres vivos, tanto vegetales como animales. Otra, es por su gran espectro de usos: fármacos, colorantes, drogas, detergentes, plásticos, perfumes, fibras, aromas, enzimas, vacunas, etc.

La fabricación de estos compuestos ha creado una gigantesca industria química que consume anualmente millones de toneladas de materias primas, por lo que se hace necesario estudiar las principales fuentes de obtención del carbono y de sus compuestos.

A pesar de ser un elemento tan importante para la vida en la Tierra, su abundancia no alcanza al 0,1%, en masa, en la corteza terrestre. Paradójicamente, es el segundo elemento en abundancia en el cuerpo humano, donde alcanza un 17,5% en masa. El carbono abunda en la naturaleza, libre y combinado, pues todas las sustancias animales y vegetales lo contienen.

El carbono libre forma tres estados que son: diamante, grafito y carbono amorfo (en esta última clase destacan la hulla, la antracita, lignito y turba).

1. Fuentes naturales de obtención del carbono

1.1 Carbono elemental

Se presenta en dos tipos de cristales que se diferencian en cuanto a la forma y propiedades.

• Grafito:cada átomo de carbono está unido a tres átomos vecinos, formando redes cristalinas plano-hexagonales, las que pueden desplazarse unas sobre otras, lo que explica el hecho de que el grafito sea blando. Además, propiedades tales como su elevado punto de fusión y el hecho de que es un buen conductor de la corriente eléctrica se deben a que las redes plano-hexagonales están íntegramente formadas por enlaces covalentes (muy fuertes y difíciles de romper) y que uno de cada tres enlaces es doble, lo que otorga una gran cantidad de electrones que bajo una diferencia de potencial se mueven fácilmente, permitiendo la conductividad eléctrica.

• Diamante: cada átomo de carbono está unido por enlaces covalentes a cuatro átomos vecinos, cada uno situado en los vértices de un tetraedro regular. Por esta razón, el diamante es durísimo y su punto de fusión tan alto, pues su estructura cristalina tiene una gran regularidad. La energía de los enlaces carbono-carbono es muy grande. A diferencia del grafito, el

Elcarbónesunmineralnegro,deremotoorigenvegetal,queprocededelasmateriasvegetalesdescompuestasacumuladasdesdeépocasprehistóricasconcondicionesclimáticasquefavorecieronunciclodecrecimientorápido–descomposición–crecimiento–nuevadescomposición,quefuedepositandomateriasvegetalesenformacreciente...

H2OC

H3C

HO

H

CO2H

H

CH3

Ácido lácticoÁcido sarcoláctico

La revolución industrial fue posible gracias al carbón. Este combustible fósil hizo posible el funcionamiento de las máquinas industriales, el desplazamiento de barcos, trenes y la iluminación de las ciudades. En 1910, el 91% de la energía consumida en todo el mundo aún procedía del carbón; más tarde, éste fue reemplazado por el petróleo.

Sabías que...

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Capítulo 7 Química orgánica

diamante no puede conducir la corriente eléctrica, pues no posee enlaces dobles; en otras palabras, no posee electrones móviles capaces de migrar frente a una diferencia de potencial.

• Carbón:el carbón es un mineral negro, de remoto origen vegetal, que procede de las materias vegetales descompuestas acumuladas desde épocas prehistóricas, con condiciones climáticas que favorecieron un ciclo de crecimiento rápido – descomposición – crecimiento – nueva descomposición, que fue depositando materias vegetales en forma creciente hasta formarse vastos depósitos. Luego, sobre esto se depositaron rocas sedimentarias que impidieron el acceso de aire a las capas inferiores y las sometieron a enormes presiones. Posteriormente, las capas fueron comprimidas en lechos duros, compuestos principalmente por C de las plantas originarias, por H2, N2, O2 y algo de S. En consecuencia, el carbón extraído no es 100% carbono sino que mezclas.

El carbón más puro es la antracita, que contiene entre 85 y 95% de C. La hulla contiene aproximadamente un 78% de C y la turba, entre 60-70%.

Al calentar carbón a altas temperaturas en ausencia de aire, se pueden destilar, entre otros, NH3, fenol, benceno, quedando un residuo conocido como coke, que se aplica en la reducción de mineral de hierro (óxidos) a hierro metálico en la fabricación de acero.

En Chile, lo que se obtiene es mineral de hulla en las minas de Lota.

El carbono sintético se obtiene mediante procesos que concluyen en:

- Carbónvegetal: se obtiene por calentamiento sin aire de la madera. Los desprendidos son una mezcla de compuestos orgánicos de alto valor comercial.

- Carbónmineral:se obtiene al someter huesos de animales a calentamiento sin aire y constituye un residuo negro que contiene 10% de carbono, finamente dividido entre la estructura porosa del fosfato cálcico (Ca3(PO4)2).

1.2 Petróleo

Es un líquido oleoso, de color variable que va del amarillo pardo al negro. Consiste en una mezcla compleja de hidrocarburos, desde los de menor número de átomos de carbono hasta los más elevados.

Se origina de las materias vivas acumuladas en edades remotas, materias que han sufrido grandes transformaciones químicas en el tiempo. Se encuentra en las formaciones de rocas porosas, envueltas por rocas impermeables que encierran los bolsones de petróleo. Cuando se perfora un bolsón, el petróleo fluye a través de la estructura porosa, empujado por la fusión de los gases y aguas subterráneas, y sale a la superficie.

La creciente demanda de gasolina ha obligado a recurrir a un método por el que algunas moléculas más pesadas, comprendidas dentro de los límites del gas oil, se transforman en otras más ligeras con puntos de ebullición más bajos, comprendidas dentro de los límites de la gasolina.

Para esto, las fracciones más altas del fuel oil se calientan bajo presión con catalizadores, con lo que se rompen las moléculas grandes, originando otras más pequeñas y volátiles. Este proceso, que se realiza 500 °C y a 15 atmósferas de presión, constituye el Craking Catálico de petróleo.

Sabías que...

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71.2.1 Refinación del petróleo

La refinación del petróleo, se divide en dos procesos. Por un lado, la destilación fraccionada y posteriormente la etapa de conversión.

Una vez extraído el petróleo de los pozos petrolíferos, junto con fracciones de gas y agua, es conducido por lo oleoductos hacia las refinerías, donde ingresa primero a la torre de destilación primaria o torre de destilación atmosférica.

La destilación fraccionada es un proceso de separación que se basa en los diferentes puntos de ebullición de la mezcla. También se puede asociar al peso molecular que tienen los hidrocarburos, ya que esto último se relaciona directamente con los puntos de ebullición. Por lo tanto, al ir aumentando la temperatura, los hidrocarburos más livianos (bajos puntos de ebullición) salen por lo más alto de la torre, sin embargo, los más pesados (altos puntos de ebullición) salen por la parte baja de la torre.

Todas las fracciones del destilado del petróleo, son sometidas a tratamientos posteriores para convertirlas en los productos finales deseados. Es así como se aplica la conversión, que se basa en ciertos procesos tales como Cracking, Isomerización y alquilación, buscando, de alguna manera, mejorar el rendimiento del crudo, ya que una de las principales finalidades de destilar el petróleo es obtener gran fracción de combustibles.

Es así, como el cracking, que puede ser catalítico o térmico, los hidrocarburos más pesados, o de cadenas más larga, se transforman en más livianos o de cadena corta. La Isomerización transforma moléculas en otras de igual número de átomos, pero con disposición distinta. La Alquilación es una síntesis química por medio de la cual se unen olefinas ligeras con isobutano, produciendo un alquilado con puntos de ebullición que se ubican dentro del intervalo de la gasolina.

Productos de la destilación del petróleo

Producto Composición Destilaentre Aplicaciones

GasesMetano a pentano

C1 → C5− 165 °C a 30 °C Combustibles gaseosos,

metano, gas de cañería.

Éter de petróleoPentano a heptano

C5 → C730 °C a 90 °C Disolventes, lavado en seco

Gasolina o bencinaHeptano a nonano

C7 → C970 °C a 200 °C

Disolvente, combustible para motores de automóviles a explosión.

Kerosene (parafina)Decano a hexadecano

C10

→ C16175 °C a 275 °C

Alumbrado y combustible para calefactores.

Gas oil o aceite combustible o petróleo Diesel

Pentadecano a octadecanoC15 → C18

275 °C hasta 375 °CCombustible para hornos y calefactores y para motores Diesel.

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Aceites lubricantes, vaselinas C20 → C30

Por encima de 350 °C Lubricación y pomadas

Ceras de parafina C20 → C32Fusión 27 °C a 69 °C Velas, impermeabilización.

Betún, alquitrán, asfaltos Residuo Asfalto artificial, recubrimiento, adhesivos.

Coque de petróleo Residuo de destilar o secar Electrodos de carbón

1.3 Gas natural

Es una mezcla de compuestos de carbono e hidrógeno, de baja Masa Molar como el Metano, etano, propano y butano. Siendo el metano el principal gas. Estos hidrocarburos se encuentran en campos subterráneos de arenas u otras rocas porosas. El gas fluye generalmente hacia la superficie cuando el campo es perforado en busca de petróleo.

Composición de gases

Constituyente Fórmula Composición

Metano CH4 95 − 98 %

Etano C2H6 0,8 − 1 %

Propano C3H8 0,3 − 0,5 %

Butano C4H10 0,2 − 0,3 %

Otros − 3,7 − 0,2 %

Ejemplo:Vertedero Lo Errázuriz, Lepanto.

1.4 Productos vegetales y animales

Las plantas y animales constituyen fábricas químicas muy eficaces que sintetizan muchos compuestos de carbonos útiles para el hombre, tales como: azúcares, almidones, aceites y ceras vegetales, grasas, gelatina, colorantes, drogas, fibras, etc.

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7

Entre20y70ºCCombustible para transportey materias primas para la fabricación de plásticos y detergentes

Entre160y250ºCQueroseno (parafina):combustible para aviones de reacción y para calefacción

A400ºCCalentamiento del petróleo bruto

Residuos de los que seobtienen: aceite lubricante, vaselina y asfalto

Entre250y350ºCGasoil que se convierte encombustible diesel y paracalefacción

Entre70y160ºCNafta virgen que se transforma en combustible de autonomía y en otros productos químicos

A20ºCGases de refinería como el propano y el butano para calefacción, cocina y alumbrado

2. Propiedades químicas del carbono

La estructura electrónica del carbono es: 1s2 2s2 2p2. Puesto que el carbono posee 4 electrones de valencia (los de la última capa), tenderá a formar compuestos en los cuales comparte los 4 electrones de valencia.

Es posible observar esta tetravalencia en la mayoría de los compuestos del carbono.

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La regla dice que elcarbonoestarásiemprerodeadode8electronesode4enlaces cuando forme parte de algún compuesto. Cabe destacar que en el carbono, como en otros elementos, es posible observar no sólo enlaces simples en sus compuestos sino que también enlaces dobles (C=C) y triples (C ≡ C), de 4 y 6 electrones, respectivamente.

Esta diversidad de enlaces covalentes provienen de la capacidad del átomo de carbono de hibridar sus orbitales s y p por comodidad energética. El átomo, al presentar hibridación, “se siente más cómodo” estructural y energéticamente. Este proceso de hibridación no es otra cosa que una combinación de orbitales de diferente energía y orientación.

Este hecho se explica por la “promoción” de un electrón desde un orbital 2s a uno 2pz. Es decir, de un estado fundamental a uno hibridado.

Estadofundamental:1s2 2s2 2px

1 2py1 2pz

0

Estadohibridado:1s2 2s1 2px

1 2py1 2pz

1

(Combinación de orbitales)

Quedando en este último caso, 4 e que son capaces de enlazarse de modo de asegurar que el C quede rodeado de 8 e en su capa de valencia para cumplir con la Ley del Octeto.

E

E E

E

x

C

x

x x

Por lo tanto, no debemos extrañarnos si encontramos compuestos como:

CH2=CH—CH=CH2 HC=CH

C

C

C

CC

C

H

H

H

H

O

C

H

OH

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7Lametamorfosisdelcarbono

Podemos explicar la formación de enlaces carbono - carbono basándonos en la teoría orbital molecular. Para ello, analicemos primero qué ocurre con los electrones apareados que tiene el carbono en su último nivel.

6C : 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Para completar el octeto, el carbono necesita formar cuatro enlaces, es decir, requiere 4 electrones desapareados. Para conseguirlos, el carbono absorbe energía desde el entorno y pasa a un estado excitado, luego combina estos OA entre sí y forma orbitaleshíbridos en un preoceso llamado hibridación.

1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Estado fundamental

1s2 2s1 2px1 2py

1 2pz1

Estado excitado

Para representar la imagen tridimensional de una molécula en dos dimensiones, se emplea la siguiente convención: lo que está en el plano del papel se dibuja como una línea de un trazo uniforme ( ), si el elemento está hacia atrás se dibuja con una línea punteada ( ) y lo que viene hacia delante del plano del papel, con un trazo lleno ( ).

El dibujo muestra el proceso de hibridación del carbono en sus tres formas: la hibridación sp3 cuando el carbono se une a cuatro átomos. La hibridación sp2, cuando se une a tres átomos. La hibridación sp, cuando se une a dos átomos.

s+

py

pz

px

2s2 2px1 2py

1 2pz0

Estado fundamental

2s1 2px1 2py

1 2pz1

Estado excitado

energía

Hibridación sp2Hibridación sp3 Hibridación sp

1s2 2(sp3)1 2(sp3)1 2(sp3)1 2(sp3)1

sp3 sp3 sp3 sp3

+ + +

1s2 2(sp2)1 2(sp2)1 2(sp2)1 2pz1

sp2 sp2 sp2

+ + +

p

1s2 2sp1 2sp1 2py1 2pz

1

sp sp

+ + +

pp

109º

120º

180º

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3. Compuestos inorgánicos del carbono

a.Carburos

Son compuestos formados por carbono y un metal.

Ejemplo Ca2C Carburo de calcio

b.Sulfuros,clorurosyanhídridos

Están formados por carbono y no metales.

Ejemplos Sulfuros CS2

Disulfuro de carbono

Cloruros CCl4

Tetracloruro de carbono

Anhídridos CO2

Dióxido de carbono

c.Ácidos

Presentan ciertos H que confieren características ácidas a las solu-ciones.

Ejemplos H2CO3 Ácido carbónico

HCN Ácido cianhídrico

d.Carbonatos,bicarbonatos

Carbonatos: son combinaciones de un metal con ácido carbónico.

Ejemplo Na2CO3 Carbonato de sodio

Bicarbonatos:son combinaciones de un metal con carbonato ácido, en los cuales el metal reemplaza un hidrógeno del ácido carbónico.

Ejemplo NaHCO3 Carbonato ácido de sodio o bicarbonato de sodio

El término saturado asignado a los alcanos y ciclo alcanos alude

a la imposibilidad de éstos de añadir más hidrógeno a su molécula, ya que sus átomos de carbono carecen de enlaces disponibles para ello.

Los alquenos, alquinos y ciclo alquenos y ciclo alquinos, por tener enlaces múltiples, pueden añadir átomos de hidrógeno a su molécula mediante reacciones de adición. Por eso se les denomina insaturados.

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74. Compuestos orgánicos del carbono

4.1 Los hidrocarburos

Corresponden a compuestos formados sólo por carbono e hidrógeno. Se consideran los compuestos orgánicos más simples y su nomenclatura es la base para nombrar todos los compuestos orgánicos. Los hidrocarburos pueden clasificarse según el siguiente cuadro.

Alifáticos

Hidrocarburos Alicíclicos

Aromáticos

Saturados Alcanos (Enlace simple C – C)

Alquenos (Enlace doble C C)

Alquinos (Enlace triple C C) Insaturados

4.1.1 Hidrocarburos alifáticos

Están constituidos por C y H y se dividen en alcanos, alquenos y alquinos.

• Alcanosoparafinas: hidrocarburos saturados de cadena abierta. Pueden suponerse derivados del metano (CH4), por sustitución sucesiva de un H por un grupo CH3– (metilo).

Su fórmula empírica general es CnH2n+2, donde n es el número de átomos de carbono. Cada carbono posee valencia IV y sus enlaces, sean con H u otro C, son “simples” con hibridaciónsp3que tiene una disposicióntetraédrica en el espacio, con cada carbono en el centro del tetraedro.

En general para los alcanos, siempre los grupos de los extremos de la molécula serán CH3– y, al ir aumentando el número de carbonos en la cadena, se va añadiendo un – CH2– .

Así, el alcano que sigue al metano (CH4) resulta de cambiarle a éste un H por otro carbono tetravalente:

Nomenclatura: Para nombrar los alcanos se escribe el prefijo que corresponde a su número de carbonos seguida de

terminación ANO.

Los alcanos con tres o más carbonos pueden ser cíclicos, además de lineales, y constituyen los CICLOSALCANOS. Llevan el mismo nombre del alcano que corresponde con cadena abierta, pero se antepone la palabra CICLO.

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Fórmula del alcano Número de carbonos Prefijo IUPAC Nombre

CH4

CH3-CH3

CH3-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

MET

ET

PROP

BUT

PENT

HEX

HEPT

OCT

NON

DEC

Metano

Etano

Propano

Butano

Pentano

Hexano

Heptano

Octano

Nonano

Decano

• Alquenos(Olefinas): son hidrocarburosinsaturados de fórmula general CnH2n donde n es el número de átomos de carbono. Resultan de extraer dos hidrógenos de carbonos vecinos en un alcano con formación de uno o más “doblesenlaces” (insaturación – CH=CH– ), que tiene hibridraciónsp2en cada carbono. En el espacio este doble enlace tiene forma de un plano.

Es lógico que los alquenos con un solo carbono no existan, ya que el doble enlace debe ir entre carbono y carbono. Es importante notar que cada carbono sigue siendo tetravalente.

Para aumentar el número de carbonos en la serie homóloga de los alquenos, se agrega un – CH2– entre dos carbonos que no estén formando doble enlace.

Nomenclatura: Para nombrarlos, se escribe el prefijo que les corresponde según su número de carbonos seguidos de la terminación ENO.

• Alquinos:son hidrocarburos insaturados de fórmula general CnH2n−2 (donde n es el número de carbono). Resultan de la extracción de dos hidrógenos en carbonos vecinos (1 de cada carbono), justo en aquellos que formaban el doble enlace en el alqueno correspondiente, para formar un enlace “triple” con hibridación sp de los carbonos, dispuestos en el espacio de modo lineal.

– C=C – (lineal)

Cuando se aumenta el tamaño de la molécula, agregamos un – CH2– entre dos carbonos que no estén formando el triple enlace.

Nomenclatura:Para nombrarlos, se escribe el prefijo que les corresponde según su número de carbonos seguidos de la terminación INO.

H

CH

H

H

C

H

H

H

C C

H

H

H

Etano Eteno Etino

CH C H

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7Tabla resumen

Alcanos Alquenos Alquinos

Estructura clave R—CH2—R R—CH=CH—R R—C=C—R

Fórmula general CnH2n + 2 CnH2n CnH2n–2

Hibridación de los carbonos claves sp3 sp2 sp

Disposición espacial del C claves

Tetraedro

(C en centro)Doble enlace planar Triple enlace lineal

Nombre terminado en: ANO ENO INO

EjemplosCH3— CH2— CH3

propano

CH3—CH=CH2

propeno

CH3—C=CH

Propino

Nota: R puede ser H–, CH3, (CH2) n– siendo n cualquier número entero.

H

CH

H

H

C

H

H

Enlacesimple

CH3 CH3

H

C C

H

H

H

CH C H

Enlacedoble

CH2 CH2

Enlacetriple

CH CH

H HH H

H HC C

HC C

H

H

HC CH H

4.1.2 Nomenclatura de algunos hidrocarburos alifáticos

Hay hidrocarburos alifáticos que poseen ramificaciones y que serán considerados como derivados alquílicos del hidrocarburo de cadena más larga, es decir, todas las ramificaciones que sobresalgan de la cadena más larga, serán especificados como radicales.

Se denotan con una letra R y son hidrocarburos a los que se les ha sacado un H+, quedando como aniones. Se nombran con el prefijo que denota su número de carbonos y la terminación ILoILO.

Ejemplo CH4

H+ CH3—

metano metilo

Ejemplo —H+ + estructura CH4 CH3 CH3—...

metano metilo metil

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Estos radicales son inestables y no se pueden aislar para meterlos en un frasco.

N° de C Radical Nombre

1 CH3— Metilo

2 CH3—CH2— Etilo

3 CH3—CH2—CH2— Propilo

4 CH3—CH2—CH2—CH2— Butilo

5 CH3—(CH2)4— Pentilo

6 CH3—(CH2)5— Hexilo

7 CH3—(CH2)6— Heptilo

8 CH3—(CH2)7— Octilo

9 CH3—(CH2)8— Nonilo

10 CH3—(CH2)9— Decilo

Ejemplo

Sea el compuesto CH3

CH2

CHCH3 CH2 CH3

Como se puede apreciar, la cadena más larga es de 5 átomos de carbonos. Por lo tanto, el compuesto será un derivado ramificado del pentano.

Esnecesarionumerarlacadena,comenzandoporelextremodelamoléculaqueestámáscercadelaramificación:

CH3

CH2

CHCH3CH2 CH3

1

2

3 4 5y su nombre es:

3-metilpentano, ya que el radical metil (ramificación) está unido al carbono que ocupa la posición 3 dentro de la numeración de la cadena.

Cuando se trata de alquenos y alquinos, donde el doble o triple enlace caracteriza al compuesto, debe indicarse la posición en que se encuentra. Si es necesario, se antepone al nombre del compuesto el número del átomo de carbono en el cual se sitúa el enlace múltiple, eligiendo siempre el Nº menor:

Ejemplo

Sea el compuesto

6’ 5’ 4’ 3’ 2’ 1’

1 2 3 4 5 6

CH3CH— = CH CH2 CH2 CH3

— — —

Es un hexeno, pues tiene una cadena de seis átomos de carbono y posee un doble enlace.

Como el doble enlace está entre los carbonos 4’y 5’ ó 2 y 3, de las dos numeraciones alternativas se elige la que asigne el número más pequeño a la ubicación del doble enlace. Entonces, el compuesto es el 2-Hexeno.

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7Caso1cadena principal= decanosustituyentes= etilo y metilonumeración= izquierdanominación= 5-etil-3-metildecano

Caso2cadena principal= octanosustituyentes=etilos y metilosnumeración=derechanominación= 5,6-dietil-2,4-dimetiloctano

Caso3cadena principal= decenosustituyentes=etilos y metilosnumeración=izquierdanominación= 6,6-dietil-3,4-dimetil-4-deceno

Caso4cadena principal= decanosustituyentes=isopropil,secbutil y metilnumeración=izquierdanominación= 6-isopropil-2-metil-4-secbutildecano

Caso5cadena principal= decenosustituyentes=terbutil y metilosnumeración=izquierdanominación= 2,7,9-trimetil-5-terbutil-3-deceno

Caso6cadena principal= noninosustituyentes=etil y secbutilnumeración=izquierdanominación= 6-etil-4-secbutil-1-nonino

CH3 CH CH2 CH CH2 CH3

CH3 CH2 CH2

1 2

3 4 5 6

7 8 9

10

CH3

CH2 CH2 CH2

CH3 CH2 CH CH CH3

CH3 CH2

CH

123

45

6

78CH2 CH3

CH2 CH CH3

CH3

CH3 CH C CH C CH2 CH3

CH3

12

3 4 5 6

7 8

CH2 CH3

CH2 CH2 CH2 CH3

CH2 CH3

9 10

CH3 CH CH2 CH CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH3

CHCH3

CH3

CH3CH2CHCH3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 CH3

CH CH CH CH CH2

CH3

1

2 3 4 5 6

7 8

CH3 CH CH2 CH CH3

9 10

CH3

CH3

CH3CCH3

CH3

CH3 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH C CH2 CH CH21 2 3 4 5

6 7 8 9

CH3 CH2CHCH3

Se observa que en todos los casos, la cadena principal es la fila de carbonos más larga posible y la numeración se ha realizado dejando a los sustituyentes con el número de carbono menor. En casos como el 5 y el 6, donde hay doble y triple enlace, la numeración se hace en el sentido en que dichos enlaces quedan con el número menor.

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cadena principal= butanosustituyentes=metilonumeración=derechanominación= 2-metilbutano

cadena principal= heptanosustituyentes=etilonumeración=derecha o izquierdanominación= 4-etilheptano

cadena principal= butanosustituyentes=metilosnumeración=izquierdanominación= 2,2-dimetilbutano

cadena principal= decanosustituyentes=etilo y metilonumeración=izquierdanominación= 4-etil-5metildecano

cadena principal= pentanosustituyentes=metilosnumeración=derechanominación= 2,2,4-trimetilpentano

cadena principal= octanosustituyentes=etilo y propilonumeración=izquierdanominación= 2-etil-4-propiloctano

CH3 CH2 CH CH3

CH3

1234

CH3 CH2 CH2 CH CH2 CH2 CH3

CH2CH3

1 2 3 4 5 6 7

CH3 C CH2 CH3

CH3

CH31 2 3 4

CH3 CH2 CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CH2CH3

CH3

CH3 CH CH2 C CH3

12345

CH3 CH3

CH3

CH3 CH CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH3

1 2 3 4 5 6 7 8CH2CH2CH3

CH2CH3

4.1.3 Propiedades y usos de los hidrocarburos alifáticos

Los hidrocarburos alifáticos son compuestos bastante inertes, por lo que se los usa como solventes. Poseen la propiedad de ser sensibles a la oxidación en condiciones extremas reaccionando con oxígeno según un proceso de combustión y liberando gran cantidad de calor.

EjemploCH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O + E

Son compuestos que pueden ser gases, líquidos y también sólidos. Rara vez presentan color, y si lo hacen, éste será alguna variedad del blanco.

Los hidrocarburos más usados en la vida diaria son, por ejemplo, el propano y el butano, que en mezcla son usados como combustibles, en estado líquido o gaseoso, conocido como gas licuado. El combustible de los automóviles está constituido por una mezcla de hidrocarburos diferentes de 7 a 9 átomos de carbono; el kerosene (parafina) es otra mezcla combustible, pero sus constituyentes poseen de 9 a 13 átomos de carbono; la esperma de la vela, las grasas (se refiere a las grasas sintéticas) y las ceras son mezclas de carburos saturados y no saturados superiores.

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7Tabla con las propiedades de los hidrocarburos

Alcanos Alquenos y Alquinos

ESTADO FISICO:

Gaseoso

Líquidos

Sólidos

1 a 4 átomos de C

5 a 17 átomos de C

18 y más átomos de C

2 a 3 átomo de C

4 a 8 átomos de C

9 y más átomo de C

Ptos de Ebullición y Fusión Bajos debido a la falta de polaridad del enlace C-C y H-H

Densidad Menor a la del agua <1 g/mL

SolubilidadInsolubles en agua y disolventes polares.

Solubles en disolventes apolares

4.2 Hidrocarburos alicíclicos

Es un grupo de hidrocarburos que se caracteriza por poseer cadenas cerradas, esto quiere decir que todos los carbonos están unidos a otros carbonos. Las uniones pueden ser simples, dobles o triples, por lo que se mantiene la misma nomenclatura de los alifáticos, solo que a estos compuestos se les agrega el prefijo ciclo.

De los ciclos más abundantes se encuentran los de seis átomos de carbono, como el ciclohexano, formado por una cadena cerrada de seis átomos de carbono unidos entre sí por enlaces simples.

CH2

H2C

H2C

CH2

CH2

CH2

Ciclopropano

H2C CH2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2CH2

Ciclohexano

HC HC

HC HC1,3-Ciclobutadieno

CH2

HC

HC

CH2

CHCH3

3-Metilciclopenteno

CH3

H2C H2C

H2C H2C

Ciclobutano

Metilciclopropano

H2C CH2

CH

CH3

HC

CH

H2C

CH2

CHCH

1,4-Ciclohexadieno

CH2 CH2 CH2 C C CH3

6-ciclobutil-2-hexino

CH2

CH2

CH2

Ciclopentano

H2C

H2C

H2C HC

H2C HC

Ciclobuteno

CH2

CH2

CH2

Ciclopenteno

HC

HC

CH3

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4.3 Hidrocarburos aromáticos

4.3.1 Benceno

Todos los hidrocarburos aromáticos guardan relación con el benceno que es el hidrocarburo aromático más sim-ple. Corresponde a un ciclo hexano con todos sus carbonos insaturados con dobles enlaces, pero siendo todos ellos tetravalentes. Su estructura la dedujo Kekulé en 1865.

C

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

C

C C

C

C H

H

H

H

H

C H

ó

Formas de escribir el benceno (todas equivalentes):

= =

Benceno

1 2 3

Nota: Los dobles enlaces de los carbonos son móviles y se dice que están delocalizados. Es por eso que la estructura 1 es equivalente a la estructura 2 y a la estructura 3.

4.3.2 Usos y características de los compuestos aromáticos

Los compuestos aromáticos y sus derivados tienen la característica de poseer uno o más anillos bencénicos que puedan estar fusionados o no. Los compuestos aromáticos son tremendamente estables, necesitándose grandes cantidades de energía para descomponerlos (excepción T.N.T).

Estos compuestos se encuentran en la naturaleza en el carbón (hulla), de donde se extraen por destilación.

Algunos ejemplos de compuestos aromáticos son: Aspirina, Naftalina, Anilina, Paracetamol, etc.

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7Naftaleno Antraceno Pentaceno

Fenantreno Pireno 3,4-Benzopireno

Trifenileno Coronero Hexaheliceno

5. Serie homóloga

Es una secuencia de compuestos pertenecientes a un mismo tipo orgánico y que difieren entre sí por uno o más grupos CH2.

Ejemplo

Serie homóloga de hidrocarburos saturados lineales.

CH4 Metano

CH3—CH3 Etano

CH3—CH2—CH3 Propano

CH3—CH2—CH2—CH3 Butano

Serie homóloga de alcoholes saturados lineales.

CH3—OH Metanol

CH3—CH2—OH Etanol

CH3—CH2—CH2—OH Propanol

CH3—CH2—CH2—CH2—OH Butanol

6. Isomería

Los isómeros son compuestos que presentan el mismo número de átomos, pero distinta estructura, es decir, tienen la misma fórmula global. Así, mientras mayor sea el número de átomos de un compuesto, mayor será el número de posibilidades en que se pueden disponer sus átomos, es decir, mayor será el número de isómeros. De este modo, existen variados tipos de isómeros:

Una molécula puede tener varios carbonos asimétricos y, en función del número de éstos, aumenta el número de isómeros ópticos posibles. Si en la molécula hay n átomos de C asimétricos, el número máximo de isómeros posibles es 2n.

Sabías que...

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6.1 Isomería estructural

Pueden ser de varios tipos: de esqueleto, de posición y de función.

Los isómeros de esqueleto se dan en los compuestos que presentan la misma fórmula global (el mismo número de átomos y el mismo tipo de átomos), pero cuya fórmula estructural o esqueleto carbonado es diferente.

Los isómeros de función presentan idéntica fórmula global, pero difieren en el grupo funcional que poseen.

Los isómeros de posición pueden darse en compuestos que poseen la misma fórmula global, el mismo esqueleto carbonado y grupo funcional, pero se diferencian únicamente en la posición que ocupa el grupo funcional en el esqueleto carbonado.

CH3 C CH2 CH2 CH3

Fórmulaglobal:C5H10O

Grupo funcional

cetona

O

1 2 3 4 52-pentanona

CH3 CH2 CH2 C OH

Fórmulaglobal:C4H8O2

Grupo funcional

ácido carboxílico

O

ácido butanoico

aldehído

CH3 CH2 CH2 CH2 C H

O

pentanal

CH3 CH2 C O CH3

éster

O

propanoato de metilo

CH3 C CH2 CH2 CH3


Posición del grupo funcional

carbono 2

O

2-pentanona


Posición del grupo funcional

CH3 CH2 C CH2 CH3

carbono 3

O

3-pentanona

1 32 4 5

CH3 CH CH2 CH CH2 CH3

carbono 2

OH

4-metil-2-hexanol

1 2 3 4 5 6

CH3

carbono 1

4-metil-1-hexanol

CH2 CH2 CH2 CH CH2 CH3

OH

1 2 3 4 5 6

CH3

6.2 Estereoisomería

Los estereoisómeros presentan las mismas características físicas y químicas. En la práctica, los estereoisómeros presentan una imagen especular (o de espejo), es decir, tienen dos ordenamientos espaciales diferentes. Estas estructuras se denominan enantómeros o enanteómeros.

La Estereoisomería estudia a los compuestos químicos en tres dimensiones, basándose en el carbono asimétrico de la molécula. En la medida en que una molécula presenta más carbonos asimétricos, aumenta el número posible de estereoisómeros. Así, el número total de estereoisómeros de una molécula se puede calcular según la relación 2n, siendo n la cantidad de carbonos asimétricos de la molécula.

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77. Funciones orgánicas

Los grupos funcionales son grupos de átomos, que ordenados de cierta forma bien definida, confieren propie-dades particulares a los compuestos donde se presentan.

a.AlcoholesResultan de hidrocarburos (alcanos, alquenos o alquinos) en los cuales se ha reemplazado un H por un OH.Tienen fórmula general del tipo R – OH.

Se nombran igual que los hidrocarburos que los originan, pero con terminación OL.

Ejemplo CH3—CH2—OH Etanol

b.Aldehídos Resultan de hidrocarburos en los cuales se ha cambiado un — CH3 terminal por un grupo

O||

— C — H

Su fórmula general es R — CHO.

Se nombran igual que el hidrocarburo que los origina, pero con terminación AL. Ejemplo: CH3 — CHO Etanal

c.Ácidoscarboxílicos

Resultan de cambiar en un aldehído, el H del grupo por un grupo hidroxilo (OH). O

|| — C — OH, quedando R–COOH, grupo que recibe el nombre de “carboxilo”.

Estos compuestos se nombran con el prefijo que les corresponde según su número de carbonos y la terminaciónOICO. Para esto, se incluye, al contar los carbonos, el que forma el grupo carboxílico.

Ejemplo: CH3—COOH Ácido acético o ácido etanoico,conocido comúnmente como vinagre.

d.Aminas

Resultan del reemplazo, en un hidrocarburo, de un H por un grupo NH2. Su fórmula general es R–NH2

Para nombrarlos, se usa el prefijo que corresponde según su número de carbonos terminado en IL, seguido de la palabra AMINA.

Ejemplo: metano metil metilamina CH4 –CH3 CH3—NH2

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e.Amidas

Resultan al cambiar el H de un grupo aldehído, por un grupo amino (—NH2), quedando R — CO—NH2

Su nombre es dado por el prefijo que indica el número de átomos de carbono incluyendo el C del grupo amida, seguido de la terminación AMIDA.

Ejemplo: CH3 — CO—NH2 etanamida

f.Éteres

Resultan del reemplazo del H del — OH de un alcohol, por un radical cualquiera. R —O— R’

Se nombran los radicales correspondientes (R y R’) en orden alfabético, seguido de la palabra ÉTER. Los enlaces en torno al oxígeno son simples.

Ejemplo:CH3 — O —

Fenil - metiléter

g.Cetonas

Resultan del reemplazo del H de un aldehído, por un radical cualquiera.

R —CO—R’ Se nombran siguiendo la misma regla de los éteres, seguidos de la palabra CETONA.

O||

El grupo —C— se llama “carbonilo”.

Ejemplo:CH3 —CO —CH3 dimetilcetona

h.Ésteres

Resultan del reemplazo del H de un ácido carboxílico, por un radical cualquiera. Es equivalente a una sal orgá-nica.

R —COO—R’ Se nombran haciendo terminar el ácido en ATO y el radical en ILO...ATO DE...ILO

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7CH3

C OH

O

+ CH3OH CH3

C O CH3+ H2O

CH3C OH

O

+ NaOH

C O +

O

CH3C O Na+ + H2O

O

ácido acético metanol

ácido acético hidróxido de sodio

acetato de metilo agua

acetato de sodio agua

Éster

Éster de ácido

i.Fenoles

son alcoholes de compuestos aromáticos. En general, en el compuesto aromático se reemplaza un H por un —OH. Se nombran con terminación OL llevando como prefijo aquel que represente al anillo aromático.

Ejemplo

benceno fenol

OH

-H

+OH

naftaleno naftol

OH

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Alcanos

Clase de compuesto Estructura general Grupo funcional Ejemplo

R H No hay CH3 CH2 CH3 Propano

Alquenos C C

C C

X

CH2 CH2 EtenoC C

R R (H)(H)

R R (H)(H)

R(H) C C R (H) CH3 C CH Propino

CH3 Cl ClorometanoR X ( X:F,Cl,Br,I )Haloalcanos

Compuestosaromáticos

Alquinos

R (H)R(H)

R (H)

R (H)R (H)

R (H) Metilbenceno o tolueno

Alcoholes R OH OH CH3 CH2 OH Etanol

Éteres R O R´ O CH3 CH2 O CH3 Etilmetiléter

AldehídosR C H

O

C H

O

C H

O

EtanalCH3

R C R´

O

C

O

CH3 C CH3

O

PropanonaCetonas

Ácidoscarboxílicos R C OH

O

(H) C OH

O

CH3 CH2 C OH Ácido propanoico

Ésteres

O

R C OR´

O

(H) C O

O

CH3 C OCH3Acetato de metilo

O

AmidasR C NH2

O

(H) C NH2

O

CH3 C NH2Etanamida

O

Nitrilos C NR C N CH3 C N Etanonitrilo

Aminas R N R´ N CH3 N CH3 Trimetilamina(H)

R´́ (H) CH3

CH3

8. Macromoléculas

8.1 Hidratos de carbono (azúcares)

Estas moléculas están formadas por varias unidades elementales o monosacáridos. Presentan comofórmulageneralCnH2nOn. Desde el punto de vista químico, los carbohidratos corresponden a aldehídos o cetonas de 3 a 8 átomos de carbono, con varios grupos hidroxilos (-OH).

Los hidratos de carbono que tienen más de 5 átomos de carbono forman ciclos y éstos, a su vez, se unen entre sí para formar disacáridos(como el azúcar de mesa o sacarosa),trisacáridos, y así sucesivamente hasta llegar a formar polisacáridoscomo la celulosa ([glucosa]n). El enlace químico que une dos o más monosacáridos se denomina enlaceglucosídico.

Los hidratos de carbono presentan funciones energéticas, puesto que gracias al metabolismo de los glúcidos la célula obtiene la energía necesaria para su funcionamiento. Otra función destacable de los carbohidratos es su función estructural, ya que forman parte del exoesqueleto de los insectos (quitina) y son constituyentes de la madera en los vegetales (celulosa).

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78.2 Lípidos

Los lípidos, en su mayoría, están formados por C,HyO.Son compuestos muy abundantes en la naturaleza y corresponden químicamente a triésteres de ácidos grasos saturados (moléculas con enlaces simples de C - C) o de ácidos grasos insaturados (moléculas con enlaces dobles o triples de C - C).

Si los compuestos son líquidos (ácidos grasos insaturados) se los denomina aceites y si son sólidos (ácidos grasos saturados) se llaman grasas. En la naturaleza se encuentran presentes en la estructura de las hormonas, cuerpos de animales, semillas de maravilla y soja, entre otros.

Los lípidos presentan funciones de reserva, ya que constituyen la principal reserva energética del organismo, puesto que producen el doble de energía que los hidratos de carbono; funciónestructural,ya que forman parte de las membranas celulares y funciónbiocatalizadora, por ser constituyentes de vitaminas y hormonas.

+ + +

tres ácidos grasos

glicerol

triglicéridos

+

agua

8.3 Proteínas

Son macromoléculas constituidas principalmente por C,H,O,SyN, átomos que forman los aminoácidos o unidades proteicas fundamentales. De su nombre se deduce que estas moléculas sencillas tienen en su estructura los grupos funcionalesaminas (NH2) y ácido carboxílico (–COOH).

Los aminoácidos se unen entre sí para formar polipéptidos. Así, cuando el peso molecular del polipéptido es superior a los 5.000 g/mol estamos frente a unaproteína.El enlace que caracteriza la unión de dos o más aminoácidos se denomina enlacepeptídico.

Las proteínas presentan funciones estructurales, ya que son constituyentes del colágeno y de la pared celular de cilios y flagelos, entre otros; funciones de transporte, ya que forman parte de la hemoglobina; funciones enzimática y de defensadelorganismo, al formar parte de los anticuerpos.

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8.4 Ácidos nucleicos

Son macromoléculas que reciben este nombre por tener grupos ácidos (ácido fosfórico) y por haberse descubierto en el núcleo de la célula. Están formados por C,H,O,NyP.

Los ácidos nucleicos están constituidos por ácido fosfórico(H3PO4), azúcaresde5carbonos(tales como la ribosa y la desoxirribosa) y 5 bases nitrogenadas: adenina,guanina,timina,citosinayuracilo.

Según sea el azúcar y las bases nitrogenadas presentes en la estructura del ácido nucleico, se van a distinguir dos tipos: Ácido DesoxirriboNucleico (ADN o DNA) y Ácido RiboNucleico (ARN o RNA), encargados de transmitir el código genético (DNA) y de descifrar la información genética (RNA).

RNAm

RNAt

RNAr

Nucleótidos

DNA

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7Ácido

Nombre del compuesto Nombre del grupo funcional Fórmula general Sustancia donde la encontramos

Carboxilo Vinagre

Alqueno

Alquino

Alcohol R OH

Aldehído

Cetona

R C OH

O

ÉsterR C O R´

O

AmidaR C NH2

Amina

Carboxilato de R

O

Carboxamida

CarboniloR C H

O

R C R´

O

R NH2

R C C R´

H H

R C C R´

Carbonilo

Hidroxilo

Amino

Enlace doble

Enlace triple

Aroma de plátano

Proteínas de huevo

Aroma de las

almendras

Perfume

Champaña

Urea

Vinilo

Acetileno

Grupos funcionales de importancia biológica

Todos los hidrocarburos son insolubles en agua por ser compuestos con enlaces covalentes apolares y menos densos que ésta. Por lo tanto, flotan en ella.

9. Uso actual de los compuestos orgánicos

a.Haluros

• BromurodeEtilo: este compuesto es muy usado por los futbolistas, pues congela a baja temperatura, por lo que al ser aplicado sobre una contusión, adormece o anestesia por congelamiento.

Fórmula CH3—CH2— Br

• Clorurodevinilo:este compuesto tiene inmensa importancia en la industria química, pues con él se ob-tiene el polímero policloruro de vinilo (P.V.C., del inglés poli-vinil-chloride), con el que se fabrica la mayoría de los plásticos rígidos transparentes, como los vasos y envases plásticos.

Fórmula CH2= CH — CI

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b.Alcoholes

• Etanol:este compuesto es el alcohol etílico, el que se encuentra en cualquier bebida alcohólica y es el responsable, cuando se bebe en exceso, de provocar la pérdida del equilibrio y del conocimiento, en casos extremos.

Fórmula CH3— CH2OH

• Metanol:este compuesto es el alcohol que se obtiene de la destilación de la madera. Se utiliza como disol-vente, combustible y en perfumería.

Fórmula CH3— OH

c.Ácidoscarboxílicos

• ÁcidoacéticooÁcidoetanoico: este compuesto se conoce con el nombre de “Vinagre”, que es lo que comúnmente se usa sobre las ensaladas o comidas, en algunos casos.

Fórmula CH3— COOH

d.Éter

• Dimetiléter: este compuesto volátil de bajo punto de ebullición y propiedades anestésicas, como todos los éteres, es conocido vulgarmente como éter. Fue usado antiguamente en operaciones médicas.

Fórmula CH3—O—CH3

e.Cetonas

• Dimetilcetona: este compuesto es muy inflamable. Se utiliza en la fabricación de barnices, es muy común en cosmética como solvente del esmalte de las uñas. Se lo conoce vulgarmente como acetona.

Fórmula

O

CH3—C—CH3

f.Ésteres

En general se usan como disolventes y poseen olor a frutas, pero químicamente no son compuestos aromáticos.

g.Aminas

Poseen considerable importancia biológica, pues de ellas derivan los aminoácidos, fundamentales en la síntesis de proteínas. Son parte de enzimas y moléculas que dan origen a la vida propiamente tal.

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7h.Compuestosaromáticos

El benceno se utiliza en la industria como punto de partida para preparar numerosos derivados tales como tolueno, anilina, estireno, ácido benzoico, aspirina, fenol y muchos otros. Se usó como disolvente del adhesivo comercial conocido como Agorex, pero se sustituyó por tolueno, pues el benceno es cancerígeno.

i.Compuestosdeusodoméstico

Los compuestos orgánicos son parte de la vida cotidiana de las personas, es así que se encuentran tanto en artículos de limpieza, medicamentos como en productos de belleza, dentro de los cuales se pueden mencionar:

• Jabón:en la actualidad el jabón, formado generalmente por sales de sodio y potasio de distintos ácidos grasos, se fabrica en grandes calderas de acero donde se calientan las grasas fundidas por vapor de agua mientras se agitan continuamente. De forma gradual, se añade una disolución de hidróxido o carbonato.

Una vez lograda la saponificación de las grasas, se añade una disolución concentrada de cloruro de sodio o potasio, separándose el jabón que flota en la superficie, mientras se extrae desde el fondo la glicerina. Posteriormente, el jabón se somete a diversas operaciones de lavado y ebullición en disolución alcalina y se procede a su refinado y acabado.

El jabón tiene ventajas por sobre los detergentes, es así que es más barato, atóxico, fabricado a partir de materias primas renovables (aceites y grasas) y es biodegradable, o sea que una vez consumido es destruido por los microorganismos existentes en el agua, que de este modo no contamina el agua. El jabón sólo presenta problemas en dos situaciones:

-Cuandoelaguautilizadatienecarácterácido:

R – COONa + H+ R – COOH + Na+

Ácido graso

Esta reacción libera el ácido graso, que forma la grasa observada en los tanques, recipientes o tinas de baño.

Cuando en una misma cadena carbonada se encuentra el grupo

amino (-NH2) y el grupo carboxilo (-COOH), este último tiene preferencia sobre el primero, de modo que la sustancia se nombra como un ácido que tiene un sustituyente amino.

Estas sustancias son los constituyentes básicos de las proteínas y se denominan genéricamente aminoácidos.

BENCENO

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- Cuandoelaguausadaesdura,esdecir,unaguaquecontienecationesmetálicos,especialmenteCa+2yMg+2,setiene

2R – COONa + Ca+2 (R – COO)2Ca + 2Na+

Las sales de calcio y o magnesio de los ácidos grasos son insolubles y forman costras en los tanques, cañerías y tinas de baño.

• Detergentes: en 1930 comenzaron a fabricarse en Alemania unas sustancias que reemplazaron a los jabones, éstos eran los detergentes. Su fabricación fue debido a la escases de aceites y grasas que existia durante la segunda guerra mundial. Estos productos basan su acción limpiadora en la presencia de los grupos sulfonatos, sulfatos o fosfatos en lugar de los grupos carboxilatos propios del jabón. La acción sobre la grasa es semejante en detergentes y en jabones. Las gotitas de grasa de la suciedad, se rodean por una capa de moléculas de detergente. Así que mientras el extremo polar hidrófilo de éstas se introduce en el agua, el radical hidrocarbonado no polar de la molécula se adhiere a la grasa. De este modo, las gotas de grasa pueden ser arrastradas y liberadas del sustrato al que están adheridas, tales como la ropa o la piel.

La ventaja de los detergentes es que no forman precipitados con los iones del agua dura, por lo que no producen los depósitos típicos del jabón. Sin embargo, hoy sabemos que no es aconsejable el uso de ciertos detergentes. Algunos, una vez vertidos en las aguas residuales, impiden la oxigenación de éstas, deteriorando la vida acuática. Otros producen cantidad excesiva de espumas que no pueden ser descompuestas por bacterias. Decimos que estos detergentes nosonbiodegradables.

• Cremas dentales: son productos que contienen detergente por ejemplo el dodecil-sulfato de sodio (CH3(CH2)11OSO3Na) y un abrasivo que es el carbonato de calcio (CaCO3), también puede presentar glicerina, goma de celulosa, fluoruros y sabor artificial.

• Shampoo para el cabello: contiene detergente, alcohol oleico que actúa como acondicionador, alginato de sodio, que actúa como espesador, alcohol común y perfumes entre otras cosas.

• Cremaspara la piel: son productos que contienen cera de abeja, aceite de almendras, aceites minerales, vaselina, lecitina, lanolina y perfume, etc.

• Lápiceslabiales:contienen en general cera de abeja, cera de carnauba, alcohol cetilito (C16H33OH), siliconas, colorantes y perfumes.

• Explosivos: la evolución de la química orgánica trajo el nacimiento de muchas industrias importantes, un ejemplo de esto es la fabricación de los explosivos orgánicos. Se considera explosivo a toda sustancia capaz de descomponerse rápidamente, con expansión súbita de gases y una gran liberación de energía. Desde el punto de vista químico, es interesante notar que la gran mayoría de los explosivos modernos son sustancias orgánicas que contienen nitrógeno en su estructura. Los principales explosivos orgánicos son la nitroglicerina y eltrinitrotolueno (T.N.T)

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7CH3

H

CH3

O2N NO2

H

H3C

O2N

O2N

NO2

NO2

H3CN N

O

O2N

NO2

CH3

NO2

O2N NH2

CH3

NO2

H2NH2N

CH3

NO2

NH2NO2

CH3O2N

CH3

CH3

NH2O2N

NH2 O2N NH2

NH2

NO2

NHCOCH2

NOO

• Tejidossintéticos:durante muchos siglos, la humanidad solamente usó tejidos de fibras naturales, como el algodón, el lino (ambos constituidos por celulosa), la lana, la seda (ambos formados por proteínas), etc. En particular, los científicos siempre soñaron en fabricar un hilo bonito, resistente y elástico, como hecho por el gusano de seda (Bombyx mori).

Al final del siglo 19, hubo varias tentativas para obtener la seda artificial, aprovechando los productos naturales, como el algodón, puesto que contenían celulosa; surgieron de ahí varios tipos de rayones (fibra sintética).

En tanto la era de los tejidos sintéticos comenzó realmente con la síntesis del nylon, en 1938. Posteriormente, fueron creados los poliésteres y hasta hoy en día la industria textil investiga nuevas fibras sintéticas de tejidos.

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Nombre Fórmula Sufijo Producto que lo contiene

VinagreÁcidocarboxílico

Alqueno

Alquino

Alcohol

Aldehído

Cetona

Éster

Amida

Amina

Aroma de plátano

Proteínas del huevo

Aroma de las almendras

Bebidasalcohólicas

Olor a la descomposición

Aroma a limón

Acetileno

Acetona

Perfumes

CloroformoHaluro

Eter

oico

oato de R1

amida

al

ona

R amina

R eter

eno

ino

según halógeno

ol

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7Sabías que...

Un combustible alternativo

Elmetanol

Como sabemos, el automóvil se ha constituido en una de las creaciones humanas de mayor uso porque permite desplazarse con rapidez y comodidad a casi cualquier punto dentro de la red vial. Paradójicamente, esta comodidad puede convertirse en una fuerte amenaza para la calidad de vida de los ciudadanos: las emisiones de los automóviles contribuyen al efecto invernadero y al aumento de la contaminación atmosférica.

El metanol podría convertirse algún día en un combustible de automóviles que reemplazara a la gasolina.

Fuentesenergéticasalternativas

Para enfrentar los graves problemas que puede significar la alteración de la composición de gases de la atmósfera, las industrias deben afrontar el desafío que representa la producción de vehículos capaces de utilizar otra fuente energética, que sea tan eficiente y que no represente una fuente más de contaminación. Se han evaluado muchas fuentes energéticas alternativas: gas comprimido natural, gas licuado de petróleo, electricidad y metanol. Sin embargo, existen limitaciones para cada uno de ellos. El gas natural comprimido es un combustible que genera contaminantes atmosféricos: el gas licuado de petróleo presenta limitaciones que tienen que ver con el suministro y la electricidad está actualmente condicionada al empleo de grandes baterías que requieren de recarga frecuentemente, por lo que restringen el transporte.

Los estudios establecen que una de las más promisorias fuentes energéticas parece ser el metanol, el alcohol más simple que existe (CH3OH).

Su empleo rebajaría significativamente las emisiones de gases tóxicos, a tal punto que no serían detectadas por los instrumentos usados para los automóviles con motor a gasolina. Se sabe que el empleo de metanol como combustible en vehículos motorizados produce un 90% menos agentes químicos que contaminan la atmósfera. Otra ventaja del metanol es que éste no produce hollín, a diferencia de los combustibles derivados del petróleo.

La producción y el uso generalizado de un combustible alternativo se ha convertido en algo más allá de la necesidad: una urgencia. El parque automovilístico crece en una proporción tal que la amenaza se hace patente cada día.

Ventajasylimitacionesdelmetanol

Las investigaciones realizadas dan pruebas irrefutables de que si los vehículos funcionaran con metanol puro se obtendría una notable reducción en los niveles de contaminantes urbanos. Los combustibles

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como el metanol presentan una estructura química notablemente más simple que los derivados del petróleo, lo que reduce la probabilidad de una combustión incompleta, fenómeno responsable de generar las sustancias nocivas para la salud y el ambiente.

Una de las desventajas que presenta el metanol es su capacidad energética. Si se toman volúmenes iguales de gasolina y metanol, este último sólo produce la mitad de energía. Los científicos creen que esta limitación se puede compensar con la producción de un automóvil más liviano y con el menor consumo de energía para moverlo.

Sin embargo, se tienen datos que muestran algunos inconvenientes que habría que superar: la combustión de metanol produce un agente cancerígeno llamado formaldehído, que es producido también por la quema de combustibles derivados del petróleo como la gasolina y el kerosene. Otro de sus inconvenientes se refiere a las propiedades químicas del metanol: es un compuesto altamente corrosivo y también es explosivo y tóxico. Los científicos tienen el reto de encontrar las soluciones que hagan viable la alternativa del metanol.

Ya hay ingenieros que creen poder minimizar los posibles riesgos con las adaptaciones pertinentes de los vehículos.

Existen otras limitaciones que tienen que ver con el costo de la producción masiva del metanol y la emisión de dióxido de carbono, un gas que participa en el llamado efecto invernadero.

Una vez resueltos estos problemas, la utilización del metanol como fuente energética para los vehículos motorizados puede solucionar los problemas de contaminación y constituir la base para la planificación del transporte en el futuro cercano.

10. Producción de bebidas alcohólicas

La producción de bebidas alcohólicas es una de las industrias más importante en el mundo, ya que sin lugar a dudas moviliza grandes flujos de dinero.

a.Produccióndealcoholes

Sin duda, los alcoholes de mayor importancia industrial son, actualmente, el metanol y el etanol.

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7• Metanol: El metanol, alcohol metílico o carbinol, es denominado, “alcohol de madera”, porque puede ser

obtenido por el calentamiento de la madera en cilindros cerrados. Actualmente se obtiene mediante dos procesos.

-Apartirdemonóxidodecarbono

CO + 2H2 CH3OH

-Poroxidacióncontroladadelmetano

CH4 + 1⁄2 O2 CH3OH

El metanol es el más tóxico de los alcoholes. Ingerido, aunque sea en pequeñas dosis, causa ceguera y hasta la muerte. Es muy utilizado industrialmente, como solvente y en la producción de metanal o formalina, y también puede ser usado como combustible en carros de fórmula Indy y en aeromodelos.

• Etanol: El etanol o alcohol etílico es el alcohol común, de extenso uso doméstico. Se puede obtener mediante:

-Hidratacióndeletileno

CH2 CH2 + H2O CH3 – CH2OH

El etileno es obtenido a partir del petróleo

-Fermentacióndeazúcaresocereales

En países tropicales, el etanol es obtenido por fermentación del azúcar de caña. En los países templados, se utiliza como materia prima la remolacha, el maíz, el arroz u otro cereal, de ahí el nombre que se le da también como alcohol de cereales.

Después de la fermentación, el alcohol es destilado, obteniéndose el etanolcomúnde96oGL(GayLussâc), que corresponde a una mezcla de 96%deetanoly4%deagua,envolumen.

La escala Gay Lussâc, usada para medir las concentraciones de las mezclas alcohol – agua, es antigua, pero aún es bastante usada en las grandes compañías productoras de alcoholes.

En la práctica, dicha escala es incorporada a un densímetro especial, llamado alcoholímetro, en el cual el valor de 0° GL, corresponde al agua pura, y el valor 100° GL, corresponde al etanol puro.

Dos expresiones bastante usadas industrialmente son:

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Alcohol anhidro o absoluto. Es el alcohol exento de agua (100% etanol), el cual es obtenido industrialmente, destilando el etanolcomún (96° GL) con benceno, el cual arrastra consigo los 4% de agua existentes en dicho alcohol. El alcohol anhidro es usado en mezcla con la gasolina

Alcoholdesnaturalizado. Es el etanolcomún (96° GL) al cual le fueron adicionados sustancias de olor y sabor desagradables. Esto se realiza para que el “alcohol industrial”, que no está afecto a impuestos, no sea desviado para la fabricación de bebidas alcohólicas (que están afectas a impuestos).

En general, el alcohol común es usado como solvente, como combustible, como materiaprimaenlafabricacióndeotroscompuestosorgánicos, en bebidasalcohólicas, etc.

Tabla resumen de bebidas alcohólicas

Fermentados BebidaAlcohólica MateriaPrima Proceso ProducciónyºGL

Vino Uva Fermentación La uva es molida y prensada para producir el mosto.

Oscila entre 8º y 14,5º.

Cerveza Cebada fermentación Se le adiciona lúpulo en dosis diversas para dar diferentes grados de amargor.

Oscila entre 4° y 7°.

Champagne Uva Doble fermentación Primera fermentación en forma tradicional.

La segunda fermentación en la propia botella, con la adición de levaduras.

Oscila entre 11º a 12º.

Sidra Manzana Fermentación Una vez separada la pulpa de la fruta, es extraído el jugo por decantación, luego se le adicionan sales de calcio para clarificarlo.

Oscila entre 3º a 8º.

Destilados CognacoBrandy Vino blanco Destilación La destilación es realizada en calderas de cobre, dos veces consecutivas.

Grado alcohólico 40º

Whisky Mosto de diversos cereales, principalmente cebada

Destilación Posterior a la destilación, el whisky sufre un envejecimiento en barricas de encina o roble. Este envejecimiento dura desde los 6 hasta los 24 años.


GinoGinebra Mosto de varios cereales tales como maíz, cebada y la avena

Destilación Luego de la destilación es aromatizado con raíces de jengibre.


PiscooAguardiente

Mosto de la uva Destilación Dicha destilación se hace en alambiques de cobre, por tres veces consecutivas.

Oscila entre 30º y 50º.

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7FermentadosyDestilados

BebidaAlcohólica MateriaPrima Proceso ProducciónyºGL

Ron Melaza, subproducto de la caña de azúcar

Fermentación y destilación

El ron dorado es producido al agregarle al destilado una pequeña porción de azúcar quemada.

El ron, generalmente, se envejece en barricas de encina o roble.

Su grado alcohólico es de 43° GL.

Tequila Planta de tipo cactácea denominada ágave


Grado alcohólico es de 40º.

Vodka Varios cereales, tales como el centeno, avena y cebada, además se le puede obtener de la fermentación de la papa.


Su grado alcohólico varía desde los 40º hasta los 60º.

La legislación chilena especifica los siguientes índices de acuerdo a la cantidad de gramos de alcohol por litro de sangre:

Estado ConcentraciónNormal 0,3 g de alcohol por litro de sangre.Bajo la influencia del alcohol “pseudointerperancia”

0,31-0,79 g de alcohol por litro de sangre.

Ebriedad “interperancia” Más de 0,8 g de alcohol por litro de sangre.

Estimaciones

1 litro de cerveza: 0,9 g1/2 litro de vino: 1,0 g1/2 litro de champagne: 1,2 g2 vasos de combinado (35° GL): 1,0 g2 copas de whisky (40° GL) : 1,1 g

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NH 2

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7Actividades

1. Nombre los siguientes compuestos

CH3 — CH — CH2 — CH2 — CH3 CH2

CH3

CH3 — CH — CH3

CH3

2. Nombre los siguientes compuestos:

CH3 — CH2 — CH2 — CH3

CH3 — CH = CH— CH3

CH3—CH2 — CH2 — CH2 — CH3

CH ≡ CH

CH3 — CH2 — CH3

CH2 = CH — CH3

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3. Escriba la fórmula química de los siguientes compuestos:

Metano

Eteno

2 Pentino

Propanol

Dimetil éter

Benceno

Ácido acético

Ácido fórmico

Acetato de sodio

Metanol

Heptil amina

Propanamida

Fenilamina

2−Buteno

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7EjErcicios

3. De los siguientes hidrocarburos ¿cual(es) obedece(n) a la fórmula general CnH2n-2?

I. CH3— C ≡ C— CH3

II. CH3— CH2— CH3

III. CH3— CH2— C ≡ C — CH3

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo I y III

Alternativa: E.Habilidad: Aplicación.Defensa: La fórmula general CnH2n-2 es propia de los hidrocarburos alquinos, que son aquellos que poseen un enlace triple entre carbonos, de esta forma:I) CH3—C ≡ C—CH3: C4H6, Alquino.II) CH3—CH2—CH3: C3H8, Alcano.III) CH3—CH2—C ≡ C—CH3: C5H8, Alquino.

4. El compuesto CH3—CH—CH2—CH3 es un: | OH A) Alcohol. B) Aldehído. C) Cetona. D) Ácido. E) Eter.

Alternativa: A.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: Este compuesto corresponde a un alcohol, pues presenta el grupo hidroxilo (-OH) unido a un car-bono secundario y se nombra 2-butanol.

Ejerciciosresueltos

O ||1. R—C—H representa a un

A) ácido. B) alcohol. C) cetona. D) aldehído. E) éster. Alternativa: D.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: El grupo funcional corresponde al aldehído (R-CHO)

||O

2. La sustitución del H del grupo aldehído R–C–H,

por un grupo metilo origina

A) un aldehído. B) una base. C) una cetona. D) una amina. E) un alcohol.

Alternativa: C.Habilidad: Comprensión.Defensa: Cuando en el grupo funcional del aldehído se reemplaza el hidrógeno por un radical metilo resulta una cetona, la cual se caracteriza por tener un grupo carbonilo unido a dos radicales cualquiera (R-CO-R´).

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EjErcicios

5. El compuesto corresponde a

A) un alcohol. B) una cetona. C) un aldehído. D) un alcano. E) un alqueno.

Alternativa: D.Habilidad: Comprensión.Defensa: El compuesto corresponde a la representación gráfica de un hidrocarburo saturado (alcano), en don-de cada vértice de la figura corresponde a un carbono de enlace y los extremos a carbonos terminales. La ra-mificación indica que hay un radical (metilo) unido al tercer carbono del compuesto, el que se nombra 3-metil-hexano.

Ejerciciospropuestos

1. Las fórmulas C4H10 y C4H6 representan respecti-vamente:

A) Alcano y Alqueno. B) Alqueno y Alquino. C) Alcano y Alquino. D) Alquino y Alqueno. E) Alqueno y Alcano.

2. ¿Cuál de los siguientes compuestos presenta el grupo carbonilo

CO ?

I. CH3—COOH

II. CH3—O—CH3

III. HCHO

IV. CH3—CH2—CH2OH

A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo I y III D) Sólo I, II y III E) Sólo I, II y IV

3. ¿Cuál es el isómero de C5H10?

CH3 | A) CH3— C—CH3 | CH3

B) CH3

C) CH3—CH2—OH

D) CH3—CH2—CH=CH—NH2

E)

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7EjErcicios

4. El radical CH3—CH2— se llama:

A) Isopropilo B) Etilo C) Butilo D) Propilo E) Hexilo

5. En el enlace carbono-carbono del acetileno, C2H2, intervienen

A) 4 electrones. B) 5 electrones. C) 6 electrones. D) 8 electrones. E) 10 electrones.


1CAnálisis

2CComprensión

3EAnálisis

4BReconocimiento

5CAplicación

Respuestascorrectas

ÁCIDO BASE

Capítulo 8


Conocer las teorías usadas en ácido base.

Reconocer e identificar escalas de pH.

Definir términos usados en ácido base.

Discriminar compuestos ácidos básicos o neutros.

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8Ácido base

Al clasificar las sustancias químicas se trató de agruparlas de acuerdo a sus características más relevantes; es así como se llegó a distinguir 3 grupos: los ácidos, las bases y las sales.

Para los ácidos se eligió como característica más relevante el sabor agrio que ellas presentan. Así, el limón tiene tal sabor gracias al ácido cítrico; el vinagre, al ácido acético que posee, etc. Con respecto a las bases tienen en común su textura jabonosa y presentan un sabor amargo. Son bases, entonces, el hidróxido de sodio, el hidróxido de potasio, etc. Y para el tercer tipo de sustancias se llegó a su característica más relevante: negar las dos anteriores.

Sin embargo, esta clasificación es simplista, pues ácidos, bases y sales presentan también características más profundas.

1. Conceptos y características de ácidos y bases

Si se le pidiera definir operacionalmente los ácidos y las bases, sin duda Ud. trataría de observar sus características más relevantes, llegando a concluir lo siguiente:

• Ácidos: Son sustancias que se comportan como electrolitos, es decir, conforman disoluciones conductoras de electricidad. Ello se debe a la disociación iónica de las moléculas que genera iones en disolución.

Ejemplo HI → H+ + I−

- Al hacerlos reaccionar con un metal se desprende hidrógeno gaseoso.

Ejemplo

Mg + 2HCl → H2(g) + Mg+2 + 2Cl−

- Dependiendo de su comportamiento tiñen a algunos indicadores. Por ejemplo, tiñen de rojo al papel tornasol azul.

- Al reaccionar con una base, pierden sus propiedades anteriores debido a su neutralización.

- Tienen sabor agrio. Esta última propiedad no puede ser comprobada con descuido.

Los ácidos son sustancias que se comportan como electrolitos, es decir, conforman disoluciones conductoras de electricidad. Ello se debe a la disociación iónica de las moléculas que genera iones en disolución.

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Capítulo 8 Ácido base

• Bases: Son sustancias que se comportan como electrolitos al igual que los ácidos, aunque los iones que forman obviamente son diferentes.

Ejemplo NaOH → Na+ + OH–

- Tiñen de azul al papel tornasol rojo, es decir, es contrario al ácido.

- Al reaccionar con un ácido, pierde sus propiedades anteriores al neutralizarse.

- Tienen al tacto una sensación jabonosa.- Todas estas propiedades se cumplen con más o menos

rigurosidad.

• Sales: Las sales no presentan todas las características anteriormente señaladas. Sin embargo, sí son consideradas electrolitos, por lo tanto, se pueden disociar.

EjemploNaCl → Na+ + Cl–

Aunque también hay sales que pueden presentar carácter ácido o básico como las sales básicas y ácidas que provocarán hidrólisis.

2. Características químicas de ácidos y bases

2.1. Ácidos

Podemos caracterizar a los ácidos a partir de tres hipótesis, las cuales se complementan entre sí.

• HipótesisdeArrhenius→ Propone que los ácidos son sustancias capaces de ceder iones H+ en disolución acuosa (HCl, H2SO4).

• Hipótesis de Brönsted y Lowry→ Propone que los ácidos son aquellas sustancias capaces de ceder protones a la disolución (H3PO4, H2S).

• HipótesisdeLewis→ Propone que corresponden a ácidos todas aquellas sustancias capaces de captar electrones (Ca2+, Na+).

Las tres hipótesis son válidas en la actualidad.

2.2. Bases

Podemos caracterizar a las bases a partir de las mismas tres hipótesis ya desarrolladas.

• HipótesisdeArrhenius→ Propone que las bases son sustancias capaces de ceder iones OH– en disolución acuosa (NaOH, Al(OH)3).

Al ión H+, o ión hidrógeno, le denominamos frecuentemente protón, ya que cuando el átomo de hidrógeno cede un electrón, queda sólo el protón del núcleo. H -1e → H+

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8• HipótesisdeBrönstedyLowry→ Propone que las bases son aquellas sustancias capaces de captar protones

desde la disolución (H2PO4–, HS–).

• HipótesisdeLewis→ Propone que corresponden a bases todas aquellas sustancias capaces de ceder elec-trones (S2–, Cl–, O2–).

Las tres hipótesis son válidas en la actualidad.

3. Medida de la acidez y basicidad

Es posible, medir la acidez o basicidad de una entidad, experimentalmente, a través de un instrumento llamado peachímetro, o bien, utilizando papeles o disoluciones indicadoras.

Eltérminousadoparadichamedición,eselpH,yesunaescalapropuestaporelinvestigadorSörensen.

El rango de medición fluctúa entre 0 y 14 y, se define a través del logaritmo de la concentración molar del ión hidrógeno:

pH = −log [H+]

Disolución de 1 M de HCl Champú Agua destilada Sangre Lágrima Desodorante

Jugo gástrico Sudor Orina Jabón Disolución de 1 M de NaOH

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

También se puede aplicar a la concentración de OH–, a la constante de acidez y basicidad del agua, dando:

pOH = −log [OH−]

La escala de pH distingue tres zonas:

Zona pH Relación

ácida 0 a 6.9 [H+] > [OH–]

neutra 7 [H+] = [OH–]

básica 7.1 a 14 [H+] < [OH–]

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Vemos que tanto la zona ácida como la básica tienen un rango y que la zona neutra tiene un solo valor. Por lo tanto, cada ácido presentado: ácido fuerte y débil y cada base presentada: base fuerte y débil, tendrán su pH característico y la forma de calcularlo varía para cada caso.

pH disolución 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Aumento de acidez Aumento de basicidad

[OH –] 10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 1

[H+] 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-810-710-6 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14

ácido en batería de un automóvil

jugo gástrico, jugo de lim

ón

vinagrejugo de naranja, jugo de tomate, ce

rveza

agua de lluvia, orina humana

leche, saliva humana

agua pura, sangre humana

agua de mar

bicarbonato de sodio

leche de magnesia, jabón líquido

amoníaco doméstico,

líquido lim

pia-vidrios

agua de cal

líquido limpia-hornos

so

da caústica

Se observa que si la concentración de H+ va disminuyendo, la de OH– va aumentando. El producto iónico del agua, por ser constante, no puede variar. La zona neutra corresponde a un solo punto, las otras zonas tienen un rango. Por lo tanto, no será difícil establecer una concentración en función de la otra.

3.1 Relación entre pH y pOH

Esta relación surge del producto iónico del agua, el cual relaciona la concentración del ión hidrógeno y el ión hidroxilo y se expresa:

Kw=[H+] ⋅ [OH-] = 1,0 x 10-14

Al aplicar logaritmo a esta expresión se obtiene:

Kw=[H+] ⋅ [OH-] / ⋅ log logKw=log[H+] + log [OH-]

Como sabemos que: logKw=−pKw log [H+] = − pH log [OH-] = − pOH

reemplazando y multiplicando por -1, se obtiene

pKw=pH+pOH

Por último, tenemos

14 = pH + pOH

La sangre mantiene aproximadamente constante el valor de 7,4 de su pH, debido a la presencia de sistemas amortiguadores. El más conocidos de ellos es el formado por H2CO3 (ácido carbónico) y HCO3

− (ión bicarbonato).

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8Con esta expresión podemos relacionar al pOH y las zonas ácidas, neutras y básicas.

Zona pOH

ácida 14 a 7.1

neutra 7

básica 0 a 6.9

y relacionando pH y pOH se logra:

pH pOH pKw

0 14 14

1 13 14

3 11 14

5 9 14

7 7 14

9 5 14

11 3 14

14 0 14

A medida que aumenta el pH, el pOH va disminuyendo y viceversa. Sin embargo, siempre la suma de ambos debe ser 14.

3.2 Indicadores

Los indicadores son compuestos orgánicos principalmente, que tienen un rango determinado de pH a medir. Manifiestan su medición por colores y cuando son agregados a una disolución adquieren tal tonalidad, por lo que se deduce que dicha disolución tiene tal valor de pH.

Mientras el pH del compuesto sea ácido, el indicador tendrá un color determinado y si pasa a pH básico manifestará un cambio de coloración. Los indicadores son muy útiles en la titulación de ácido y bases (neutralización).

Indicador papel tornasol Azul-rojo

FenolftaleínaIncoloro-fucsia

⇐ ⇐

El nombre de n e u t r a l i z a c i ó n no implica que la disolución obtenida

sea estrictamente neutra, es decir, de pH = 7, ya que el pH depende de la posible hidrólisis de la sal formada en la reacción.

El procedimiento empleado se denomina también volumetría de neutralización, ya que se reduce a medir el volumen de base necesario para la neutralización del ácido o viceversa.

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3.3 Disoluciones buffer

Estas disoluciones también son conocidas como amortiguadoras, reguladoras y tampones. Todas indican la misma cualidad que es la de mantener el pH en un cierto rango, el cual no se ve modificado al variar algún factor de la disolución. La sangre es un ejemplo de disolución buffer, su pH está en el rango de 7 a 7.4. En las disoluciones buffer hay un equilibrio entre el componente ácido y básico.

3.4 Neutralización

La neutralización es una reacción entre un ácido y una base donde se logra equiparar la fuerza de ambos y el pH de la disolución es neutro. Supongamos el siguiente suceso, sea el HCl y el NaOH, ambos de concentración 0.1 mol/L. En la bureta coloquemos 20 mL de base y en el matraz erlenmeyer 10 mL de ácido. Empecemos a agregar al matraz un volumen de base y midamos el pH cada cierto volumen. Resumamos los resultados en la siguiente tabla:

V base / mL [H+] / mol L-1 pH

0 0.1 1

2 0.0667 1.18

4 0.0429 1.37

6 0.0250 1.6

8 0.0111 2

9.8 0.001 3

9.999 5.01x10 -6 5.3

10 1.0x10 -7 7

14 6.3x10 -13 12.2

20 3.0x10 -13 12.52

Al realizar las observaciones respectivas, se observa que a medida que el volumen de base agregado va aumentando también lo hace el pH. Cuando el volumen de base fue igual al del ácido contenido en el matraz, el pH resultó ser neutro y, finalmente, cuando el volumen de base es mayor que el del ácido, se acentuó el carácter básico de la disolución.

Se puede notar que cuando el volumen de base agregado es cercano a 10 mL, el pH empieza a subir rápidamente. Se puede pensar que este hecho es proporcional, pero no lo es, dado que al graficar los valores se obtiene una curva logarítmica y no una recta.

El pH antes del punto neutro o de equivalencia, se calculó de la siguiente forma: se hizo el supuesto de que los volúmenes son aditivos debido a que las densidades de las soluciones son iguales. Por lo tanto, el volumen final es la suma del volumen de base agregado más el volumen de ácido dado. Los moles en juego se calcularon restando a los moles de ácido los moles de base agregado y luego se aplicó la definición de pH.

El pH después del punto neutro se calculó de la siguiente forma: se volvió al supuesto de la suma de los volúmenes y, en este caso, se establece la concentración de hidróxido y los moles en juego son los de base agregados menos los moles de ácido dado. Por ello es que el pH debe dar básico después del punto neutro. Finalmente, se puede calcular el pH de zona neutra sabiendo las concentraciones en juego y los volúmenes respectivos con el supuesto de que los volúmenes se suman.

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8Sabías que...

Tratamiento de la acidez estomacal

Los antiácidos

Los trastornos gastrointestinales son en la actualidad uno de los problemas que más afectan a las personas. Las comidas rápidas y la tensión producida por la agitación con la que se vive, influyen en la aparición de enfermedades como la hiperacidez y las úlceras gástricas. Las células que revisten el estómago segregan el fluido llamado jugo gástrico que tiene un alto contenido de ácido clorhídrico (HCl). La concentración de este ácido en el jugo gástrico es de 0,03 mol/L aproximadamente, lo que corresponde a un pH de 1,52. El HCl se produce cuando los alimentos llegan al estómago, y el rol que cumple en la digestión es clave. Sin embargo, cuando una persona ha comido en exceso o está sometida a tensiones emocionales, las células del estómago secretan una mayor cantidad de este ácido, el medio estomacal se torna más ácido y surgen los conocidos malestares de la acidez.

Para combatir estos síntomas existen ciertos fármacos llamados antiácidos, que contienen bases capaces de neutralizar el exceso del ácido clorhídrico en el estómago. La eficacia de los antiácidos se mide por la capacidad de neutralizar sólo el exceso de la acidez, ya que si el pH del medio estomacal aumenta a valores mayores que 4, se podría dificultar la acción de enzimas digestivas, como la pepsina, que son fundamentales para la degradación de los alimentos. Por lo tanto, el contenido de sustancias básicas en los antiácidos, no debe ser mayor a la cantidad estequiométrica necesaria para la neutralización del exceso de ácido clorhídrico solamente. Los antiácidos, que se expenden en el comercio contienen, como máximo, 2 g de bicarbonato de sodio o 1 g de carbonato de calcio. Las reacciones de neutralización se representan por las ecuaciones (1) y (2). Uno de los productos de estas reacciones es el gas dióxido de carbono, que en el estómago puede aumentar la presión de los gases y ocasionalmente producir eructos. Los antiácidos que contienen bases como el hidróxido de magnesio o el hidróxido de aluminio, no generan dióxido de carbono en el proceso de neutralización. Otra condición que debe cumplir un antiácido es no alterar la composición del plasma sanguíneo. Una dosis elevada de bicarbonato de sodio puede producir el aumento del pH sanguíneo, causando la afección conocida como alcalosis metabólica. Los antiácidos pueden tener efectos colaterales, por ejemplo un exceso de hidróxido de magnesio puede ocasionar diarrea; en cambio, el de aluminio produce estreñimiento.

La persona con hipertensión debe tener cuidado con el bicarbonato de sodio, ya que estos pacientes deben controlar su consumo de sodio. Para quienes sufren osteoporosis, degeneración de los huesos causada por la pérdida de calcio, es recomendable que ingieran antiácidos que contengan calcio, como el carbonato de calcio.

(1) NaHCO3(ac) + HCl(ac) NaCl(ac) + H2O() + CO2()

(2) CaCO3(s) + 2HCl(ac) CaCl2(ac) + H2O() + CO2(g)

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8Actividades

1. Indique si estas sustancias son ácidas o bases según Arrhenius:

HIO3 : _____________________________________________________________________________

Fe (OH)3 : _____________________________________________________________________________

2. Complete y equilibre las siguientes reacciones de neutralización.

a. Ca (OH)2 + 2HI → _____________________________ + _____________________________

b. H2SO4 + 2Na OH → _____________________________ + _____________________________

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EjErcicios


1. El HCl y CH3COOH tienen propiedades ácidas por la presencia del en su estructura.

A) ión H+. B) Anión H-. C) grupo hidroxilo D) radical halogénico. E) electrón.

Alternativa: A.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: Tanto los ácidos inorgánicos (HCl) como los orgánicos (CH3 COOH) se caracterizan por tener proto-nes (H+) en su estructura, los cuales son los responsa-bles de conferirles el carácter ácido.

2. Al neutralizar un mol de HCl con un mol de NaOH la solución resultante presenta:

I. [ H+ ] = 10-7

II. [ H+ ] = [ OH-] III. pH = 7

A) Sólo I B) SóloII C) Sólo I y II D) Sólo I y III E) I, II y III

Alternativa: E.Habilidad: Comprensión.Defensa: La neutralización implica equiparar las fuer-zas entre ácidos y bases, por lo tanto, cuando se produce esta reacción, se tiene que la concentración de protones es igual a la de los iones hidroxilos, [H+]=[OH- ]=10-7, obteniéndose así, un pH neutro (pH=7).

3. El pH de una solución de HCl 0,1 M es:

A) 0,1 B) 1 C) 1,1 D) 10 E) 11

Alternativa: B.Habilidad: Aplicación.Defensa: El pH de una sustancia se puede calcular co-nociendo la concentración molar de los iones H+ que cede al medio, la definición matemática del pH = -log [H+], lo que resulta: pH = - log 0,1 pH = - log 10-1

pH = 1, la sustancia es de naturaleza ácida.

4. El Cu(OH)2 y el HCl, al combinarse, forman:

I. H2O II. Cu(ClO3)2 III. CuCl2 IV. CuCl

A) Sólo I y II B) SóloIyIII C) Sólo I y IV D) Sólo II y III E) Sólo II y IV

Alternativa: B.Habilidad: Comprensión.Defensa: Los compuestos que se mezclan corresponden a una base (Cu(OH)2) y a un ácido (HCl), por lo tanto, la reacción será de neutralización generando como pro-ductos una sal y agua.

Cu(OH)2 +2HCl → CuCl2 + 2H2O

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8EjErcicios

3. Una solución neutra es aquélla en que

I. [H+] = [OH–] II. pH > 7 III. pH + pOH = 7 Es (son) correcta (s)

A) Solo I B) SoloIyII C) Solo I y III D) Solo II y III E) I, II y III

4. ¿Cuál de las siguientes sustancias podría comportarse como anfótero según la teoría de LowryyBrönsted?

A) CH3 COO–

B) HSO4–

C) Pb+2

D) HI

E) KOH

5. La base conjugada del ácido H2PO4 – es:

A) H2O B) H3PO4

C) OH –

D) PO4–3

E) HPO4–2

5. El pH 8,2 es considerado un pH:

A) Ligeramente ácido. B) Básicofuerte. C) Neutro. D) Fuertemente ácido. E) Ligeramente alcalino.

Alternativa: E.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: La escala de pH presenta el rango de 0 a 14, siendo el pH 7 la neutralidad absoluta, además, se distinguen tres zona; una ácida (entre 0 y 6,7), una neutra (entre 6,8 y 7,2) y una básica o alcalina (entre 7,3 y 14). De acuerdo con esto, un valor de pH = 8,2 se considera ligeramente alcalino.


1. El pH de una solución que posee una concentración de n iones de hidrógeno, como concentración de iones libres, es:

A) pH = 10n

B) pH = 100n

C) pH = - log n D) pH = en

E) pH = ln n

2. Indique la alternativa correcta:

A) A mayor pH mayor acidez. B) AmenorpHmayoracidez. C) A menor pH mayor alcalinidad. D) A mayor pH menor alcalinidad. E) Un pH ácido presenta mayor concentración

de iones hidroxilos que un pH básico.


1CAplicación

2BComprensión

3AReconocimiento

4BComprensión

5EComprensión


MATERIALES DE USO COTIDIANO

Capítulo 9


Conocer los distintos procesos de elabora-ción de materias primas.

Reconocer los avances realizados en las diversas industrias.

Distinguir los compuestos principales de los productos obtenidos.

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9Materiales de uso cotidiano

1. Materiales

La ciencia y tecnología de los materiales se ha encargado de estudiar la forma de adaptar y fabricar materiales, tanto metálicos como no metálicos, para responder a las necesidades de la tecnología moderna.

Empleando diferentes técnicas de laboratorio, los científicos han hallado nuevas formas de utilizar el plástico, la cerámica y otros no metales en aplicaciones antes reservadas exclusivamente a los metales.

Después de descubrir que ciertos materiales no metálicos, como el silicio, podían conducir la electricidad, los investigadores diseñaron acuciosos métodos para la fabricación de minúsculos circuitos integrados en un pequeño chip de silicio. Esto hizo posible la miniaturización de los componentes de aparatos electrónicos tales como las computadoras.

A finales de la década de 1980, la ciencia de los materiales tomó un nuevo auge con el descubrimiento de materiales cerámicos que presentaban la capacidad de ser superconductores a temperaturas más elevadas que los metales y que podrían tener innovadoras aplicaciones, como en el desarrollo de los trenes de levitación magnética o las computadoras ultrarrápidas.

Aunque los últimos avances de la ciencia de materiales se han centrado sobre todo en las propiedades eléctricas, las propiedades mecánicas como la tensión, la compresión, la torsión, la flexión, siguen teniendo una gran importancia puesto que los materiales sólidos sometidos a dichas fuerzas pueden sufrir una serie de deformaciones permanentes y graduales (plastodeformación y fatiga) hasta llegar a la fractura, y es esto, precisamente lo que se pretende evitar.

A continuación, mencionaremos los materiales de mayor uso en nuestra sociedad.

1.1 Cerámicos

a. Arcilla

Material compuesto por un grupo de minerales formados por la meteorización (proceso de desintegración física y química ) de rocas feldespáticas tales como el granito.

El feldespato, constituye un extenso grupo de minerales compuesto por aluminosilicatos de potasio (KAlSi3O8), de sodio (NaAlSi3O8), de calcio (CaAl2Si2O8) e inclusive, de bario, que se encuentran en forma de cristales aislados o en masas y que son el principal constituyente de la mayoría de las rocas ígneas tales como el granito, el gneis, el basalto y otras rocas cristalinas.

En estos materiales, el grano es de tamaño microscópico y con forma de escamas, lo que hace que la superficie de agregación sea mucho mayor que su espesor, permitiendo un gran almacenamiento de agua por adherencia, otorgándole plasticidad a la arcilla y provocando la hinchazón de algunas variedades.

La mayoría de los objetos que usamos en forma cotidiana, se han formado a partir de elementos y compuestos químicos que se han unido de manera especial para constituir todos los productos manufacturados que conocemos en la actualidad. De este modo, la “ciencia y tecnología de los materiales” se ha encargado de estudiar la forma de adaptar y fabricar materiales para responder a las necesidades de la tecnología moderna.

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Capítulo 9 Materiales de uso cotidiano

La arcilla común es una mezcla de caolín y de polvo fino de algunos minerales feldespáticos anhidros (sin agua) que son capaces de ser moldeados cuando se humedecen con agua.

Las variedades más comunes de este material son: la arcilla china o caolín; la arcilla de pipa, similar al caolín pero con un contenido mayor de sílice; la arcilla de alfarería; la arcilla de escultura o plástica; la arcilla para ladrillos, una mezcla de arcilla y arena con pequeñas cantidades de hierro; y la arcilla refractaria, con pequeño o nulo contenido de caliza o de hierro.

En general, las arcillas plásticas se usan en todos los tipos de alfarería, en la fabricación de ladrillos, de baldosas, de azulejos, de ladrillos refractarios y de otros productos más finos como la porcelana.

b. Azulejo

Pieza delgada de arcilla vidriada (mediante aplicación de minerales vitrificantes como sílice o boro) o sin vidriar que se utiliza para cubrir o decorar suelos y paredes.

Los azulejos modernos se pueden fabricar con arcilla de grano fino prensada a máquina; o mediante el vaciado de la barbotina, (arcilla líquida) dentro de un molde poroso.

Antes de la cocción, puede añadirse barniz y hacerse una decoración pintada con óxidos metálicos.

Dependiendo del tipo de arcilla y de la temperatura de cocción, los azulejos pueden variar desde los de loza porosa hasta los de porcelana vidriada.

c. Cerámica

Material compuesto por arcilla endurecida mediante cocimiento en hornos.

La naturaleza y el tipo de la cerámica están determinados por la composición de la arcilla, el método de su preparación, la temperatura a la cual se ha cocido y los barnices que se han utilizado. Se distingue de la porcelana por ser porosa y opaca. Como se cuece a temperatura más baja que ésta, no llega a vitrificar.

El “caolín” o arcilla blanca se extrajo por primera vez en una colina llamada Kaoliang, China. Llegó a Europa a principios del siglo XVIII.

El caolín puro se utiliza en la manufactura de porcelana fina; mientras que las variedades impuras se usan para fabricar vasijas, gres y ladrillos, como soporte para pigmentos y en la fabricación de papel.

Su principal constituyente es la caolinita, un silicato de aluminio hidratado, Al2Si2O5(OH)4, formado por la descomposición de otros silicatos de aluminio, en especial feldespato.

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9d. Loza

La loza es una cerámica porosa cocida, por lo general, a la temperatura más baja del horno (900-1.200 ºC). Dependiendo del tipo de arcilla utilizada, al cocerse adquiere color amarillo, rojo, pardo o negro.

Para hacerla resistente al agua, es necesario barnizarla.

En general, los óxidos metálicos son los que le confieren el color a los barnices. De este modo, el cobre hace que el barniz de plomo adquiera una tonalidad verdosa, y el barniz alcalino una tonalidad turquesa; un fuego bajo hace que el cobre se torne rojo. El hierro puede dar tonalidad amarilla, parda, gris verdosa o, azul y, mezclado con otros minerales, rojo. Como se puede apreciar, los efectos específicos de cada barniz sobre la pasta de arcilla dependen tanto de su composición como del control de la temperatura del horno.

Bajo este punto de vista, el proceso de cocción de la arcilla requiere de un control muy riguroso para lograr el efecto deseado en la obtención de loza, ya que pueden conseguirse efectos diferentes debido a un aumento de la cantidad de oxígeno en la combustión (con la adecuada ventilación para producir grandes llamas) o por la reducción del oxígeno con la obstrucción parcial de la entrada de aire en el horno. Una arcilla rica en hierro, por ejemplo, se volverá de color rojo si se cuece con un fuego rico en oxígeno, mientras que en un horno pobre en oxígeno se volverá de color gris o negro, pues el óxido rojo de hierro de la arcilla (Fe2O3) se convierte en óxido negro de hierro (FeO) al desprenderse una molécula de oxígeno de la arcilla para compensar la falta de éste en el horno.

e. Cemento

Sustancia de polvo fino capaz de formar una pasta blanda al mezclarse con agua y que se endurece espontáneamente en contacto con el aire.

Tiene diversas aplicaciones, como por ejemplo, la obtención de hormigón por la unión de arena y grava con cemento Portland (es el más usual). Este material es utilizado para pegar superficies de distintos materiales o para revestir ciertas superficies a fin de protegerlas de la acción de sustancias químicas.

La clasificación de un cemento se puede hacer según: el nombre del componente principal, como por ejemplo, el cemento calcáreo que contiene óxido de silicio, o como el cemento epóxico, que contiene resinas epoxídicas; o bien, según la principal característica que posea, como por ejemplo, el cemento hidráulico o rápido, o los cementos refractantes que son capaces de resistir altas temperaturas

Los cementos utilizados en la construcción también se pueden denominar según su origen, como es el caso del cemento romano, o según su parecido con otros materiales, como el cemento Portland.

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Los cementos Portland consisten en mezclas de silicato tricálcico (3CaO·SiO2), aluminato tricálcico (3CaO·Al2O3) y silicato dicálcico (2CaO·SiO2) en diversas proporciones, junto con pequeñas cantidades de compuestos de hierro y magnesio.

Este tipo de cemento se fabrica a partir de piedra caliza, arcillas, pizarras o escorias de altos hornos que contienen óxido de aluminio y óxido de silicio, en proporciones aproximadas de un 60% de cal, 19% de óxido de silicio, 8% de óxido de aluminio, 5% de hierro, 5% de óxido de magnesio y 3% de trióxido de azufre.

En general, las rocas cementosas presentan dentro de su composición estos elementos en las proporciones adecuadas, por lo tanto, se puede obtener cemento a partir de ellas sin necesidad de emplear otras materias primas.

Para la fabricación del cemento, se trituran las materias primas mezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el “clínquer”, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. En los hornos modernos, se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento por cada 45 kg de materia prima.

El cemento Portland se emplea hoy en la mayoría de las estructuras de hormigón.

En general, si se desea que el cemento adquiera otras características de acuerdo al uso que se le va a dar, se puede variar la cantidad de sus componentes o se pueden agregar otros. Así por ejemplo, para retardar el proceso de endurecimiento, se suele añadir yeso. En estructuras construidas bajo el mar, se emplean normalmente cementos con un contenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisa resistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se utilizan cementos con una composición de hasta un 40% de óxido de aluminio.

Actualmente, la mayor producción de cemento se genera en los países industrializados, aunque también es importante la industria cementera en los países menos desarrollados. La antigua Unión Soviética, China, Japón y Estados Unidos son los mayores productores, pero Alemania, Francia, Italia, España y Brasil son también productores importantes.

f. Vidrio

El vidrio se define como una sustancia amorfa donde las unidades moleculares tienen suficiente cohesión para presentar rigidez aunque éstas se encuentran en un estado vítreo.

El vidrio se fabrica fundiendo sílice (SiO2) a altas temperaturas junto con ciertos minerales que contienen boratos y/o fosfatos. En la naturaleza, se encuentra formando parte de la obsidiana, que es un material volcánico.

El término cemento Portland se empleó por primera vez en 1824 por el fabricante inglés de cemento Joseph Aspdin, debido a su parecido con la piedra de Portland, que era muy utilizada para la construcción en Inglaterra.

El primer cemento Portland moderno, hecho de piedra caliza y arcillas, fue producido en Gran Bretaña en 1845.

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9Su principal característica es que puede enfriarse hasta su solidificación, sin que se produzca la cristalización de sus componentes; y luego, mediante calentamiento, puede volver a su forma líquida.

El vidrio fundido es maleable y se le puede dar forma deseada mediante diversas técnicas.

En general, suele ser transparente, pero también puede ser traslúcido u opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en su fabricación.

En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materias primas como carbonato de sodio o potasio, carbonato de calcio y magnesio, plomo o bórax, en distintas proporciones, para mejorar sus propiedades físicas. Así, tenemos vidrio sodocálcico, vidrio al plomo, vidrio de borosilicato, etc.

Gracias a que es un material que sufre poca contracción y dilatación frente a los cambios de temperatura, es adecuado para la fabricación de aparatos de laboratorio y objetos sometidos a grandes choques térmicos. Por otra parte, como es un mal conductor del calor y la electricidad, resulta muy útil para el aislamiento térmico y eléctrico.

Dentro de la amplia gama de aplicaciones del vidrio, tenemos: el vidrio de ventana, el vidrio de placa, botellas y recipientes, el vidrio óptico, el vidrio fotosensible o fotocromático, la industria de la vitrocerámica, fibras de vidrio, espuma de vidrio, vidrio láser, etc.

1.2 Plásticos

a. Tipos de plásticos

Los plásticos son polímeros orgánicos que tienen la capacidad de deformarse hasta conseguir una forma deseada mediante ciertos procesos como la extrusión, el moldeo o el hilado.

Las moléculas de estos polímeros pueden ser de origen natural, como por ejemplo la celulosa, la cera y el caucho natural (hule) o sintéticas, como el polietileno y el nylon.

Las cadenas de estas enormes moléculas pueden ser lineales, ramificadas o entrecruzadas, dependiendo del tipo de plástico. Las moléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan con el calor), mientras que las entrecruzadas son termoestables (no se ablandan con el calor).

En general, los plásticos se caracterizan por una alta relación resistencia/densidad, lo que les confiere excelentes propiedades para usarlos como aislantes térmicos y eléctricos, así como también, una gran resistencia a la acción de ácidos, álcalis y otros disolventes.

El inventor estadounidense Wesley Hyatt, desarrolló un método para procesar piroxilina con alcanfor y una cantidad mínima de alcohol, obteniendo un producto patentado con el nombre de celuloide que tuvo un notable éxito comercial ya que con él, se podía fabricar un sinnúmero de objetos que variaban desde cepillos dentales hasta cuellos de camisa.

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Durante las décadas posteriores a la obtención de celuloide, aparecieron otros tipos de plásticos tales como la baquelita, el rayón (material polimérico fabricado a partir de la celulosa, nitrato de celulosa o etanoato de celulosa) y el policloruro de vinilo (PVC).

Uno de los plásticos más populares desarrollados durante este periodo, es el metacrilato de metilo. Debido a sus excelentes propiedades ópticas, este material puede utilizarse para la manufactura de gafas y lentes, o en el alumbrado público o publicitario.

Las resinas de poliestireno, comercializadas alrededor de 1937, se caracterizan por su alta resistencia a la alteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su escasa absorción de agua. Estas propiedades hacen del poliestireno un material adecuado para aislamiento y accesorios utilizados a bajas temperaturas, como en instalaciones de refrigeración y en aeronaves destinadas a los vuelos a gran altura.

El PTFE (politetrafluoretileno), sintetizado por primera vez en 1938, se comercializó con el nombre de teflón en 1950. Otro descubrimiento fundamental en la década de 1930 fue la síntesis del nylon.

Durante la II Guerra Mundial, la industria de los plásticos demostró ser una fuente inagotable de sustitutos para materiales tales como el látex. De este modo, el nylon se convirtió en una de las fuentes principales de fibras textiles.

Los poliésteres se utilizaron en la fabricación de blindajes y otros materiales bélicos, y se produjeron grandes cantidades de varios tipos de caucho sintético.

Durante el periodo de la posguerra, se mantuvo el elevado ritmo de los descubrimientos y desarrollo en la industria de los plásticos. Tuvieron especial interés los avances realizados en polímeros tales como policarbonatos, acetatos y poliamidas.

De este modo, se utilizaron materiales sintéticos en lugar de los metales para fabricar maquinarias, cascos de seguridad, aparatos sometidos a altas temperaturas y muchos otros productos utilizados en lugares con condiciones ambientales extremas.

En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el polietileno, y en 1954 el italiano Giulio Natta desarrolló el polipropileno, que son los dos plásticos más utilizados en la actualidad.

b. Clasificación de plásticos según el proceso de polimerización

• Polímeros de condensación: Estas reacciones producen polímeros de diferentes longitudes. Algunos ejemplos de este tipo de polímeros son el nylon, los poliuretanos y los poliésteres.

• Polímerosdeadición:Estas reacciones producen polímeros de longitudes específicas. Algunos polímeros típicos de adición son el polietileno, el polipropileno, el policloruro de vinilo y el poliestireno.

Como sabemos, la naturaleza química de un plástico depende del monómero, unidad repetitiva, que compone la cadena del polímero. Por ejemplo, las poliolefinas están compuestas por monómeros de olefinas, que son hidrocarburos de cadena abierta con al menos un doble enlace. El polietileno es una poliolefina cuyo monómero es el etileno.

Otros tipos de polímeros son los acrílicos (como el polimetacrilato), los poliestirenos, los halogenuros de vinilo (como el policloruro de vinilo), los poliésteres, los poliuretanos, las poliamidas (como el nylon), los poliéteres, los acetatos y las resinas fenólicas, celulósicas o amínicas.

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9 En general, la fabricación de los plásticos implica cuatro pasos básicos: obtención de las materias primas,

síntesis del polímero básico, obtención del polímero como un producto utilizable industrialmente y moldeo o deformación del plástico hasta su forma definitiva.

En cuanto a las materias primas utilizadas, debemos mencionar que en un comienzo la mayoría de los plásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de la cáscara de la avena), aceites de semillas y derivados del almidón o del carbón, la caseína de la leche, etc.

Sin embargo, la mayoría de los plásticos que se elaboran en la actualidad, utilizan como materias primas cualquiera de los subproductos del petróleo debido a su bajo costo y alta versatilidad. No obstante, dado que las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materias primas, como la gasificación del carbón.

De acuerdo al uso que se le dará al material plástico, éste deberá presentar alguna propiedad determinada. Para ello, se utilizan los aditivos químicos. Por ejemplo, los antioxidantes protegen al polímero de degradaciones químicas causadas por el oxígeno o el ozono. De una forma parecida, los estabilizantes lo protegen de la intemperie. Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducen la fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugas y antiestáticas también se utilizan como aditivos.

En consecuencia, las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependen de tres factores: tiempo, temperatura y deformación.

c. Aplicación de los plásticos

Los plásticos tienen cada vez más aplicaciones en los sectores industriales y de consumo.

Por ejemplo, el polietileno de baja densidad, en forma de rollos de plástico transparente, se comercializa regularmente para ser utilizados como envoltorios.

El polietileno de alta densidad, se utiliza para películas plásticas más gruesas, como las usadas en las bolsas de basura.

Otros productos empleados frecuentemente para el empaquetado son: el poliestireno, el policloruro de vinilo (PVC), el policloruro de vinilideno y el polipropileno. Especialmente este último, ya que gracias a sus propiedades, otorga una muy buena barrera contra el vapor de agua, por lo que tiene aplicaciones domésticas en forma de películas plásticas y, en forma de fibra, se utiliza para fabricar alfombras y sogas.

La construcción es otro de los sectores que más utiliza todo tipo de materiales plásticos, incluidos los de empaquetado, descritos anteriormente. El polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del mismo modo que el PVC. Éste, además se emplea en forma de láminas como material de construcción. Muchos plásticos se utilizan para aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma de espuma, sirve para aislar paredes y techos. También se hacen marcos para puertas, ventanas y techos, molduras y otros artículos.

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Además de la construcción, otros sectores industriales dependen también de estos materiales en la actualidad. Por ejemplo, ciertos plásticos muy resistentes se utilizan para fabricar piezas de motores, colectores de toma de aire, tubos de combustible, botes de emisión, bombas de combustible, carcasas para equipos de oficina, dispositivos electrónicos y herramientas. La mayor parte de las carrocerías de automóviles están hechas de plásticos reforzados con fibra de vidrio.

Entre las aplicaciones de los materiales plásticos en productos de consumo, se encuentran los juguetes, las maletas y los artículos deportivos.

Debido a que los plásticos son relativamente inertes, los productos terminados no representan ningún peligro para el fabricante o el usuario. Sin embargo, se ha demostrado que algunos monómeros o ciertos solventes (como el benceno) utilizados en la fabricación de estos materiales pueden producir cáncer. En cuanto a los inconvenientes que ocasiona la industria del plástico, estos problemas son similares a los de la industria química en general, es decir, la alta contaminación que se provoca. Como se sabe, la mayoría de los plásticos sintéticos no pueden ser degradados por el entorno porque, a diferencia de las fibras naturales, o inclusive del metal y del vidrio, no se oxidan ni se descomponen con el tiempo. Así, a pesar de haberse desarrollado algunos plásticos degradables, ninguno ha demostrado ser viable para las condiciones requeridas en la mayoría de los vertederos de basuras.

En definitiva, la eliminación de los plásticos representa un problema medioambiental. El método más práctico para solucionar este problema es el reciclaje, que se utiliza, por ejemplo, con las botellas de bebidas gaseosas fabricadas con tereftalato de polietileno. En este caso, el reciclaje es un proceso bastante sencillo.

• Celuloide: Nombre comercial con el que se conoce un tipo especial de plástico sintético producido al mezclar nitrato de celulosa, o piroxilina, con pigmentos y agentes de relleno en una disolución de alcanfor y alcohol.

Al calentarse, se vuelve flexible y maleable, y puede moldearse en numerosas formas. Una vez frio y seco, el material se hace duro. El celuloide es transparente e incoloro, y la pasta puede colorearse, enrollarse y moldearse en formas determinadas.

Dentro de la grandes ventajas que presenta este material, destacan un alto brillo, bajo costo y alta durabilidad, ya que no se tuerce, no se decolora y no le afecta la humedad.

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9 Sin embargo, su principal inconveniente es una alta inflamabilidad, y a pesar de las modificaciones

introducidas en su elaboración para reducir el peligro de incendio, ha sido reemplazado por otros materiales en numerosas aplicaciones, como es el caso de las cintas cinematográficas.

• Metacrilato:Nombre común del polimetacrilato de metilo, polímero sintético obtenido por adición de radicales libres del monómero llamado metacrilato de metilo, CH2=CCH3COOCH3.

En el laboratorio, se obtiene calentando el monómero en presencia de un iniciador, luego de esto, la reacción se propaga hasta formar un macrorradical y el proceso se termina por desproporción.

En la industria, la polimerización se controla hasta que se obtiene una consistencia de jarabe el que luego se vierte en un molde, entre láminas de vidrio verticales, donde termina la polimerización.

El resultado es un plástico transparente, incoloro aunque fácil de colorear, y que adopta la formadel recipiente que lo contiene. Además de poseer excelentes propiedades ópticas, es resistente a la intemperie, a los golpes, a las disoluciones diluidas de ácidos y bases, y a la abrasión.

En general, se utiliza en la fabricación de múltiples productos, como tulipas, diales, mangos, objetos de bisutería, carteles y lentes. Se encuentra disponible en hojas, barras, tubos por fusión y en composiciones por moldeo y extrusión.

• Poliestireno: Son materiales obtenidos de la polimerización del estireno. Según sea el tipo de monómero del estireno utilizado en la polimerización, se pueden distinguir diversos

tipos de poliestirenos que poseen propiedades químicas y físicas muy diferentes.

Por ejemplo, el poliestireno cristal es un polímero puro del estireno, sin modificadores, lo que lo convierte en un material transparente, quebradizo e inflamable, pero con muy buenas propiedades eléctricas.

El poliestireno expandido se prepara por polimerización en suspensión del estireno en presencia de agentes aireantes y, a partir de él, se obtienen las espumas aislantes; también se utiliza para embalar productos alimenticios y objetos frágiles.

Otro poliestireno, traslúcido, muy resistente al impacto y a las bajas temperaturas, es el poliestireno de impacto que se obtiene por polimerización del estireno en presencia de caucho buna. Es menos resistente a la alteración química y al envejecimiento que el poliestireno clásico, y se utiliza sobre todo, en las instalaciones de refrigeración y en la fabricación de tapones, vasos desechables y lámparas.

La polimerización del estireno con propenonitrilo genera otro tipo de poliestireno muy resistente al rayado y a la acción de los agentes químicos. Este material es un termoplástico cuya polimerización se lleva a cabo en masa o en suspensión, mediante radicales libres.

• Polietileno:Material obtenido al polimerizar monómeros de etileno y que se designa con la sigla PE. Es uno de los materiales plásticos de mayor producción.

Según el proceso de polimerización, se distinguen varios tipos de polietilenos: el de baja densidad, el de alta densidad y los lineales de baja densidad.

El polietileno de baja densidad (LDP), es un polímero ramificado que se obtiene por la polimerización en masa del etileno, mediante un mecanismo de radicales libres, a alta presión.

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Es un sólido más o menos flexible, ligero y buen aislante eléctrico que presenta, además, una gran resistencia mecánica y química.

Gracias a sus características y bajo costos, se utiliza mucho para envasado, revestimiento de cables y en la fabricación de tuberías.

A partir del polietileno de baja densidad se obtiene el polietileno reticulado (con enlaces entre cadenas vecinas), que es un material rígido y mucho más resistente a la tracción y al cambio de temperatura. Se utiliza para proteger y aislar líneas eléctricas de tensión baja y media.

El proceso de polimerización del polietileno de alta densidad (HDP), se lleva a cabo a baja presión y con catalizadores en suspensión. Debido a esto, se obtiene un polímero muy cristalino, de cadena lineal muy poco ramificada.

Su resistencia química y térmica, así como su opacidad, impermeabilidad y dureza son superiores a las del polietileno de baja densidad, aunque este último es más resistente al agrietamiento y los impactos.

Este polietileno es ampliamente utilizado en la construcción y también para la fabricación de prótesis, envases, balones para gases y contenedores de agua y combustible.

El polietileno lineal de baja densidad (LDLP), se obtiene al polimerizar etileno con un alqueno (especialmente 1-buteno) a baja presión, en disolución, suspensión o fase gaseosa, y en presencia de catalizadores. Se trata de un polímero lineal con ramificaciones cortas que hacen que su temperatura de fusión y su resistencia a la tracción y al agrietamiento sean superiores a las del polietileno de baja densidad.

El LDLP se emplea en el recubrimiento de cables y en la fabricación de objetos moldeados por extrusión o soplado.

• PVC: Siglas con que se designa el policloruro de vinilo, (-CH2 - CHCl- )n, polímero sintético de adición que se obtiene por la polimerización del cloruro de vinilo CH2 = CHCl. Su masa molecular relativa puede llegar a ser de 1.500.000.

El proceso de polimerización se efectúa en suspensión acuosa, utilizando un jabón como emulsionante y un persulfato como iniciador, y transcurre en las tres etapas típicas de las reacciones por radicales libres: iniciación, propagación y terminación.

En la etapa de iniciación, un radical libre reacciona con el cloruro de vinilo para dar un radical libre de cloruro de vinilo:

R CH2 = CHCl R - CH2 – CHCl Durante la propagación, el radical del monómero reacciona con más moléculas de cloruro de vinilo

obteniéndose un macrorradical:

R - CH2 – CHCl + n (-CH2 - CHCl- ) R - (-CH2 - CHCl- )n - CH2 – CHCl La última etapa, es decir la etapa de terminación, es una reacción de acoplamiento de dos macrorradicales. El PVC es un plástico duro, resistente al fuego, a la luz, a los productos químicos, a los insectos, a los

hongos y a la humedad. Es ignífugo, no se rompe ni se astilla, ni se mella fácilmente.

Todas estas propiedades, y el hecho de que no requiera ser pintado y que pueda reciclarse, implican un bajo costo de mantenimiento y un menor impacto ambiental.

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9 Su rigidez permite utilizarlo en la fabricación de tuberías, láminas y recubrimientos de suelos. Se hace

flexible al mezclarlo con un plastificante, generalmente un poliéster alifático, siendo utilizado como aislante de tendidos eléctricos, como cuero sintético, para la fabricación de envases de alimentos y de artículos impermeables.

• Teflón: Este material es una resina resistente al calor y a los agentes químicos, que se obtiene por polimerización, a alta presión, del tetrafluoretileno (CF2CF2) con un iniciador de radicales libres. La energía que se desprende en la reacción de polimerización es tan elevada que se deben tomar bastantes precauciones para evitar una probable explosión.

Este plástico puede resistir temperaturas hasta de 300 ºC y se caracteriza por presentar una extraordinaria inercia química frente a todos los disolventes y agentes químicos, exceptuando los metales alcalinos en estado fundido, y al flúor a presión y temperaturas elevadas.

Frente al agua presenta una resistencia completa y una absorción absolutamente nula.

El teflón es incombustible, no inflamable, antiadherente y no absorbe olores ni sabores. Además es aislante eléctrico y presenta resistencia total al envejecimiento y a los rayos ultravioletas.

Todas estas propiedades, junto a sus elevadas tenacidad y flexibilidad, convierten al teflón en un material con múltiples aplicaciones como por ejemplo, revestimiento para hilos eléctricos y cables, vainas de protección, bobinas de motores, diafragmas y membranas; moldeado y fabricación de utensilios de uso doméstico y artículos de todo tipo.

1.3 Caucho

Esta sustancia, de origen natural o sintética, que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistencia eléctrica también se conoce con el nombre de hule.

El caucho natural se obtiene de un líquido lechoso de color blanco llamado látex, que se encuentra en numerosas plantas. El caucho sintético se prepara a partir de hidrocarburos insaturados.

Las principales fuentes de caucho puro son las láminas y planchas de látex obtenido de las plantaciones del árbol Hevea, además del látex no coagulado, empleado en algunas industrias.

El caucho, en estado natural ,es un hidrocarburo blanco o incoloro.

El compuesto de caucho más simple es el isopreno o 2-metilbutadieno, cuya fórmula química es C5H8.

A la temperatura del aire líquido, alrededor de -195 ºC, el caucho puro es un sólido duro y transparente. De 0 a 10 ºC es frágil y opaco, y por encima de 20 ºC se vuelve blando, flexible y translúcido. Al amasarlo mecánicamente, o al calentarlo por encima de 50 ºC, adquiere una textura de plástico pegajoso. A temperaturas de 200 ºC o superiores se descompone.

El caucho puro es insoluble en agua, álcalis o ácidos débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburos clorados y disulfuro de carbono. Con agentes oxidantes químicos se oxida rápidamente, pero con el oxígeno de la atmósfera lo hace lentamente.

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Actualmente, para la fabricación de artículos de caucho natural, éste se trata junto a otras sustancias y se procesa mecánicamente. La mezcla obtenida, se coloca en moldes para su posterior vulcanizado.El caucho vulcanizado tiene más elasticidad y mayor resistencia a los cambios de temperatura que el no vulcanizado; además es impermeable a los gases y resistente a la abrasión, a los agentes químicos, al calor y a la electricidad. También posee un alto coeficiente de rozamiento en superficies secas y un bajo coeficiente de rozamiento en superficies mojadas por agua.

El principal agente vulcanizante sigue siendo el azufre, aunque también se emplean ciertos elementos no metálicos como el selenio y el teluro, con una elevada proporción de azufre.

En la fase de calentamiento del proceso de vulcanización, el caucho se mezcla con el azufre y con el resto de los aditivos. La proporción azufre-caucho varía entre un 1:40 para el caucho blando hasta un 1:1 en el caucho duro.

La vulcanización en frío, que se utiliza para fabricar artículos de caucho blando como guantes y artículos de lencería, se lleva a cabo por exposición al vapor de cloruro de azufre (S2Cl2). Los agentes aceleradores de la vulcanización que se empleaban en un principio eran solamente óxidos metálicos como el blanco de plomo y la cal. Sin embargo, actualmente se utiliza una amplia variedad de aminas orgánicas.

El caucho reciclado, calentado con álcali de 12 a 30 horas, puede emplearse como adulterante del caucho crudo para rebajar el precio final del producto. La cantidad de caucho reciclado que se puede utilizar dependerá de la calidad del artículo que se quiera fabricar.

Además de la vulcanización, en la mayoría de los casos, el caucho bruto se mezcla con numerosas sustancias que modifican sus características.

Existen aditivos que estiran el caucho pero no lo endurecen materialmente, como el carbonato de calcio y la baritina o sulfato de bario. También se pueden añadir otras sustancias que le confieran mayor dureza al producto final, como el carbonato de magnesio y ciertas arcillas.

Otros aditivos utilizados son algunos pigmentos como el óxido de zinc, el litopón y muchos tintes orgánicos, además de agentes ablandadores, como ciertos derivados del petróleo (aceites y ceras), la brea de pino o los ácidos grasos, que se usan cuando el caucho es demasiado rígido para mezclarse con otras sustancias.

Antes de mezclarlo con otras sustancias, el caucho es sometido a un proceso de trituración, llamado masticación, que lo vuelve suave, pegajoso y plástico. En este estado, el caucho está en mejores condiciones para mezclarse con los aditivos mencionados anteriormente, proceso que ocurre en las máquinas mezcladoras.

En 1839, el inventor estadounidense Charles Goodyear, descubrió que cociendo caucho con azufre desaparecían las propiedades no deseables del caucho, en un proceso denominado vulcanización.

Sabías que...

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9Luego del mezclado y plastificado, el caucho puede pasar a un proceso de satinación o a uno de extrusión, dependiendo del uso que se le quiera dar.

Las máquinas satinadoras se usan para producir láminas de caucho con o sin dibujos, como las estrías en los neumáticos de los automóviles, para comprimir el caucho y darle textura de tejidos o cuerdas, y para revestimiento del caucho con más capas del mismo.

Mediante el proceso de extrusión, el caucho se prensa a través de troqueles, formándose tiras aplastadas, tubulares o de una forma determinada. Este proceso se emplea en la fabricación de tuberías, mangueras y productos para sellar puertas y ventanas.

Una vez fabricados, la mayoría de los productos del caucho se vulcanizan bajo presión y alta temperatura. Muchos productos se vulcanizan en moldes y se comprimen en prensas hidráulicas, aunque la presión necesaria para una vulcanización eficaz se puede conseguir sometiendo el caucho a la presión externa o interna del vapor durante el calentamiento.

En comparación con el caucho vulcanizado, el caucho no tratado tiene muy pocas aplicaciones. Se usa en cementos, cintas aislantes, cintas adhesivas y como aislante en mantas y zapatos.

El caucho vulcanizado tiene variadas aplicaciones. Por su resistencia a la abrasión, el caucho blando se utiliza en los dibujos de los neumáticos de los automóviles y en las cintas transportadoras; el caucho duro se emplea para fabricar carcasas de equipos de bombeo y tuberías utilizadas para perforaciones con lodos abrasivos.

Por su flexibilidad, se utiliza frecuentemente para fabricar mangueras, neumáticos y rodillos para una amplia variedad de máquinas, desde los rodillos para escurrir la ropa hasta los utilizados en las imprentas.

Por su elasticidad, se usa en varios tipos de amortiguadores y mecanismos de las carcasas de ciertas máquinas para reducir las vibraciones.

Al ser relativamente impermeable a los gases, se emplea para fabricar mangueras de aire, globos y colchones. Su resistencia al agua y a la mayoría de los productos químicos líquidos se aprovecha para fabricar ropa impermeable, trajes de buceo, tubos de laboratorio y sondas para la administración de medicamentos, revestimientos de tanques de almacenamiento, máquinas procesadoras y vagones aljibes para trenes. Por su resistencia a la electricidad, el caucho blando se utiliza en materiales aislantes, guantes protectores, zapatos y mantas, y el caucho duro se usa para las carcasas de teléfonos, piezas de aparatos de radio, medidores y otros instrumentos eléctricos. El coeficiente de rozamiento del caucho, alto en superficies secas y bajo en superficies húmedas, se aprovecha para correas de transmisión y cojinetes lubricados con agua en bombas para pozos profundos.

a. Espuma de caucho y productos moldeados

La espuma de caucho se elabora directamente a partir del látex con sustancias emulsificantes.

La mezcla se bate mecánicamente en una máquina donde se forma una gran espuma que se vierte en moldes y se vulcaniza por calentamiento para fabricar objetos como colchones y almohadas.

El látex puede moldearse para hacer artículos como juguetes o guantes de goma, introduciendo moldes de porcelana o de yeso blanco dentro del látex concentrado. De este modo, la capa de látex se adhiere al molde y se extrae después de la vulcanización.

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b. Caucho sintético

Sustancia elaborada en forma artificial y que posee las mismas propiedades del caucho natural. Se obtiene por reacciones químicas de condensación o polimerización de determinados monómeros de un hidrocarburo insaturado llamado isopreno.

Después de su fabricación, el caucho sintético también debe someterse al proceso de vulcanización.

c. Tipos de caucho sintético

• Neopreno: Este polímero es uno de los primeros cauchos sintéticos desarrollados en un laboratorio (en el año 1931). Se obtiene por polimerización del cloropreno. Las materias primas para sintetizar cloropreno son el etino y el ácido clorhídrico. El neopreno tiene la propiedad de ser altamente resistente al calor y a productos químicos como aceites y petróleo. Se emplea en tuberías de conducción de petróleo y como aislante en cables y maquinaria industriales.

• Buna o caucho artificial: En 1935 se logró sintetizar esta serie de cauchos llamados cauchos buna, obtenidos por un proceso de copolimerización, que consiste en la polimerización de dos monómeros denominados comonómeros. La palabra buna se deriva de las letras iniciales de butadieno (uno de los comonómeros), y natrium (sodio), empleado como catalizador. En la buna N, el otro comonómero es el propenonitrilo (CH2 = CH(CN)), que se produce a partir del ácido cianhídrico. La buna N es muy útil en aquellos casos donde se requiere resistencia a la acción de aceites y a la abrasión. Industrialmente, el caucho Buna se obtiene por copolimerización de butadieno y estireno (buna S).

• Cauchodebutilo:Este tipo de caucho sintético, fue producido por primera vez en 1949. Se obtiene por la copolimerización de isobutileno con butadieno o isopreno. Este material es plástico

y puede trabajarse como el caucho natural, pero es difícil de vulcanizar. Aunque no es tan flexible como el caucho natural y otros productos sintéticos, es muy resistente a la oxidación y a la acción de productos corrosivos. Debido a su baja permeabilidad a los gases, se utiliza en las cámaras interiores de los neumáticos.

d. Otros cauchos especiales

Se han desarrollado numerosos tipos de cauchos con propiedades específicas para aplicaciones y usos especiales.

Uno de estos cauchos especiales es el coroseal, un polímero de cloruro de vinilo (CH2 = CHCl). Estos polímeros son resistentes al calor, la corrosión y la electricidad, y no se deterioran por la acción de la luz ni por un almacenamiento prolongado. El coroseal no se puede vulcanizar, pero mientras no se le someta a altas temperaturas, se muestra más resistente a la abrasión que el caucho natural o el cuero.

Otro tipo de caucho especial es el tiocol, que se obtiene por copolimerización de dicloruro de etileno (CHCl = CHCl) y tetrasulfuro de sodio (Na2S4). Puede trabajarse y vulcanizarse del mismo modo que el caucho natural y se caracteriza por ser muy resistente a la acción de los aceites y los disolventes orgánicos usados en los barnices. Se emplea para aislamientos eléctricos ya que no se deteriora con la luz ni la electricidad.

Muchos otros tipos de caucho sintético se producen con métodos parecidos a los descritos anteriormente.

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9La introducción de algunos cambios en los procesos de polimerización, ha mejorado la calidad de los productos y ha abaratado, en gran medida, los costos de producción.

Uno de los mayores avances en este campo, ha sido el uso del petróleo como aditivo, que permite la conservación de enormes cantidades de caucho sintético almacenado. Gracias a ello, se ha conseguido fabricar neumáticos de larga duración.

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EjErcicios


1. El proceso de meteorización se puede clasificar como:

I. Un proceso de desintegración física. II. Un proceso de desintegración química. III. Un proceso de mezclado.

Indique la alternativa correcta.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo II y III.

Alternativa: D.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: La meteorización es un proceso físico-químico de desintegración que experimentan la mayoría de las rocas naturales.

2. El teflón es un material con excelentes propiedades antiadherentes que se obtiene al polimerizar monómeros de:

A) Metacrilato de metilo. B) Cloruro de vinilo. C) Estireno. D) Tetrafluoretileno. E) Metilbutadieno.

Alternativa: D.Habilidad: Comprensión.Defensa: Esta resina resistente al calor, se obtiene por la polimerización de los monómeros de tetrafluoretileno.

3. Para vulcanizar el caucho, se utilizan principalmente:

A) Compuestos de azufre. B) Óxidos de cobre. C) Óxidos de molibdeno. D) Boratos de calcio. E) Compuestos de silicio.

Alternativa: A.Habilidad: Conocimiento.Defensa: El principal agente utilizado en cualquier proceso de vulcanización es el azufre, aunque, en algunos casos, se puede emplear otros elementos como selenio y/o teluro.

4. Identifique la alternativa correcta con respecto a los principales componentes de la arcilla:

I. Caolinita (Al2Si2O5(OH)4) II. Aluminato tricálcico (3CaOAl2O3) III. Isopreno (C5H8)

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) Sólo I y III.

Alternativa: A.Habilidad: Conocimiento.Defensa: Uno de los principales silicatos que conforman la arcilla es el silicato de aluminio hidratado que se conoce con el nombre de caolinita, y que sirve de base para fabricar diversos materiales.

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9EjErcicios

5. El término “clínquer” está asociado a la industria de:

A) Vidrio B) Cerámica C) Loza D) Cemento E) Caucho.

Alternativa: D.Habilidad: Comprensión.Defensa: El clínquer es el resultado de la trituración y posterior fundición de las materias primas utilizadas para la fabricación del cemento.


1. La etapa de propagación, durante una polimerización implica:

I. Formación de radicales libres. II. Reacción del monómero con el solvente. III. Obtención de macrorradicales.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y III. E) Sólo II y III.

2. El caucho Buna es un material sintético obtenido mediante:

A) Un proceso de copolimerización de butadieno.

B) Un proceso de vulcanización. C) Un proceso de polimerización de estireno. D) Un proceso de depolimerización de

isopreno. E) Ninguna de las alternativas es correcta.

3. Los principales polímeros obtenidos por reaccio-nes de adición son:

A) Nylon, PE, PP, poliésteres. B) PE, PP, PVC, poliestireno. C) PVC, nylon, poliestireno, poliuretano. D) PVC, PP, isopreno, poliuretano. E) Nylon, poliuretano, PE, PVC.

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EjErcicios

4. El amplio grupo de minerales que componen el feldespato, sirven como materia prima para la fabricación de:

I. Cerámica II. Loza. III. Vidrio.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III.

5. Dentro de los aditivos químicos que se agregan a los plásticos para mejorar sus propiedades, se encuentran:

I. antioxidantes. II. plastificantes. III. estabilizantes.

A) Sólo I. B) Sólo II. C) Sólo III. D) Sólo I y II. E) I, II y III.


1CConocimiento

2AComprensión

3BAplicación

4DAplicación

5EConocimiento


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ÁcidoEspecie química que libera iones hidrógeno H+ (definición de Lowry – Brønsted, que en este respecto coincide con la definición clásica de Arrhenius).

Ácido carboxílicoÁcido que contiene el grupo funcional carboxilo, -COOH.

Ácidos nucleicosBiopolímero con unidades monoméricas formadas por un azúcar, un grupo fosfato y una base orgánica.

AlcanoCompuesto orgánico de cadena abierta que contiene sólo carbono e hidrógeno y que carece de enlace doble o triple.

AlcoholCompuesto orgánico que contiene el grupo hidróxilo, -OH.

AminoácidoMolécula con un grupo amino en el carbono adyacente al grupo carboxílico.

AlquenoCompuesto orgánico de cadena abierta que contiene sólo carbono e hidrógeno y que tiene uno o más enlaces dobles C=C.

AlquimiaActividad desarrollada en la Edad Media. Mezcla de filosofía, misticismo, magia y química. Su objetivo principal fue la transformación de los metales comunes en oro.

AlquinoCompuesto orgánico de cadena abierta, constituido exclusivamente por carbono e hidrógeno y que contiene uno o más enlaces triples C C.

AnodizadoProcedimiento mediante el que se somete un metal o recubrimiento metálico a un proceso de oxidación electroquímica, funcionando dicho metal como ánodo de la celda electroquímica.

ÁtomoEs la partícula más pequeña que posee las propiedades de un elemento. Toda la materia está compuesta de átomos.

AzuritaMineral de cobre de interés industrial, cuya fórmula es CuCO3 x Cu(OH)2.

Base Especie química que capta iones hidrógeno H+ (definición de Lowry – Brønsted).

CalorEs un flujo de energía que se produce entre cuerpos que se hallan a diferente temperatura. (Recordar lo aprendido en física en relación con las formas en que se transfiere calor: conducción, convección y radiación).

Cambio de estadoEs la interconversión de la materia entre los estados sólido, líquido o gaseoso.

Cambio físicoEs el cambio de la materia en el que no se modifica la identidad y composición de la sustancia en cuestión. Este cambio es reversible. Por ejemplo: evaporación del agua.

Cambio químicoEs la transformación en la materia que produce un cambio de la identidad de una o más sustancias, es un cambio irreversible. Por ejemplo: combustiones y oxidaciones.

GLOSARIO

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Capa de valenciaNivel de energía de un átomo que determina sus propiedades químicas, en particular la formación de enlaces. Ciencia experimentalEstudio cuyos principios y leyes provienen de la experimentación, es demostrable y puede tener aplicación práctica. Compuesto covalenteCompuesto que contiene sólo enlaces covalentes.

Compuesto orgánicoCompuesto que contiene carbono, por lo común en combinación con hidrógeno, oxígeno o nitrógeno, menos frecuente con fósforo, halógenos o azufre.

Configuración electrónicaDistribución de los electrones en los diversos niveles energéticos de un átomo, ión o molécula.

Datación radioactivaMétodo usado para determinar la edad de objetos de interés científico, histórico o arqueológico y que se basa en la determinación de la cantidad relativa o concentración de un isótopo inestable, de vida media relativamente larga.

DesnaturalizaciónPerturbación estructural de una proteína con pérdida de su función.

DismutaciónProceso de oxido-reducción interno, en el que un átomo en un compuesto se oxida en tanto que otro (s) átomo(s) del mismo tipo se reduce(n).

Disolución amortiguadora (disolución Buffer)Solución que contiene un ácido o base débil y una de sus sales, que tiene la propiedad de mantener el pH dentro de un estrecho rango cuando se le adicionan cantidades discretas de ácidos o bases.

Efecto estéricoInfluencia sobre la velocidad relativa de reacción del arreglo espacial de átomos o grupos en el sitio de reacción o próximo a éste que retarda o prácticamente impide la reacción.

Electroafinidad (afinidad electrónica)Es la energía asociada a la captación de un electrón por la capa de valencia de un átomo.

ElectrófiloEspecie que presenta alguna deficiencia de electrones o que tiene carga positiva y que se enlaza a átomos, particularmente carbono, en especies de alta densidad de carga electrónica o con carga negativa.

Electrometalurgia Proceso de obtención, separación o purificación de un metal que ocupa un método electroquímico.

ElectronegatividadCapacidad de un átomo, en una molécula, para atraer los electrones hacia sí.

Elemento químicoEs una sustancia constituida por un solo tipo de átomos, que puede formar parte de todas las demás sustancias.

Energía de enlaceEnergía necesaria para romper un enlace. Por lo general se refiere a 1 mol de enlaces y se expresa en kJ x mol-1.

Energía de ionización (potencia de ionización)Energía necesaria para desprender un electrón de un átomo aislado al estado gaseoso y llevarlo al infinito. Corresponde a la energía involucrada en el proceso.

M(g) → M+(g) + e–

Energía internaComprende todas las formas de energía de un sistema y se compone de las energías propias de las partículas y de sus interacciones.

Energía libre (G)Función de estado termodinámica que permite determinar la dirección en que ocurre un proceso en forma espontánea. Se define formalmente ΔG = ΔH-TΔS, en la que H es la entalpía del sistema, T su temperatura absoluta (en grados Kelvin) y S, su entropía.

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Enlace covalenteFuerza que mantiene unidos a dos átomos, cuando comparten uno o más pares de electrones.

Enlace iónicoAtracción entre átomos con carga opuesta en un compuesto iónico. Se produce cuando un átomo cede uno o más electrones y el otro lo(s) acepta.

Enlace metálicoEnlace formado por elementos metálicos que es fuertemente deslocalizado.

Entalpía (H)Función de estado termodinámica que se define formalmente como H = E + PV, en donde E es la energía interna del sistema, P su presión y V el volumen que éste ocupa.

EntornoEs la parte externa de un sistema termodinámico y que junto a éste conforma el universo.

Entropía (S)Función de estado termodinámica que se relaciona con el grado de ordenamiento del sistema.

EspectroscopioAparato que separa en sus componentes de longitud de onda característica la radiación electromagnética emitida o absorbida por un átomo.

Espontaneidad Un proceso es termodinámicamente espontáneo cuando ocurre en una determinada dirección, si un sistema es abandonado a su suerte. Todos los procesos que ocurren con una disminución de la llamada energía libre son espontáneos.

Estabilidad cinéticaSe dice que una sustancia o sistema es cinéticamente estable frente a una transformación dada, si ella ocurre con una velocidad muy pequeña.

Estabilidad termodinámicaUn sistema es termodinámicamente estable frente a un proceso determinado si éste no ocurre en forma espontánea (ΔG >0).

Estado de equilibrioEstado de un sistema en el que las variables de estado se mantienen indefinidamente inalteradas mientras no se cambien las condiciones del entorno.

Estado o número de oxidaciónSe define formalmente, para un átomo en un compuesto binario, como el número de electrones que gana o pierde dicho átomo para formar un compuesto.

EstequiometríaProporción en que los elementos o compuestos reaccionan entre sí.

EstereoquímicaRepresentación de una molécula en el espacio tridimensional, de modo que refleja la real ubicación de sus átomos o grupos atómicos.

ÉsteresCompuestos orgánicos de fórmula R-COO-R.

Estructura de LewisRepresentación de los electrones de la capa de valencia de un átomo mediante puntos. Los enlaces covalentes simples entre dos átomos se representan por un par de puntos o por un trazo, los enlaces dobles por dos pares de puntos o por dos trazos, y así sucesivamente.

Evaluación sensorialEs el paso de una secuencia destinada a identificar las características de las sustancias que no pueden expresarse por medio de un valor matemático, como lo son el aroma y el sabor.

Factores de estabilidad nuclearSon los factores de los que depende la estabilidad de un núcleo. Ellos son el cuociente neutrón / protón y la paridad (número par o impar de protones y neutrones).

Fisión nuclearFenómeno de ruptura de un núcleo en fragmentos de menor masa.

Función de estadoFunción cuyo valor depende del estado actual de un sistema y no de su historia previa. Las principales funciones de estado son la energía interna, la entalpía, la entropía y la energía libre.

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Fusión nuclearFenómeno de unión de dos núcleos o partículas para formar un núcleo de mayor masa.

GalvanizadoProcedimiento de protección de un metal, predominantemente hierro, frente al daño producido por la oxidación mediante su recubrimiento con una capa de zinc.

GasEstado de la materia en que sus moléculas tienen alta energía cinética. Entre las moléculas de un gas existe poca fuerza de atracción.

Gas noble Elemento del grupo 0 (18), He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn. Los gases nobles se caracterizan por sus niveles “np” completos (a excepción del He que completa la capa 1s) y son elementos de escasa, pero no nula, reactividad química. Por ello no se deben denominar “gases inertes”.

GenomaEstructura genética completa de un organismo.

Grupo funcionalConjunto de átomos enlazados de una determinada manera, que caracteriza el comportamiento físico-químico de las moléculas que lo contienen. Ejemplos típicos son los grupos funcionales ácido carboxílico (R-COOH), alcohol (R-OH) y éster (R-COO-R).

HibridaciónCombinación algebraica de orbitales atómicos de energía similar, para generar un número equivalente de orbitales “mezclados” o “híbridos”.

HidrataciónFenómeno por el cual un ión o molécula se rodea de moléculas de agua. Para el caso general de cualquier disolvente el proceso se denomina solvatación.

HidrometalurgiaMétodo de obtención, separación o purificación de un metal que utiliza soluciones o suspensiones acuosas.

Hipótesis científicaEs una posible explicación a un hecho o fenómeno del cual puede haber o no antecedentes previos.

Ión dipolarEspecie neutra, característica de aminoácidos, que muestra dos polos de carga opuesta.

Ión monoatómicoEspecie eléctricamente cargada que consiste de sólo un átomo.

Ión poliatómicoEspecie eléctricamente cargada consistente de dos o más átomos.

Indicador ácido-baseSustancia que manifiesta un cambio (por lo general de color) a determinado valor de la concentración de iones H+ en la disolución.

IrreversibilidadEn un sentido no riguroso, alude a la calidad de procesos (irreversibles) en un sistema que ocurren cuando se alteran las condiciones del entorno, en una sola dirección, es decir, no en dirección contraria.

Isómeros geométricosMoléculas con idéntico número de átomos y enlaces, pero con diferente distribución espacial.

IsótopoEspecie atómica caracterizada por un cierto número de protones y neutrones. Para un mismo elemento se pueden dar varios isótopos, cuyos núcleos difieren sólo en el número de neutrones.

IatroquímicaActividad posterior a la alquimia, considerada como el arte de curar sobre la base de extraños vegetales y otros preparados.

LeyEs la expresión matemática u oral de un fenómeno en el cual se observa regularidad en su comportamiento.

Leyes de Faraday de la electrólisisLeyes descubiertas por Michael Faraday, en 1833, que establecen relaciones cuantitativas entre la cantidad de corriente que ha circulado por una celda electroquímica y la masa de sustancia transformada.La cantidad de sustancia o cambio químico producido por la corriente eléctrica es proporcional a la carga eléctrica que ha circulado por la celda electrolítica.

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Para una misma cantidad de carga eléctrica que ha circulado por una celda electrolítica, la cantidad de sustancia o cambio químico producido es proporcional al peso equivalente de la sustancia. Éste se define como la masa molar, expresada en gramos, asociada a la captación o cesión de un electrón durante el proceso electroquímico para cada una de las especies en una cantidad igual a un número de Avogadro. (Véase unidad Faraday).

Lixiviación bacterianaProceso utilizado para disolver minerales, principalmente de cobre, uranio y oro, utilizando cultivos de bacterias.

MateriaEs todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en el espacio.

MecanismodereacciónDescripción de una secuencia de eventos que se postula que ocurren a nivel molecular cuando los reactantes se transforman en productos.

MenaMaterial de un yacimiento mineral, disponible en una concentración tal que permite su procesamiento para la obtención del correspondiente metal.

MetalurgiaEs la ciencia que trata de la obtención de un metal a partir de su mineral, en un estado apropiado de pureza para el empleo al que se le va a destinar.

MétodocuantitativoSecuencia de pasos destinados a obtener de las sustancias características medibles, por medio de un valor matemático, como, por ejemplo, análisis de masa y densidad.

MétododeliónelectrónProcedimiento de igualación que se aplica primero, independientemente, a las ecuaciones de las semi-reacciones de oxidación y de reducción.

En una segunda etapa éstas se relacionan para representar la reacción completa de óxido-reducción (o redox), cuidando que el número de electrones cedidos en la semi-reacción de oxidación sea igual al número de electrones aceptados en la reducción.

MetalesElementos de brillo característico, que conducen bien la corriente eléctrica y el calor.

MetaloideElemento con propiedades intermedias a las de los metales y los no metales. Su conductividad eléctrica aumenta al elevar la temperatura.

MezclaCombinación de sustancias en la que cada una conserva sus características individuales.

ModeloplanetarioModelo que describía al átomo como un diminuto sistema solar, en el que los electrones giraban alrededor del núcleo de manera análoga a como lo hacen los planetas alrededor del sol. Este modelo fue superado ya que no corresponde a una realidad física.

Molalidad(m)Unidad de concentración de disoluciones que se define como el número de moles de soluto disuelto en 1 kilogramo de disolvente.

Molaridad(M)Unidad de concentración definida por el número de moles de soluto o de especies iónicas en 1 litro de disolución.

MonómeroCompuestos a partir de los cuales se preparan polímeros.

No metalElemento que es mal conductor del calor y de la electricidad. Nucleófilo Especie que presenta un par electrónico no compartido o con carga negativa, que específicamente ataca a un átomo, generalmente de carbono, de una molécula que exhibe baja densidad de carga electrónica o carga positiva.

Número de Avogadro6,0221 x 1023 . Es el número de partículas en 1 mol.

Número másicoSuma del número de protones y neutrones en un átomo específico.

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ObservaciónActo de examinar atenta y objetivamente por medio de los sentidos un fenómeno u objeto.

OrbitalSe puede definir como una región del espacio alrededor del núcleo atómico que puede estar ocupada por 1 ó 2 electrones. (Esta no es una definición rigurosa, ya que el orbital es una función matemática o función de onda característica, que es solución de la ecuación de ondas de Schrödinger. Para el caso de un átomo se designan como orbitales atómicos, mientras que en las moléculas se conocen con el nombre de orbitales moleculares).

OsmosisPaso de moléculas de disolvente a través de una membrana semipermeable, que se manifiesta por un flujo neto de disolvente desde una disolución diluida o desde el disolvente puro hacia una disolución más concentrada.

Osmosis inversaEs el fenómeno inverso al espontáneo de osmosis y se logra aplicando una presión a una solución concentrada de modo que las moléculas de solvente pasen a través de una membrana semipermeable hacia otra disolución más diluida o hacia el disolvente puro.

OxidaciónProceso que involucra, formalmente, la cesión de uno o más electrones por parte de un átomo (o un grupo de átomos). Se dice que éste (o éstos) se oxida(n).

Partícula Alfa αNúcleo de helio, 2He4, emitido durante la desintegración radiactiva.

Partícula Beta βElectrón emitido durante la desintegración radiactiva.

Partícula Gama γFotón emitido por un núcleo excitado. Más propiamente se habla de radiación, puesto que se trata de radiación electromagnética de alta energía.

pHSe define como el valor negativo del exponente de la concentración molar de iones H+ de una disolución, expresada en base 10. También se puede expresar como: pH = -log [H+].

PirometalurgiaProceso que utiliza energía térmica (calor) para el procesamiento de metales o sus menas.

PlásticosSon todos aquellos polímeros que pueden ser moldeados en alguna de sus fases de su elaboración, mediante la aplicación de fuerzas relativamente débiles y a temperatura moderada.

Polaridad de enlacePropiedad permanente de un enlace que se manifiesta por una separación parcial de carga eléctrica determinada por la diferente electronegatividad de los átomos unidos.

PolímerosSe denomina así a todas las moléculas de muchos componentes. Se originan por la unión de muchas moléculas más simples, denominadas monómeros, y que son idénticas entre sí.

PresiónVariable de estado de un sistema termodinámico que se relaciona, en un gas, con el número de choques y cantidad de movimiento.

Primer principio de termodinámicaEs una reformulación del principio de conservación de la energía y establece que la variación de energía interna de un sistema se calcula conociendo el calor y trabajo intercambiado por el sistema.

Principio de Constitución de Bohr Establece que en la construcción de la estructura electrónica de un átomo los electrones ocupan pri-mero los niveles inferiores de menor energía y, suce-sivamente, a medida que éstos se van completando, los niveles superiores de mayor energía. Se le llama también principio de “Aufbau”.

Principio de exclusión de PauliLos electrones siempre ocupan un orbital con spin opuesto, de modo que éste jamás puede ser ocupado por más de dos electrones. (Ello debido a que el número de spin asociado al electrón tiene sólo dos valores posibles y un tercer electrón tendría, necesariamente, su número de spin igual al de alguno de los otros dos).

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Principio de máxima multiplicidad de Hund Principio que establece que los electrones en un átomo ocupan varios niveles de idéntica energía de modo tal que su número de spin total, comprendido como la suma de los números de spin de los electrones individuales, es máximo.

Proceso Transformación que ocurre en un sistema.

Proceso endotérmicoProceso en el que el sistema absorbe calor desde el entorno.

Proceso espontáneoEs todo proceso que ocurre con una disminución de su energía libre.

Proceso exotérmicoProceso en el cual el sistema libera calor al entorno.

Proceso irreversibleEs todo proceso que ocurre, en un sistema aislado, en una dirección determinada y que no se puede revertir al someter al sistema a condiciones similares a las que existían antes de ocurrir dicho proceso.

Proceso reversibleProceso que ocurre en un sistema aislado y que se puede revertir cuando se le somete a las condiciones iniciales.

Producto iónico del agua KWProducto de las concentraciones molares de iones H+ y OH– y que tiene un valor constante, que equivale a 1 x 10–14 dependiendo de la temperatura. En rigor depende también de la concentración de sales y/o de la presencia de otros solutos como alcohol.

Propiedades periódicasPropiedades de los átomos de los elementos químicos que se repiten en forma regular o cíclica cuando se representan vs. su número atómico.

QuímicaCiencia experimental que estudia la materia, en cuanto a su composición, sus características, las transformaciones que pueden experimentar y las leyes que rigen estos cambios.

RadioactividadDesintegración espontánea de núcleos atómicos inestables, acompañada de la emisión de radiación ionizante (α, β o γ).

Radio atómicoEn el caso de una molécula diatómica homonuclear, esto es, formada por dos átomos de la misma naturaleza el radio atómico es la mitad de la distancia que separa los núcleos atómicos.

RadiolisisProducción de reacciones químicas por exposición a radiación ionizante de un sistema, ya sea éste una sustancia pura gaseosa, líquida o sólida o una disolución.

ReducciónProceso que significa, formalmente, la captación de uno o más electrones por parte de un átomo o grupo de átomos. Se dice que éste o éstos se reduce(n).

ReplicaciónProceso de duplicación del ADN.

SemirreacciónEs un proceso en que imaginariamente transcurre, produciéndose en él, la oxidación o la reducción de un átomo en una reacción redox.

Serie radioactiva naturalSecuencia de etapas de desintegración de un isótopo radiactivo natural que produce finalmente un isótopo estable.

SistemaRegión del universo separado de éste por un borde o límite, real o imaginario.

Sistema abiertoEs todo sistema que permite transferencia de masa y energía con el entorno.

Sistema aisladoSe denomina así a todo sistema que no intercambia materia ni energía con el alrededor.

Sistema cerradoUn sistema cerrado sólo intercambia energía con el alrededor.

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Sistema no reactivoSistema que respecto de un proceso determinado no sufre transformación química.

Sitio activoZona funcional de una enzima.

Sustitución nucleofílicaReacción iniciada por un nucleófilo en la que éste reacciona con un sustrato o reactante reemplazando un átomo que es expulsado como anión.

TemperaturaEs una variable de estado que, según el modelo cinético-molecular, es una medida de la energía cinética o grado de agitación de las moléculas.

TeoríaConjunto de leyes científicas que explican un determinado fenómeno.

Teoría cuánticaTeoría desarrollada por varios físicos a partir de 1900, año en que Max Planck enuncia su revolucionaria teoría de los cuantos, que explica exitosamente la distribución de energía en una cavidad (cuerpo negro), problema que no tiene una disolución si se intenta explicar a través de la física clásica o newtoniana.

TermodinámicaEs el estudio de los sistemas en relación a la factibilidad de los procesos que ocurren en ellos y a los intercambios de energía que en una transformación, cualquiera sea su naturaleza, tiene lugar entre el sistema y su entorno.

TitulaciónAdición controlada de una disolución de concentración exactamente conocida (o estandarizada) a una disolución de concentración desconocida, con el objeto de determinar el contenido o la concentración de una especie que reacciona con otra de la primera.

Unidad Faraday (electrólisis)Se designa así a la cantidad de carga eléctrica equivalente a 96.485,34 Coulomb que corresponde a 1 mol o número de Avogadro de electrones.

Variables de estadoConjunto de magnitudes que definen completamente el estado o condición termodinámica en que se encuentra un sistema. A partir de ellas es posible determinar cualquier propiedad (función de estado) del sistema.

Variables experimentalesSon los factores que tienen relación con el fenómeno en estudio. Para que éste sea claro y sencillo se fijan una serie de magnitudes (variables controladas) y se estudia la forma en que varía una magnitud (variable dependiente) cuando se produce una variación de otra magnitud (variable independiente).

Vida mediaTiempo característico para un isótopo determinado que tarda en ocurrir la desintegración de la mitad de sus átomos. Se aplica en general a cualquier proceso cinético.

VidrioProducto transparente, rígido, que carece de una estructura ordenada interna como la de un cristal.

VulcanizaciónProceso mediante el cual se trata la goma natural con azufre para mejorar sus propiedades.

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Preuniversitarios

• “ApuntesdeQuímicaIyII” , Sánchez Tapia, Carlos y Fuster A., Ma Angélica; 2 Ed. Salesiana, 1989, (1985).

• “QuímicaBásica”, Melo Araya, Mario; tomo I: Estequiometría, Ed. Universitaria, 1987.

Las figuras que se presentan en este texto han sido extraídas de los siguientes libros:

• “CienciasQuímicasEducaciónMedia”, Eugenia Águila Garay, José Tomás López Vivar, Leonor Marambio Montero; Tomo I, Editorial Santillana.

• “CienciasQuímicasEducaciónMedia”, Eugenia Águila Garay, José Tomás López Vivar, Leonor Marambio Montero; Tomo II, Editorial Santillana.

•“CienciasQuímicasEducaciónMedia”, José Tomás López Vivar, Manuel Martínez Martínez, Javier E. Jorquera, Mónica Muñoz Cor.

• “CursodeQuímicaGeneral”,Santa María, Francisco; tomo I y II, Ed. Universitaria, 1984.

• “FundamentosdeQuímica”, Ricardo Feltre; volumen único, Editora Moderna, 3ª edición, 2002.

• “LaQuímica”, Gebauer, Claudio; Ed. Universitaria, 1984.

• “ManualdeQuímica”, Summers, Donal B.; Grupo Editorial Iberoamérica, 1983 (1975).

• “Química Curso Universitario”, Maham, Bruce H., Fondo Educativo Interamericano, 1977.

• “FundamentosdeQuímicaGeneral”, Garzóhn G., Gillermo; Ed. McGraw-Hill, 1991.

• “ApuntesdeQuímicaGeneral”, Balocchi C., Emilio, et al; tomo I y II, Departamento de Química, Edición USACH, 1993, 1994.

BIBLIOGRAFÍA

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