Quimica Plan Comun 2014

8/21/2019 Quimica Plan Comun 2014

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Ciencias Plan Común

Química



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C P E C H

P r e u n i v e r s i t a r i o s

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 DiagramaciónPamela Martínez Fuentes

Diseño de Portada

Vania Muñoz Díaz



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C P E C H P r e uni v

er s i t a r i o s

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

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1. Nomenclatura inorgánica ........................................................................................ 461.1 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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er s i t a r i o s

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 ..................................................................................................... 741.1 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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er s i t a r i o s

121

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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er s i t a r i o s

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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er s i t a r i o s

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 paraoptimizar 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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Q u í m i c a P l a n C o m ú n

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 decontenidos

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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c a p í t u l o

1Teoría atómica

1. Historia de la química

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

Si nos remontamos a la época antes de Cristo, se sabe que en Chinaya existían procedimientos químicos tales como la fabricación deladrillos, de cerámica y la extracción de ciertos metales. En Egipto

se realizaban observaciones experimentales que se tradujeron enobtener aleaciones de los metales y la creación de una técnica paraembalsamar 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 quienpostuló que “al tomar una porción de la naturaleza e ir dividiéndolallegaré a una parte que no podrá ser dividida, a esa porción le llamaréátomo, es decir, sin división”.

Vemos que Demócrito es el creador del término átomo. Sin embargo,Aristóteles cuestiona lo postulado por Demócrito y establece que lanaturaleza está compuesta por cuatro esencias: caliente, frío húmedoy seco, y otro componente, la quintaesencia, aumentando así, laconfusión 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 inmortalidada 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 yen la obtención de nuevos compuestos.

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

A continuación, aparece la etapa de la química neumática, la que sededicó principalmente al estudio de los gases, formulando las leyes

que los rigen. Así, el proceso de combustión fue explicado a travésde la teoría del Flogisto, la que postulaba que “todo compuesto,al combustionarse, perdía flogisto o parte de su masa, quedandolos respectivos residuos de cenizas”. Sin embargo, la prácticaexperimental demostró que tal suceso no podía ocurrir.

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



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er s i t a r i o s

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 lasleyes de la estequiometría, los inicios de la nomenclatura orgánica e inorgánica, los descubrimientos de nuevoscompuestos, etc.

Luego de esta etapa, la química comienza un desarrollo importantísimo. y, gracias a las contribuciones de lafísica, 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 suscaracterísticas similares. Dalton y Thomson comienzan la creación de modelos atómicos con el fin de establecerlas partículas constituyentes de un átomo.

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

Por último, dentro de las ramas que conforman la química actual, se encuentran la química general, la químicainorgánica, la química orgánica, la química analítica, la físicoquímica y la bioquímica. Todas ellas y su constantecomunicación, hacen de esta ciencia una forma de avanzar día a día para una mejor relación de los seres vivosy 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 años1803 y 1808.

Su esquema es bastante simple, enunciado por tres postulados:

1. Cada elemento químico se compone de partículas muy pequeñas eindivisibles llamadas átomos. En todos los procesos químicos, el númerode 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 estánunidos 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. Sinembargo, no fue capaz de explicar una serie de hechos experimentalesque 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 susestudios experimentales, usó los tubos de descarga. Éstos estabancompuestos por un tubo de vidrio al vacío (ausencia de aire), y pordos electrodos metálicos: un ánodo (parte positiva) y un cátodo(parte negativa), los cuales estaban conectados a una fuente depoder. Al accionar dicho tubo de descarga, se producía un haz de luzy se observó que emergían del cátodo al ánodo. Por ello se los bautizócomo Rayos Catódicos. Los tubos de descarga fueron una idea delinvestigador 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 formadopor partículas. A su vez, sometió dicho haz a un campo magnético yuno eléctrico donde notó que sufría desviación al polo positivo. Por lotanto, su carga eléctrica era negativa. Así, denominó electrón a aquellapartícula.

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

1,76 x 108 C g-1

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

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

En 1908, R. A. Millikan (1868-1953), luego de varios trabajosexperimentales, 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 lacarga, fue fácil calcular la masa del electrón, resultando ésta igual a:

9,11 x 10-28 g

-

-

-

-

-

-

++

+

+

Modelo atómico de Thomsom



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er s i t a r i o s


Por otra parte, el físico Eugen Goldstein (1850-1930), haciendo unamodificación al cátodo del tubo de descarga, logra observar un haz deluz que, frente a campos eléctricos y magnéticos, sufrían desviaciónal polo negativo, por lo tanto, presentaban carga positiva. Estos rayos

viajaban en forma opuesta a los rayos catódicos. Y venían de losorificios o canales del cátodo, motivo por el cual fueron bautizadoscomo Rayos Canales.

1.1.3 Modelo atómico de Rutherford

Lord Ernest Rutherford (1871-1940) logra, a través de estudiosexperimentales, descubrir cuál era esa partícula positiva. Paradestacar 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, ocupandopara ello partículas alfa. Dichas partículas fueron proyectadas sobreláminas muy delgadas de metales (oro, plata, magnesio, etc.) y entorno a esta placa, se colocaron otras, cubiertas con sulfuro de zinc.

Al revisar sus observaciones se lee: “de todas las partículas alfasproyectadas, la gran mayoría pasó sin problemas, pero otras sufrierondesviación”. Debido a esto, Rutherford sugirió que el átomo ya no erauna estructura compacta. Comprobó que la mayor parte de la masadel átomo estaba al centro, al que llamó núcleo. Éste estaba formado

por protones y a su alrededor, se encontraban girando los electronesseparados por una distancia tal, que las partículas alfa pasaban sinproblemas.

Presenta sus estudios en 1911. En 1908 recibe el premio Nobel deQuímica. El modelo atómico de Rutherford también es conocidocomo el modelo planetario, debido a su semejanza con el sistemasolar.

Rutherford supone la existencia de otra partícula en el núcleo perono lo demuestra. Quien sí comprueba tal supuesto es Sir James

Chadwick (1891-1974). Él ocupa la llamada cámara de niebla pararealizar sus experimentos, y en la reproducción de ellos, observaque una partícula retrocedía. Ésta resultó tener carga eléctrica cero yposeer una masa igual a la del protón. Dicho descubrimiento ocurreen el año 1932 y en 1935 recibe el premio Nobel de Física.

Con ello se demuestra que el átomo no es la partícula más pequeñasino que dentro de ella hay otras aún más pequeñas, las cualesnuevamente agrupadas dan origen al átomo. El átomo entonces estácompuesto por protones, neutrones y electrones.

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

Modelo atómico de Rutherford



18

C P E C H


c a p í t u l o

11.1.4 Modelo atómico de Bohr

El modelo de Rutherford distingue un núcleo, formado por protones yneutrones y una envoltura que son los electrones. Sin embargo, este

modelo no da información de cómo se distribuyen los electrones niexplica el hecho de que los átomos emitan o reciban energía.

Fue Niels Bohr (1885 - 1962) quien propone una mejora al modelode 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 lotanto, el núcleo ejercerá atracción sobre el electrón, a tal punto deque el electrón empezará a proyectarse rápidamente al núcleo con laconsecuencia de destruirlo. Esto no podía ser. El átomo es eterno, esoestaba claro.

Ocupando los planteamientos de la física clásica, Bohr inicia laargumentación para justificar que el núcleo y el electrón no seatrajeran.

Supuso que existía una relación entre la fuerza centrípeta y la fuerzaeléctrica de atracción. Además, manifestó que la energía total delsistema 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 hastainfinito.

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

3. El electrón podrá saltar de un nivel a otro de energía, sólo si se leentrega un cuantum de energía, expresado en valores enteros y noen 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 unafrecuencia tal que concuerde con dicha diferencia energética.

Con sus estudios, Bohr propuso tres expresiones con las cuales sepuede calcular la energía para cada nivel, el radio de cada órbita y la

velocidad del electrón en dicha órbita. Estas expresiones dan cuentade los valores que se obtienen en cada nivel. Su propuesta se basó enel átomo de Hidrógeno.

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

Modelo atómico de Bohr

-

-

-

-



19


er s i t a r i o s


1.1.5 Modelo mecánico cuántico

El Modelo Mecánico Cuántico es la explicación actual sobre el comportamiento del átomo. Fue desarrollado entrelos 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 delos 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 conel 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 pormedio de una ecuación de onda. Erwin Schrödinger, en 1926, empleó las ideas de Broglie para llegar a la ecuaciónde onda que podría aplicarse al átomo de hidrógeno. La resolución de la ecuación de Schrödinger difiere de las ecuaciones simples, puesto que es una ecuacióndiferencial. 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 elementosdel sistema periódico.

2. Términos en teoría atómica

Como se sabe, ya se estableció que los constituyentes del átomo son: protones, neutrones y electrones. Ahorabien, 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 unátomo neutro, la cantidad de protones es igual a la cantidad de electrones, es decir, cuando se menciona queel átomo de sodio (Na) tiene un número atómico 11, implica que en el núcleo de ese átomo existen 11 protonesy, consecuentemente, 11 electrones en la electrósfera.

3Li 11

Na 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 lacomposición nuclear que determina el peso atómico.

C 12 K 39 Xe 54



20

C P E C H


c a p í t u l o

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 masaindividual. Sin embargo, mediante métodos experimentales se puededeterminar la masa de un átomo en relación con la de otro. Para ello, sedebe asignar un valor a la masa de un átomo de un elemento determinadode 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 másicaatómica (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 deprotones. También se llama Anión.

e– > p+

b. Átomo neutro

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

e– = p+

c. Átomo positivo

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

e– < p+

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

ProtonesElectrones

Neutrones

La explicación

del principio deincertidumbre deHeisenberg, trasladado

a la vida cotidiana, implicaríadeterminar la posición de unautomóvil en movimientohaciendo chocar contra él otroautomóvil. La determinaciónfinal sería poco fiable, ya queel movimiento del primero,

velocidad y dirección, quedaríamodificado por la colisión con

el segundo.



21


er s i t a r i o s


2.7 Carga nuclear

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

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

X A

Z

m+

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

X A

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 queelectrones 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 queprotones es negativo (o anión). Su carga nuclear es + 8.

Átomo neutro iónNúmero de partículas del iónp+ 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 )



22

C P E C H


c a p í t u l o

13. Tipos de átomos

3.1 Isótopos

Son aquellos átomos que presentan igual número atómico, perodistinto número másico. Se establece en átomos de un mismoelemento.

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 distintonúmero atómico.

Ejemplo

C14

6

N14

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

3.3 Isótonos

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

Ejemplo

B11

5

C12

6

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

Nombre

delnúcleo

Abundanciaen la

naturaleza(en %)

Número

atómico(Z)

Número

másico(A)

Composición nuclear Símbolo

EA

ZProtones Neutrones

Hidrógeno-1

Hidrógeno-2

Hidrógeno-3

99,985

0,015

0,00013

1

1

1

1

2

3

1

1

1

0

1

2

H11

H21

H31

Carbono-12

Carbono-13

98,89

1,11

6

6

12

13

6

6

6

7

C12 6

C13 6

Nitrógeno-14

Nitrógeno-15

99,63

0,37

7

7

14

15

7

7

7

8

N14 7

N15 7

Oxígeno-16

Oxígeno-17

Oxígeno-18

99,759

0,037

0,204

8

8

8

16

17

18

8

8

8

8

9

10

O16 8

O17 8

O18 8

No todos los elementos se

presentan en la naturaleza enforma de varios isótopos.Así, hay 20 elementos quepresentan una única formanatural:

4Be9,

9F19,

11Na23,

13Al27,

15P31,

21Sc45,

25Mn55,

27Co59,

33As75,

39 Y 89,

41Nb93,

45Rh103,

53I127,

55Cs133,

59Pr141,

65 Tb159,

67Ho165,

69 Tm169,

79Au197,

83Bi209

Sabías que...



23


er s i t a r i o s


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.

E n e r g í a

n=1

1s

0

3d4s

3p

3s

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 deenergía dentro del átomo. Su valor se expresa como números enterospositivos que varían entre 1 e infinito.

n = 1,....., ∞

4.2 Número cuántico secundario ( )

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

= 0,......, (n-1)

Un orbital es la región donde hay mayor probabilidad de encontrar alelectrón en dicho nivel energético. Los orbitales tienen representacióngráfica a través de coordenadas polares y funciones trigonométricas.

Se usan los ejes x, y, z para reafirmar que representan una distribuciónespacial.

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

Valor Orbital tipo

0 s

1 p

2 d

3 f

4 g

5 h

6 i

Los nivelesde energía sepueden representarmediante 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 letrastiene poca frecuencia deuso, por lo tanto, la másutilizada es la cuántica.

A medida que aumenta elnivel, aumenta la energía.

La forma de losorbitales NO es real.Se trata únicamentede una forma práctica

de representarlos. La superficieque los representa, encierrauna región del espacio delátomo donde la probabilidadde encontrar al electrón esdel 90%, y no excluye que el

electrón pueda ocupar otraszonas alguna vez.



24

C P E C H


c a p í t u l o

1Si el valor de aumenta, la letra sigue el orden alfabético sin repetir sni 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

h5 22

i 6 26

Los orbitales tipo s, presentan un máximo de 2 e ; los tipo p, unmáximo de 6; los tipo d, un máximo de 10, etc. La totalidad de orbitalesdisponibles para albergar tal número de electrones estará dada por laexpresión: (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 unmáximo de dos electrones.

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

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

Sabías que...



25


er s i t a r i o s


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 electronesexistentes en un tipo de orbital

Indica el número cuánticoprincipal

p indica el númerocuántico secundario

En conclusión, podemos decir que un electrón es localizado por sus cuatro números cuánticos, de la mismamanera que una persona es localizada por su dirección, es decir: nombre de la calle, número del edificio, piso ynúmero 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 respectoa la asignación del signo en los orbitales p, d, f, etc., de acuerdo al número cuántico magnético m, debemoshacer notar que es una asignación arbitraria y en este texto se establecerá que los valores de la izquierda seránnegativos y los de la derecha, positivos. En el siguiente esquema se muestran los signos para cada orbital:



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c a p í t u l o

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 segundoelectrón, negativo. De esta forma serán todas las interrogantes que se formulen al respecto y los comentariosrespectivos.

5.1 Realización de una configuración electrónica

Ejemplo: Realizar la configuración electrónica del sodio,11

Na.

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 elnivel más bajo de energía y así sucesivamente hasta alojar al último. Deacuerdo con el sentido de giro, el primer electrón que entre a cada orbitaltendrá 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 sontres, 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 yaestán 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

2p y

2pz

3s

En donde la flecha indica el electrón con spin +1/2 (hacia arriba) y con spin –1/2 (hacia abajo). Recordemos queentra 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

2s

2p

3s

4s

3p

5s

4p

3d

6s

5p

4d

7s

6p

5d

4f

7p

6d

5f



27


er s i t a r i o s







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 cumplencon los principios de construcción. Teóricamente debiera ser una configuración con una secuencia normal, peroexperimentalmente se encuentra que no lo es. Estos átomos son: Cr y Cu. Realicemos la configuración paracada 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

Confguración abreviada a partir del gas noble más cercano

Gas Noble Confguración

Abreviada

Abreviación

Nivel

Próximo

Nivel

2He 1s2

[ 2He] 2s

10Ne 1s22s22p6 [

10Ne ] 3s

18Ar [

10Ne] 3s23p6 [

18Ar ] 4s

36Kr [

18Ar ] 3d104s24p6 [

36Kr ] 5s

54Xe [

36Kr ] 4d105s25p6 [

54Xe ] 6s

86Rn [

54Xe ] 4f 145d106s26p6 [

86Rn ] 7s



28

C P E C H


c a p í t u l o

15.2 Formación de iones

• Cationes (iones positivos): En determinadas oportunidades los elementos metálicos pueden perderfácilmente 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 suestabilidad 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 cualestienen tendencia a ganar electrones para llegar a tener la configuración electrónica del gas noble máscercano. El proceso de ganancia de electrones deja al átomo con un exceso de cargas negativas, las cuales lotransforman 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 comportamientoen los grupos y períodos respectivamente.

6.1 Radio atómico

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

manera:

• Grupos: aumenta de arriba haciaabajo, debido a que el átomoincrementa su valor de númeroatómico.

• Período: disminuye de izquierda

a derecha, debido a que el núcleo sehace mayor con el correspondienteaumento de la carga nuclear y por

ello los electrones más cercanos sesienten más atraídos que los últimos, reduciendo así su distancia y por consiguiente el radio atómico.

RADIO ATÓMICO DECRECIENTE

R A D I O

A T Ó M I C O

C R E C I E N T E

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



29


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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 queel radio atómico.Con respecto al orden del volumen en átomos positivos (VAP), neutro(VAO) y negativo (VAN), encontraremos el mismo orden creciente.

Orden volumen VAP < VAO < VAN

6.3 Potencial de ionización

Es la energía necesaria para separar al último electrón del átomo, elcual está débilmente retenido. También se la denomina energía deionización. 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 latabla 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 tablaperiódica 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

B

2,0

C2,5

H

N3,1

O

3,5

F

4,0

Al

1,5

Si

1,8

P

2,1

S

2,4

Cl

2,9

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



30

C P E C H


c a p í t u l o

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 presiónatmosférica existente sobre dicho líquido. A temperaturas inferiores al punto de ebullición (p.e.), la evaporacióntiene 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. Cuandoel líquido es una sustancia simple o una mezcla, continúa hirviendo mientras se le aporte calor, sin aumentarla temperatura; esto quiere decir que la ebullición se produce a una temperatura y presión constantes conindependencia 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 presiónde 1 atmósfera (760 mm Hg), hierve a 100 °C, pero a una presión de 217 atmósferas el punto de ebulliciónalcanza 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 lapresión 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 esel 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 de1 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 auna sola temperatura y el aumento de temperatura por la adición de calor se detiene hasta que la fusión escompleta.

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

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

En disoluciones de dos o más componentes el proceso de fusión ocurre normalmente dentro de un intervalode temperaturas y se hace una distinción entre el punto de fusión, la temperatura a la que aparece la primeratraza de líquido y el punto de congelamiento, es decir, la temperatura más alta a la que desaparece la últimatraza de sólido, o, en forma equivalente, si se está enfriando en vez de calentar, la temperatura a la que aparecela 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, dichoselementos están ubicados a la derecha de la tabla periódica



31


er s i t a r i o s


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 unelemento tenga varios isótopos. Los elementos de la tabla se anotan con mayúscula cuando tengan un solocarácter, 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 lallamada 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 elactinio, 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 estoselementos, 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 químicassemejantes. 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:



32

C P E C H


c a p í t u l o

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 latabla.

• 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.

1

I A

2

II A

3

III B

4

IV B

5

V B

6

VI B

7

VII B

9

VIII B

8 10 11

I B

12

II B

13

III A

14

IV A

15

V A

16

VI A

17

VII A

18

0

Fr

85

Ra

88

Lr

103

La

57

Ac

89

Metales

No metales

Gases nobles

Clasificación de los elementos en la Tabla Periódica

Es habitual encon-trar tablas periódicasdonde se designan losgrupos por un núme-

ros romano y la letra A o B.Según se tratara de Europa oEstados Unidos, la designaciónde algunos grupos variaba. Paraevitar ambigüedades, se adop-tó el criterio de la IUPAC dedesignarlos por números co-rrelativos del 1 al 18 como esposible encontrar en las tablasmás actuales.

Grupo NombreConfiguración

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



33


er s i t a r i o s


a. Elementos representativos

Corresponden a los grupos A de la tabla periódica. No cumplencon la regla del octeto, es decir, su último nivel de energía no alcanza

a tener 8 electrones. Así por ejemplo, los átomos de los elementosrepresentativos pertenecientes al grupo III A, como el Aluminio(Al), tienen 3 e- de valencia en su última capa, es decir, presentanincompletos los orbitales p (p1 al p6).

Los elementos de los grupos I A al V A , tienen la tendencia aceder 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 máscercano.

b. Elementos de transición

Se sitúan en los grupos B del sistema periódico. Los elementospertenecientes 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 seles 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 0ó grupo VIII. Son químicamente gases, que presentan 8 e en su últimonivel de energía (ns2 np6), con excepción del Helio (He) que presenta 2.

Los átomos de los gases nobles presentan gran estabilidad químicadebido a su configuración electrónica, puesto que cumplen con

la regla del octeto, es decir, presentan una configuración electrónicacompleta con 8 e en su último nivel energético. Por esta razón, noreaccionan con otros elementos químicos, recibiendo el nombre deinértidos.

9. Enlace químico

El enlace químico es la forma de unión entre dos o más átomos. Estaunión 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 electronescuando sólo tienen 1 nivel de energía) o capa de valencia. Ladenominación electrón de valencia, se utiliza para designar loselectrones existentes en esa capa.

La regla delocteto es sólo unaaproximación útilpara comprender los

enlaces. En muchas moléculasaparecen átomos rodeados por

un número menor o mayor deocho electrones ejemplo: BF3,

SF6.

I A

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

L it io B er il io

B

5

Boro

VIII

C

6

Carbono

7

Nitrógeno

N

8

Oxígeno

O

9

Flúor

F Ne

Neón

Sodio Magnesio

13

Boro

Al

14

Silicio

Si

15

Fósforo

P

16

Azufre

S

17

Cloro

ClArgón

Helio

Litio

Símbolode Lewis

Nombre

Númeroatómico



34

C P E C H


c a p í t u l o

1En la práctica, cuando dos átomos se van a unir, ellos intercambian electrones entre sí (ceden o ganan) o utilizancompartición 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 estructurade Lewis. La estructura de Lewis es la representación de la distribución de los electrones que participan en elátomo.

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 másexternos. Además, son los electrones efectivamente utilizados en la creación de los enlaces químicos.

Para poder determinarlos:

• Se escribe la confguración electrónica de los elementos.

• Se identifca 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.



35


er s i t a r i o s


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 cedeelectrones, quedando con carga positiva, y el otro átomo capta electrones, quedando con carga negativa.

Las sustancias iónicas tienen aspecto cristalino, son sólidas atemperatura ambiente y presentan elevados puntos de fusión yebullición. Además, son solubles en agua y conducen la corrienteeléctrica (electrolitos) cuando están fundidos o en disolución acuosa.Son sustancias iónicas: la sal de mesa (NaCl), el salitre (KNO

3), 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, formandoambos un octeto. Las sustancias con enlaces covalentes son, por lo general, insolubles en agua, noconducen la corriente eléctrica y presentan puntos de fusión más bajos. Dentro de este enlace sedistinguen dos tipos:

μr= 1,46D

CO2

BCl 3

H 2 O NH

3

Estructura deLewis

Geometríamolecular

Enlaces polarizados

Momentodipolarresultante

O C O Cl B Cl

Cl H N H

H

Lineal

OH H

Angular

O

H HO C O

Piramidaltriangular

N

HH

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

H

O

H Hμr= 1,87Dμr= 0 μr= 0

• Enlace covalente apolar: Se da entre átomos de igual electronegatividad (diferencia de EN = 0). Esteenlace lo presentan los gases diatómicos, tales como el H

2, O

2, N

2, 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 queforman parte del enlace sedenominan electrones enlazantes y los otros electrones de valencia

reciben el nombre de electronesno enlazantes o libres.

Sabías que...



36

C P E C H


c a p í t u l o

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

Ejemplo: H2O y NH3

- Enlace covalente apolar:

Ejemplo: H Hx+ H x =H2

H

Cl + Clx x

x

x x

x

x Cl Clx x

xx x

x

x= Cl

2

- Enlace covalente polar:

Ejemplo: HCl H + Clx x

x

x x

x

x H x Clx x

x x

x

x

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

Ejemplo:NH

3H+ H H

H

H

Nx

x

x

+

9.2.3 Enlace metálico

En este caso los electrones forman una nubealrededor de un conglomerado de átomos y se diceque los electrones están deslocalizados.

Este tipo de enlace se caracteriza por poseer unagran cantidad de iones positivos que se mantieneunido por una nube de electrones.

Los cationes metálicos se encuentran rodeados de electrones deslocalizados, lo que produce una gran atracciónentre 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 conductoresde 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 delos pares electrónicos de la capa de valencia (RPECV). Esta indica que los electrones de valencia que seencuentran en un átomo central, desempeñan un papel fundamental, incluyendo los pares electrónicos queforman 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: AB

X

Siendo X, el número de ligantes del átomo central.

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



37


er s i t a r i o s


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 lamolécula:

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 luegocon el átomo central:

O−S− O

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

O−S− O−

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

Tipo demolécula

MoléculaEstructura 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

F

FF

F

Plana trigonal

Tetraédrica

A

Lineal

A Cl Be Cl

F F

B

F

C

HH

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



38

C P E C H


c a p í t u l o

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 unreordenamiento de los orbitales apareados. El principal ejemplo de hibridación lo representa el átomo decarbono.

C (IVA) = ns2

np2

ns2

px1

py1

pz0

Hibridación ns1

Px1 Py

1 Pz1

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

MoléculaEstructura de

LewisPares

enlazantesDistribución de los pares electrónicos

Geometría de la moléculaPareslibres

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

O

HH

N

HH

H

angular

angular

Piramidal trigonal

119,5º

104,5º

107,3º

O O

Plana trigonal

S

O H

H

MoléculaEstructurade Lewis

Paresenlazantes

Distribución de los pares electrónicos

Geometría de la moléculaPareslibres

2

3

3

1

1

0

N

O O Triangular plana

Cl

O

O

O

Tetraédrica

O O

N

angular

Piramidal trigonal

NO2

(Nitrito)

CO2

3

(Carbonato)

CIO3

(Clorato)

O

N

O

O

C

O

O

O Cl O

O

C

O O

Triangular plana

O

Triangular plano

O O

C

O 2

Cl

OO

O



39


er s i t a r i o s


Síntesis

de

contenido

s

P r o p i e d a d e s p e r i ó d i c a s

R a d i o

a t ó m i c o

E l e c t r o n e g a t i v i d a d

I ó n i c o

E n l a c e q u í m

i c o

E s t r u c t u r

a

d e L e w i s

P o l a r

A p o l a r

C o v a l e n t e

D a t i v o

P o t e n c i a l d e

i o n i z a c i ó n

E l e c t r o

a fi n i d a d

G e o m e t r í a

m o l e c u l a

r

T e o r í a a t ó m i c a

Á t o

m o

P a r t í c u l a s s

u b a t ó m i c a s

E l e c t r ó n

P r o

t ó n

N e u t r ó n

P é r d i d a

G a n a n c i a

N º a t ó m i c o

N º m á s i c o

C a t i ó n

A n i ó n



40

C P E C H


c a p í t u l o

1

Actividades

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

37Rb 85 : ________________________________

3Li 7 : ________________________________

8O 16 : ________________________________

2He 4 : ________________________________

27Co 59 : _______________________________

5B 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

: 1s

2 2s

2 2p

6 3s

1

13 Al

:

19K

:

20Ca

:

7N

:

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

11

Na+1

=

17

Cl-1

=

13

Al+3

=

35 Br

-1

=

8O

-2

=

4Be

+2 =

29Cu+ =

28Ni+3

=



41


er s i t a r i o s


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

6C14 __________ 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



42

C P E C H


c a p í t u l o

1EJERCICIOS

Ejercicios resueltos

1. El átomo neutro de Hierro (Fe) tiene un númeromásico igual a 56 y el número de electrones queposee es de 26. Con estos datos, se puede afirmarque el número de neutrones y el número atómicodel 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 lacomposición nuclear de protones y neutrones, en este

caso 56. En un átomo neutro la cantidad de electroneses 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 elnúmero másico y el atómico: 56-26 = 30.

2. Es (son) isótopo(s):

I)16

8 O,17

8 O,18

8 O

II)1

1 H,4

2 He

III)228

89 Ac,229

89 Ac

IV)238

92 U,279

92 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) perodistinto 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 algrupo 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 gruposIIA y VIIA se está produciendo la unión entre elementos

que tienen electronegatividades muy diferentes, de estamanera, los elementos del grupo IIA tienden a cederelectrones, 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 laubicación del último electrón en un átomo. A través

de la configuración electrónica es posible determinarlos 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) esel tipo de orbital, en este caso p, que equivale al valor

cuántico 1.



43


er s i t a r i o s


EJERCICIOS

5. Para que se produzca la unión iónica entredos átomos en aquellas situaciones en que secumpla(n) alguna(s) de estas características, losátomos 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 locual, 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 el11

Na y17

CI puederepresentarse como sigue, teniendo presente quelos electrones del Na se representan por un puntoy los e del CI por una cruz. (Na grupo I A y CIgrupo VII A).

A) Na+ Cl

x x

xx x

xx

B) Na x CI -

C) Na+ • CI-

D) Na x• CI-

E) Na • Clx x

x

x x

x

x

2. ¿Cuál de las propiedades que se indican crece albajar 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 notacionesson

12

6 C,13

6 C. Las características comunes a ellosson 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 configuraciónelectrónica del ion Be+2 es

A) 1s2 2s

2

B) 1s2

2s2

2p2

C) 1s2

2s2

2p6

D) 1s2 2s

2 2p1

E) 1s2



44

C P E C H


c a p í t u l o

1EJERCICIOS

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

I — A VII — A

Li F Na CI K Br Rb I

Cs

Con estos datos, determine qué moléculapresenta el enlace más iónico.

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

N ú m e r o A l t e r n a t i v a H a b i l i d a d

1 A A p l i c a c i ó n

2 A C o m p r e n s i ó n

3 E A n á l i s i s

4 E A p l i c a c i ó n

5 A A n á l i s i s

Respuestas correctas



NOMENCLATURAINORGÁNICA

Capítulo 2


Identificar estados de oxidación.

Nombrar y reconocer compuestosinorgánicos.

Relacionar la nomenclatura inorgánica conlos distintos minerales.

Reconocer los distintos minerales deacuerdo a su fórmula química.

Reconocer la dureza de un mineralutilizando la escala de Möhs.



46

C P E C H


c a p í t u l o

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 Einstein

Mendelevio en honor a Mendeléev Radio 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 puedetener una o varias cargas. Por lo tanto, el estado de oxidación de un elemento está relacionado, en parte, conel 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 grupoal cual pertenece.

Se llama estadode oxidación deun elemento enun compuesto a

la valencia que tiene dichoelemento en este compuestocon el signo que le corresponde.En algunos casos, el estado de

oxidación no coincide con la valencia del elemento, comosucede en ciertos compuestosorgánicos.



47


er s i t a r i o s

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 deoxidaciónmás común

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

-2

+7

-1

E

LEMEN T OS

H (-1)

LiNa

K

Rb

Cs

Fr

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

BAl

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 deoxidaciónmás común +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +2

ELEMEN T OS

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.



48

C P E C H


c a p í t u l o

22. Determinación de los estados de oxidación en compuestos

Para asignar la nomenclatura a los diversos compuestos inorgánicos, es fundamental saber el estado de oxidaciónde los elementos que participan en la formación de los mismos, ya que esto permite, en la nomenclaturatradicional, 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 oelementos en estado libre es cero.

O2 EDO = 0

S8 EDO = 0

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

H2SO

4 el oxígeno actúa con EDO

negativo, azufre e hidrógeno con EDOpositivo

El EDO de los elementos del grupo IA, IIA y IIIA, sonrespectivamente +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= +1

NaH hidrógeno EDO= –1

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

H2SO

4 oxígeno EDO= –2

H2O

2 oxígeno EDO= –1

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

H2SO

4 molécula EDO= 0

PO3–3 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

K 2Cr

2O

7 → 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 estadode 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 lacapacidad que tieneun elemento paracombinarse con otros,

lo que se mide por el númerode enlaces que forma con otrosátomos, cuando un átomo deun elemento dado forma unacombinación química.



49


er s i t a r i o s


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, ala 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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c a p í t u l o

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 sujos, “oso” e “ico”, para indicar con elprimero (oso) el menor estado de oxidación y con el segundo (ico), el mayor estado de oxidación. Estossujos 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 lanomenclatura tradicional de prejos y sujos. 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 uoruro

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 clasicación 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.



51


er s i t a r i o s


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 óxidosde 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 K

2O

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 + H

2O → 2NaOH

Na2

O + 2HCl →

2NaCl + H2

O

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 Na2O

Stock: Óxido de Sodio Tradicional: 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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c a p í t u l o

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 unestado de oxidación –2.

No metal + O2 → anhídrido

S + O2 → SO

2

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

SO3 + H

2O → H2

SO4

SO3 + 2NaOH→

Na2SO4 + H2O

Nomenclatura de anhídridos u óxidos ácidos

• Stock: Óxido de ______________________ (estado de oxidación ennúmeros romanos)

• Tradicional:

Anhídrido ______________________________ osoEstado de oxidación menor

Anhídrido ______________________________ icoEstado de oxidación mayor

Vemos que, a diferencia del anterior, en la nomenclatura tradicionalse usa el término anhídrido. Esto facilita la comparación entre óxidobásico 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 puedeasignarse de acuerdo al número de oxígenos presentes con el auxiliode los prejos mono, di, tri, etc. Éste tipo de nomenclatura recibe elnombre de sistemática.

Ejemplos

CO Monóxido de carbono

CO2 Dióxido de carbono

Al2O

3 Trióxido de dialuminio

La principal forma de transportedel dióxido de carbono, generadodel metabolismo celular, escomo ión bicarbonato (HCO

3−),

después que la enzima anhidrasacarbónica, presente en losglóbulos rojos, hace reaccionarel CO

2 con el agua para generar el

oxácido inestable H2CO

3, el cual

se disocia rápidamente en los

iones H+ y HCO3−.

Sabías que...






53


er s i t a r i o s


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 E2

O3

Óxidos básicos

(iónicos)

EO2

Óxidos anfóteros(moleculares)

E2

O5

EO3

E2

O7

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 Na

2O

2 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 estarazón se debe almacenar en frascos oscuros.

La descomposición se realiza según la siguiente ecuación:

2H2O

2 → 2H

2O + O

2

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 hidrógenoen los hidruros metálicos es –1. Por lo tanto existen hidruros metálicos como no metálicos (estos últimosutilizan no metales de los grupos IVA y VA).

Metal + H2 → Hidruro

2 Al + 3 H2 → 2 AlH

3

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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c a p í t u l o

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 + H

2 → 2 HCl

Nomenclatura de hidrácidos

El nombre es construido con la terminación hídrico.

Ácido hídrico

HCl : Ácido clorhídricoHI : Ácido yodhídrico

HF : Ácido uorhídrico H

2S : Ácido sulfhídrico

HCN : Ácido cianhídrico

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

3.3 Sales binarias

Están formadas por un elemento metálico y otro no metálico. Senombra primero el anión con terminación uro y luego, el metal. En elcaso de las sales binarias, también se puede aplicar la nomenclaturatradicional.

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 pHcercano a 1,5 debido a la presenciadel ácido clorhídrico (HCl) dentrode su composición. Este ácidopuede corroer el hierro, pero nodaña al estómago debido a lapresencia de mucus que recubrelas paredes gástricas. La úlcera seorigina cuando hay una secreciónexcesiva de jugo gástrico o unasecreción insuciente de mucusprotector.

Sabías que...




55


er s i t a r i o s


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 + H

2O→ 2NaOH

NaOHStock: Hidróxido de Sodio

Tradicional: 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 deoxidación –1. En este caso no es necesario usar paréntesis para el grupo OH–, ya que el metal tiene estado deoxidación +1. Cabe recordar que estos compuestos presentan pH básicos, de ahí que los óxidos básicos, quedan origen a los hidróxidos lleven tal denominación.

Otros ejemplos

Mg(OH)2 Fe(OH)

2

Stock: 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)3

Stock: Hidróxido de aluminio (III) Tradicional: Hidróxido alumínico

CaCO3

NaOH




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c a p í t u l o

2 4.2 Oxácidos

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

Ejemplo CO

2 + H

2O → H

2CO

3

Ácido carbónico

Se observa que delante del nombre del elemento va la palabra ácido. En general, en este tipo de compuestosel nombre tradicional predomina sobre el IUPAC. Por otra parte, presenta características de pH ácido, de ahí elnombre 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+ + CO

3 –2

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

Otros ejemplos de oxácidos

HClO : Ácido hipocloroso

HClO2 : Ácido cloroso HClO

3 : Ácido clórico

HClO4 : Ácido perclórico

HNO2 : Ácido nitroso

HNO3 : Ácido nítrico

H2SO

3 : Ácido sulfuroso

H2SO

4 : Ácido sulfúrico

H3PO

4 : Ácido fosfórico

H3BO

3 : Ácido bórico

H2MnO4 : Ácido mangánico HMnO

4: Ácido permangánico

H2CrO

4: Ácido crómico

H2Cr

2O

7 : 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 oxácidoque 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 deacuerdo con el siguiente código:



57


er s i t a r i o s


hídricooso

ico

terminación

Ácidouroito

ato

terminación

Sal

NaNO2

Stock: Nitrito de sodio Tradicional: Nitrito sódico

Fe2(SO

4)3

Stock: Sulfato de hierro (III) Tradicional: Sulfato férrico

Ca3(PO

4)2

Stock: Fosfato de calcio Tradicional: Fosfato cálcico

Tabla de aniones más frecuentes

HCO3

– Carbonato ácido o bicarbonato

CO3

–2 Carbonato

SO3

–2 Sulto

HSO3

– Sulto ácido o bisulto

SO4

–2 Sulfato

HSO4

– Sulfato ácido o bisulfato

NO2

– Nitrito

NO3

–1 Nitrato

BO3 –3 Borato

ClO –

HipocloritoPO

3 –3 Fosfito

MnO4 – Permanganato

HPO4

–2 Fosfato ácido

PO4

–3 Fosfato

SiO4

– Silicato

CN – Cianuro

CrO4

–2 Cromato

Cr2O

7 –2 Dicromato

S2O

3 –2 Tiosulfato

El “salitre de Chile”corresponde a unamezcla de sales entrelas que se encuentran

principalmente:

- Nitrato de sodio (NaNO3):

95,5 %

- Nitrato de potasio (KNO3):

2,0 %- Cloruro de sodio (NaCl):

1,5 %.



58

C P E C H


c a p í t u l o

2

S í n t e s i s

d e

c on t eni d o s

+H

2 O

+H ( I

)

+

O ( I I )

+H

2 O

+ O ( I I )

+H

( I )

H i d r ur o s

E l e m e n t o s

m e t á l i c o s

S a l e s n e u t r a s

d e o x á c i d o s

Ó x i d o s

b á s i c o s

H i d r ó x i d o s

O x á c i d o s

Ó x i d o s á c i d o s

o a n h í d r i d o s

E l e m e n t o s

n o m e t á l i c o s

H i d r á c i d o s

H i d r ur o

S a l e s b i n ar i a s

E s q u e m a d e f or m a c i ó n d e c o m p u e s t o a p ar t i r d e l e l e m e n t o , e n e l c u a l s e

p u e d e n o b s e r v ar t o d o s l o s c a m i n o s d e f or m a

c i ó n .

S e i n c l u y e l a f or m a c i ó n d e s a l e s b i n ar i a s y t e r c i a

r i a s .



59


er s i t a r i o s


Flúor en el agua potable

La 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 insuciente para atender las necesidades dela salud bucal de los chilenos.

Desde la década de los años 90, prevalece una controversia en Chile

sobre la necesidad de agregar úor al agua potable para reducir las

caries dentales.

Los dientes están protegidos por una delgada capa de esmalte que

consiste en hidroxiapatita (Ca5 (PO

4)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 úor (F−) en el agua como uoruro 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 úor puede ocasionar uorosis dental (aparición de manchas

blancas en los dientes), fracturas óseas y osteosarcoma (un tipo de cáncer óseo), es que un grupo de cientícos ha

manifestado cierta resistencia a la iniciativa de adicionar úor 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 úor 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 uorada, 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

uoración del agua en Santiago y Concepción. Luego se irá extendiendo al resto del país.

(1) Ca5 (PO

4)3 OH

(s) → 5Ca+2

(ac) + 3PO-3 + OH-

(ac)

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

(ac) → Ca

5 (PO

4)

3 F

(s)

4 (ac)

4 (ac)

CoronaEsmalte

Marfil

Pulpa

dentaria

Cuello

Raíz

Cemento

óseo

Sabías que...



60

C P E C H


c a p í t u l o

25. Mineralogía

De los elementos químicos que existen en la naturaleza son sólo 8 los que conforman casi el 98% de la cortezaterrestre. 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 dandoorigen a un mineral.

5.1 Rocas

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

Tipo de Roca Característica

Ígnea oMagmáticas

Se origina por solidicación del magma olava, en la supercie o en profundidad.

SedimentariaSe origina por desintegración de rocas desuperficie, los cuales se depositan en elfondo marino, ríos y lagos.

Metamórca

Se forman a partir de rocas ígneas ysedimentarias, debido principalmentea condiciones tales como presión ytemperatura.

5.2 Mineral

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

ELEMENTOSQUÍMICOS

MINERAL ROCA

cuarzo

Plagioclasa

Feldespato

Olivino

Un conjunto de elemen-tos químicos forma un

mineral

Un conjunto deminerales se llama

roca

ARENISCA

GRANITO

BASALTO

A l

Si K

N a

F e

M g

O

O O

Si

5.2.1 Propiedades de los minerales

Todo mineral puede ser caracterizado por propiedades físicas que lo identique. 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 quetienen la misma forma que la del cristal del cual proceden (romboedros). Esta tendencia del mineral apartirse a lo largo de una o más direcciones cuando es golpeado o comprimido se llama exfoliación.



61


er s i t a r i o s


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 direccionesque en otras.

- Dureza: Es la resistencia que ofrece la supercie lisa de unmineral a ser rayada.El mineralogista Friedrich Möhs estableció, en 1812, una escala dedureza aún vigente. Seleccionó diez minerales tipo y los dispusode tal forma que cada uno pudiera rayar sólo a los anteriores yfuera rayado por los posteriores. La escala presenta 10 niveles dedureza que van del 1 al 10.

Escala de Möhs

Dureza Mineral Equivalente diario

Gema o mineral

comparativo1 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 s intético Diamante

La dureza de un mineral depende de su composición química ytambién de la disposición de sus átomos. Cuanto más grande sonlas fuerzas de enlace, mayor será la dureza del mineral. El grato yel diamante, por ejemplo, son de la misma composición química,solamente se constituyen de átomos de carbono. Sin embargo,

el grato tiene una dureza según Möhs de 1, mientras que eldiamante 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 todavíase siguen descubriendo minerales nuevos, solamente unos pocos deellos componen la mayor parte de la corteza terrestre.

La clasicación 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 delos átomos, moléculas o iones que los componen.

La mayoría de las piedraspreciosas o gemas tienen unadureza de 7 o más. Pero hayalgunas gemas que tienen una

dureza inferior cómo por ejemploel Jade (6.5), Lapislázuli (5-5.5),Opalo (5.5-6.5), Turquesa (5-6)o Feldespatos(6-6.5) cómo laMoonstone, o Sunstone.

Sabías que...



62

C P E C H


c a p í t u l o

25.3.1 Elementos nativos

Son los elementos que pueden encontrarse en la naturaleza sincombinar 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 lossemimetales. Existen algunas especies de gran interés industrial puesde éstos se extraen casi todos los metales no férreos.

• Galena (PbS)• Pirita (FeS

2)

• Calcopirita (CuFeS2)

• Argentita (Ag2S)

• Blenda (ZnS)

5.3.3 Halogenuros

Pequeño grupo de minerales formados por sustancias similares a lasal de mesa, procedentes de la evaporación de aguas o bien, derivadasde 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 (CaF

2

)

5.3.4 Óxidos

Grupo de minerales formados por metales (o semimetales), másoxígeno. Algunos de ellos tienen gran interés industrial y puedenpresentarse en grupos cristalizados muy vistosos. Existen óxidososcuros, mientras que otros son muy claros.

• Cuprita (Cu2O)

• Corindón (Al2

O3

)• Hematita (Fe

2O

3)

Pirita

Galena

Halita

Flourita

Hematita

diamante

oro



63


er s i t a r i o s


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 dedistintos minerales metálicos de colores atractivos y con espléndidoscristales, usualmente pequeños. Los nitratos y fosfatos presentanamplio uso en la agricultura como fertilizantes.

• Salitre potásico (KNO3)

• Yeso (CaSO4 x 2 H

2O)

• Apatito (Ca3(F, Cl, OH)(PO

4)x)

5.3.7 Silicatos

Es el grupo más importante debido a la abundancia de silicio que seencuentra en la corteza terrestre. Los silicatos se presentan a como

cristales de dimensiones variables y, se caracterizan la mayor parte deellos por una elevada dureza (7 según Möhs).

• Circón (ZrSiO4)

• Cuarzo (SiO2)

• Talco (Mg3Si4O

10(OH)

2

• Mica (KAl2(AlSi

3)O

10(OH)

2

Yeso

Apatito

Talco

Cuarzo

Calcita



64

C P E C H


c a p í t u l o

2

S í n t e s i s

d e

c on t eni d o s

E l e m e n t o

M i n e r a l

E s c a l a d e

M ö h s

R o c a

N a t ur a l

M e n a

G a n g a

S i n t é t i c o



65


er s i t a r i o s


Actividades

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

N en HNO3 : _____________________________________________________________

Mn en (MnO 4 )-2 : _____________________________________________________________________

H en H2O2 : _____________________________________________________________________

CI en HClO3 : _____________________________________________________________________

Cr en K2 Cr2 O7 : _____________________________________________________________________

Fe en Fe2 (SO3 )3 : _____________________________________________________________________

Pb en Pb(SO 4 )2 : _____________________________________________________________________

S en H2 S2O3 : _____________________________________________________________________

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 : ___________________________________ ___________________________________

Na2 SO 4 : ___________________________________ ___________________________________

AlPO 4 : ___________________________________ ___________________________________



66

C P E C H


c a p í t u l o

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 _______________________________________________________________



67


er s i t a r i o s


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 __________________________



68

C P E C H


c a p í t u l o

27. Nombra los siguientes compuestos según nomenclatura tradicional.

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

_____________ _____________ _____________ _____________

2) MgO2 12) NH 4Cl 22) H2 SO 4 32) NaClO

_____________ _____________ _____________ _____________

3) Cl2O7 13) KCl 23) H3PO 4 33) K2 S2O3

_____________ _____________ _____________ _____________

4) H2 S 14) MgCl2 24) H2CO3 34) KClO2

_____________ _____________ _____________ _____________

5) HCl 15) KF 25) H2Cr2O7 35) Ca3(PO 4 )2

_____________ _____________ _____________ _____________

6) HF 16) CuS 26) H2 SO3 36) NaNO3

_____________ _____________ _____________ _____________

7) HBr 17) NaOH 27) HMnO 4 37) Fe2(SO 4 )3

_____________ _____________ _____________ _____________ 8) CaH2 18) Cu(OH)2 28) NiS2O3 38) NaClO 4

_____________ _____________ _____________ _____________

9) NH3 19) HNO2 29) Na2 SO 4 39) NO3 –

_____________ _____________ _____________ _____________10) CaCl2 20) HClO 30) CaCO3 40) NaHCO3

_____________ _____________ _____________ _____________


Columna A Columna B

1. Ión amonio __________ HCl

2. Hidruro de Aluminio __________ H3 PO 4

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 __________ [NH 4 ]+



69


er s i t a r i o s


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 dela unión de un metal con oxígeno, donde éste últimoactúa con estado de oxidación -2. En este caso el óxido

férrico (Fe2O

3 ) 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 deoxidación +2, por lo tanto, el hidrógeno esta actuandocon E.Ox. -1 en vez de su habitual E.Ox. +1, lo que loidentifica 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 originade la disociación del agua (H

2O → H+ + OH – ) y es el

componente que en los compuestos inorgánicos caracte-riza a los hidróxidos.

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

A) KH

B) K 2O

C) KHCO3 D) KOH

E) K 2CO

3

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 potasiocorresponde al KOH.



70

C P E C H


c a p í t u l o

2EJERCICIOS

5. Son peróxidos algunos de los siguientescompuestos:

I. Na2O

II. BaO2

III. H2O

2

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 alcalinostérreos (grupo IIA) en combinación con oxígeno, el cual

presenta estado de oxidación -1 (en vez del habitual -2 ).De los compuestos solamente en el BaO

2 y en el H

2O

2 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→ H

2O + sal

A) KNO2

B) K(NO3)2

C) K 2NO

3

D) K 2NO

2

E) KNO3

2. El dicromato de amonio es:

A) NH4Cr

4

B) (NH4)2 CrO

4

C) NH4CrO7

D) (NH4)2Cr

2O

7

E) NH4 HCrO

4

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 H

4X respectivamente, el

compuesto estará representado por:

A) MX

B) M2 X

2

C) M4 X 3 D) M

4X

2

E) M3 X

4



71


er s i t a r i o s


EJERCICIOS

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

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



2 D C o m p r e n s i ó n

3 C A p l i c a c i ó n

4 C A n á l i s i s

5 C C o m p r e n s i ó n




72

C P E C H




ESTEQUIOMETRÍACapítulo 3


Conocer las leyes que rigen laestequiometría.

Aplicar el concepto de mol.

Desarrollar relaciones estequiométricas.

Describir el comportamiento gaseoso.



74

C P E C H


c a p í t u l o

3Estequiometría

1. Estequiometría

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

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 procesoquímico no puede observarse una variación entre las masas respectivas, cualquier anomalía es indicio de que loque 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 N2

n moléculas N2

3 volúmenes de H2

3 n moléculas H2

2 volúmenes de NH3

2 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.



75


er s i t a r i o s

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 yoxígeno, 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 porcentajede cada elemento.

Ejemplo

El óxido de zinc (II) tiene un 80,3% de zinc y un 19,7% de oxígeno. Sila 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 dela 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: N

2O

NO N

2O

3

NO2 N

2O

5

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

Cualquier muestra de dióxidode carbono (CO

2), por cualquier

procedimiento que se hayapreparado siempre contiene un27,29 % de carbono y un 72,71

% de oxígeno.

Sabías que...



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C P E C H


c a p í t u l o

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

N2O 4 7

NO 8 7

N2O

312 7

NO2

16 7

N2O

520 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 CO

2 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 esdel 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.



77


er s i t a r i o s


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 oiones) 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 depresión y temperatura, conteniendo el mismo número de moléculas.

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

Así: V molar

= 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 10

23 de estas entidades.Cuando decimos una docena sabemos que son doce unidades, si tenemos una resma de papel implica poseer500 hojas, etc.

Entonces,1 mol = 6,02 x 10

23 átomos 1 mol = 6,02 x 10

23 moléculas1 mol = 6,02 x 10

23 iones

Por convención,se entiende quelas condicionesnormales de presión

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



78

C P E C H


c a p í t u l o

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 10

24 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 lamasa 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. Enla segunda podemos calcular la masa conociendo los moles (n) y la masa molar (MM).



79


er s i t a r i o s


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 precisoutilizar la relación anterior.

i. X átomos Al ↔ 10 g Al 6,02 x 10

23 átomos Al↔ 27 g Al

ii.6,02 x 10

23 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 reacciónmediante 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 uncohete que emplea hidracina como combustible y tetraóxido de dinitrógeno como oxidante. Se ha establecidoexperimentalmente que las fórmulas moleculares para estas dos sustancias, ambas líquidas, son N

2H

4 y N

2O

4,

respectivamente. El análisis de la mezcla que sale del escape del cohete muestra que se compone de nitrógenogaseoso elemental, N

2, 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 laizquierda y las de los productos a la derecha.

N2H

4 + N

2O

4 → N

2 + H

2O

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

2N2H

4 + N

2O

4→ 3N

2 + 4H

2O

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



80

C P E C H


c a p í t u l o

3Nota (2) : XAy ; X : Coeficiente estequiométrico

A: Compuesto y: Subíndice

2 N2

Coeficiente subíndice

estequiométrico

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.

2N2H

4(I) + N

2O

4(I) → 3N

2(g) + 4H

2O

(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 reacciónquímica.

Símbolo Significado

Precipitado

Reacción reversible

• Liberado como gas

Calor

∅ Ebullición

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

2N2H

4(I) + N

2O

4(I) → 3N

2(g) + 4H

2O

(I)

Indica que dos moles de N2H

4 reaccionan con un mol de N

2O

4, obteniéndose tres moles de N

2 y cuatro molesde H

2O. 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)

→ 2AI2O

3(s)

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

2O

3.

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.



81


er s i t a r i o s


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 AlCl

3 + 3 H

2

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 AlCl

3 = 133,5 g/mol

Solución:

I. X g AlCI3 ↔ 1 g Al 267 g AlCl

3 (2 moles)↔ 54 g Al (2 moles)

II. x =267 g AlCl

3 · 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 puedeestablecerse entre los reactantes o entre los productos.

Una observación importante apunta a que la relación no necesariamente debe establecerse entre las entidadesque 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 átomospresentes. Debe procurarse el mismo número. Esto hará que los cálculos sean menos complejos. El equilibriopuede 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



82

C P E C H


c a p í t u l o

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 H

2SO

4 = 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 consumentotalmente. 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. Estareacción no se verifica estequiométricamente y el reactivo límite es el que se consume primero.

Ejemplo:

Para la reacción:Fe

2O

3 + 2 Al → 2 Fe + Al

2O

3

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 valorcomo referencia y determinar cuál está en exceso.La razón estequiométrica ideal es:

nFe2O

3

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 Fe2O

3 = 1000 g / 159,69 g/mol

n Fe2O

3 = 6,26 mol



83


er s i t a r i o s


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 secompara con la ideal:

n Fe2O

3

n Al=

6,26 mol

37,06 mol

n Fe2O

3 / 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 comoreferencia). Luego, el reactivo límite es el óxido férrico.

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

n Al = n Fe2O

3 / 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 alhacer 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 consumaprimero.

- El reactivo en exceso es el aluminio. Es decir, luego de ocurrida lareacción, 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 porlos que la cantidadobtenida en unareacción es inferior ala esperada son varios:

- Muchas reacciones sonreversibles, luego, latransformación no escompleta.

- A veces, no es posibleseparar totalmente elproducto obtenido.

- Los productos formadospueden producir reaccionessecundarias.

- Muchas moléculas no estánsuficientemente activadaspara reaccionar, etc.



84

C P E C H


c a p í t u l o

37. Leyes fundamentales de los gases

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

Un gas es un estado de la materia que se caracteriza por su grandesorden (en comparación con los líquidos o los sólidos). Lasmoléculas que conforman el gas, se desplazan en el recipiente que lascontiene en trayectoria recta y a una velocidad elevada, produciéndosechoques entre éstas. En estos choques no se pierde energía.

Los factores que influyen en gran medida en el comportamiento de ungas 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 delos estados de la materia en términos de grado. La escala Kelvin seconsidera como la escala universal de temperatura y se establece su

valor en cero, que indica cese total del movimiento molecular. Sinembargo, el cero absoluto no se puede lograr. Las escalas se fijan deacuerdo 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 K 100 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



85


er s i t a r i o s


• Relación entre escala Celsius y Fahrenheit

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

F = ºC x9

5 + 32Ejemplo: expresar 25 °C en grados F.

F = 25 x9

5 + 32

F = 45 + 32

F = 77

Para transformar grados Fahrenheita grados Celsius, se usa:

°C = (F – 32) x5

9

Ejemplo: expresar 56 F en grados Celsius.

°C = (56 – 32) x5

9

°C = 24 x5

9

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



86

C P E C H


c a p í t u l o

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

10 atm · = 7600 mmHg760 mmHg

1 atm

10 atm · = 1013200 mmHg101320 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)”.

v 1 v

2

n1 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



87


er s i t a r i o s


Luego,P

1 · V

1 = P

2 · V

2

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”

V

T = K

V = K · T

Por lo tanto, V 1

T 1

=

V 2

T 2

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”

P

T = k

P = k • T

Por lo tanto,P

1

T 1

=

P2

T 2

Gráficamente se expresa: P

T



88

C P E C H


c a p í t u l o

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 masadel gas. Su expresión es:

P x V

T = k

Por lo tanto,

P1

x V 1

T 1

=P

2x V

2

T 2

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 queen todas las expresiones aparece el grado Kelvin. Es debido a este hecho, que en la Ley de Charles debe usarsela 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.

Ejemplos

1. Dada la siguiente ecuación:

Cu + 2H2SO

4 ↔ CuSO

4 + SO

2 + 2H

2O

(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 CuSO

4 ↔ 1 mol Cu

ii. X =159 g CuSO

4 · 1 mol Cu

1 mol Cu



89


er s i t a r i o s


X = 159 g CuSO

4

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 SO

4

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 Cl

2 (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 O

2 ↔ 36 g H

2O (2 moles · 18 g/mol)

ii. X =44,8 L O

2 · 45 g H

2O

36 g H2O

X = 56 L O2



90

C P E C H


c a p í t u l o

3

m o l e s

L e y

c o m b i n a d a

t e m p e r a t ur a

g a s i d e a l

pr e s i ó n

v o l u m e n

G a y - L u s s a c

C h ar l e s

B o y l e - M ar i o t t e

A t ó m o s

M o l é c u l a

M o l

Nº A v o g a d r o

6 , 0 2 x 1 0 2 3

M a s a m o l ar

V o l u m e n m o l ar

C .N .P .T .

2 2 , 4 l i t r o s

C o m

p o s i c i ó n %

F ó r m u l a

e m p í r i c a

F ó r m u l a

m

o l e c u l ar

R e l a c i ó n

e s t e

q u i o m é t r i c a

R e a c t i v o

l í m i t e

S í n t e s i s

d e

c on t eni d o s



91


er s i t a r i o s


Actividades

1. Calcule la masa molar del Zn (ClO 4 )

2

Mat Zn=65 g/mol

Mat CI=35 g/mol

Mat O = 16 g/mol

Así

MM Zn (CIO 4 )

2 =

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

6H

5O

7 )

2

Mat Zn = 65 g/mol

Mat C = 12 g/mol

Mat H = 1 g/mol

Mat O = 16 g/mol

Así

MM Zn3(C

6H

5O

7 )

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 (AsO

2 )

2 =

b. Cr2(SO

4 )

3

Mat Cr = 51 g/mol

Mat S = 32 g/mol

Mat O = 16 g/mol

MM Cr2 (SO

4 )

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:

C55

H72

MgN 4O

5

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 =



92

C P E C H


c a p í t u l o

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 :

Fe2O

3 :

H2CO

3 :

Fe(OH)3 :

Na2 S2O3 :

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 CaSO 4?

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 KClO

4?

11. Para la reacción:

2NaCI + H2 SO

4 → Na

2 SO

4 + 2HCI

a. ¿Qué masa de H2 SO

4 se necesita para obtener 252 g de Na

2 SO

4?

b. ¿Cuántos moles de HCI se formarán a partir de 294 g de H2 SO

4?

c. Para que reaccionen totalmente 100 g de H2 SO

4, ¿qué cantidad en gramos de NaCI es necesaria?



93


er s i t a r i o s


EJERCICIOS


1. Según la ecuación: N2 + 2O

2 → 2NO

2

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 NO

2, puesto que la relación

estequiométrica entre ellos es 1:1. Por otra parte, 5

moles de O2 reaccionaran con 2,5 moles de N

2 pues la

razón estequiométrica de ellos es 1:2.

2. La presión de un mol de gas que se encuentraen un recinto cuyo volumen es 4 litros, a unatemperatura 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 mejorel proceso de la reacción en que A es Na

2 CO

3, B

es HCl y C es CO2?

Na

2 CO

3 + 2HCl 2NaCl + CO2 + H

2O

m

tiempo

A

B

C

0

A)

m

tiempo

AB

C

0

B)

m

tiempo

A

C

0

B

C)

m

tiempo

A

B

C

0

D)



94

C P E C H


c a p í t u l o

3EJERCICIOS

m

tiempo

A

C

0

B

E)

Alternativa: D.

Habilidad: Análisis.

Defensa: En la reacción A y B corresponden a los

reactantes (Na2CO

3 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 unamasa molar igual a 17 g/mol. ¿Cuál o cuáles delas siguientes cantidades puede(n) considerarseequivalente(s) a un mol de amoníaco?

I) 17 g de NH3.

II) 22,4 litros (condiciones normales) del gas. III) 6,02 x 10

23 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 y

un mol de amoniaco gaseoso C.N.P.T = 22,4 litros.

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

Cu + S CuS

A) 1095,9

B)10 · 63,5

95,5

C) 95,5 · 10

D)63,5 · 95,5

10

E) 10 · 95,5

63,5



95


er s i t a r i o s


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 10

23 moléculas. D) 67,2 l ; 96 g ; 6,02 x 10

23 moléculas. E) 67,2 l ;102 g ; 3 · 6,02 x10

23 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 KClO

3

(M.AT K = 39 g/mol M.AT Cl = 35,5 g/mol, M.ATO. = 16 g/mol) en la reacción?

2KClO3 (s) → 2KCl (s) + 3O

2 (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 O

2 (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 afirmarque 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



2 E A p l i c a c i ó n



5 B C o m p r e n s i ó n




96

C P E C H




DISOLUCIONES

Capítulo 4


Reconocer soluto de disolvente.

Identificar expresiones usadas endisoluciones.

Comprender el significado de la solubilidad.



98

C P E C H


c a p í t u l o

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 seráaquel que esté en menor proporción. El disolvente será el que esté en mayor proporción y es el que disuelve alsoluto.

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, sedistinguen tres fases: sólida, líquida o gaseosa.

- El soluto y el disolvente no deben separarse por procesos físicos, como por ejemplo, decantación ocentrifugación.

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, constituyendouna mezcla conductora de electricidad por la formación de iones en el seno de la disolución.

Ejemplo:

sal + agua (NaCl + H2O → H

2O + Na+ + Cl – )

• Disoluciones moleculares: Se forman entre aquellas sustancias no electrolitos y solventes apolares, lasmoléculas 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 laque 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 seforma entre el solutoy el disolvente en unadisolución líquida

es la causa de quese experimente variación del volumen durante el proceso dedisolución.



99


er s i t a r i o s

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 estarunidos, 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, detamaño ínfimo. Luego, se trata de partículas que no son apreciablesa simple vista, sin embargo, son mucho más grandes que cualquiermolécula.

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

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



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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 H

2O

% m/m = 12 · 100

12 + 200 =

1200

212 % 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 + Disolvente

100 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 · 100

Volumen disolución

Proceso físico esaquél en el que nocambia la estructura

interna de las sustancias. Porejemplo: la filtración, la fusióny la evaporación.

Proceso químico es aquél enel que cambia la estructurainterna de las sustancias. Porejemplo: 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 dedisolución.

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 sonaditivos, 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 · 100

Volumen 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 · 100

200

% 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 =

100

40

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 soluto58 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. LaMM de NaHCO

3 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 K 2SO

4 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 · 1000

200

x = 100 g soluto

b) Cálculo de molalidad

m =100

174

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 KNO

3 · 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 demoles de disolución.

X

soluto = (n) moles soluto

(n) moles disolución X

disolvente =

(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 KNO

3

MM KNO3

Moles KNO3 =

30

101

n = 0.2970 moles KNO3



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Moles (n) H2O =

500

18

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 lasiguiente relación.

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

MM soluto

Ejemplo

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

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

MM 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 · 1000

MM 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 delsoluto es 24 g/mol?

Ocupando la expresión anterior:

Molalidad =20 · 1000

24 · (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 masamasa 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. Supondremosque ambas disoluciones son distintas y que no dan origen a un compuesto nuevo. Presentemos algunasobservaciones 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 · V

1 = C

2 · V

2

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

Veamos un ejemplo

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

C1 = 0.3 M C2 = ¿ ? V

1 = 150 mL V

2 = 600 mL

C2 =

C1 · V

1

V 2

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 enun disolvente no se disuelven completamente. El término que nospermitirá 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 hierroforman una mezcla heterogénea,que puede separarse fácilmentecon ayuda de un imán. Sise calienta, los mismoscomponentes, hierro y azufre,

pueden reaccionar entre sí dandolugar a un compuesto. Entoncesya no se trata de una mezcla sinode 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 unmáximo).

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

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 quieredecir 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 KNO

3 = m KNO

3 / 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 g

mL = 100 g disolvente

S KNO3 = m KNO

3 / 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 disolventedeterminado.

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 através del estado del líquido. A medida que aumenta la temperatura, el disolvente pasará al estado gaseoso y sidisminuye, 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 queaumente la solubilidad de la disolución.

Si el disolvente es líquido y el soluto es líquido, un incremento de la temperatura hará que aumente lasolubilidad. Sin embargo, en este caso, la gran mayoría de las disoluciones tiene una solubilidad muy grande sinsiquiera 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 casocontrario 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 dedisolver 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 esparcialmente 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 esedisolvente o insoluble.

7.4 Reglas de solubilidad

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

2. Todos los NO3-, NO

2-, ClO

4-, ClO

3-, MnO

4-, Cr

2O

7-2 y CH

3COO- son solubles (el CH

3COOAg 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, PO

4-3, SO

3-2, AsO

4-3, AsO

3-3 , BO

3-3, F- y SiO

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

NH4+.

7. Todos los C2O

4-2 son insolubles excepto los de Na+, K +, NH

4+ y Fe+2 (MgC

2O

4 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 presenciade un soluto no volátil provoca cambios en el comportamiento del líquido. Tales cambios reciben el nombre depropiedades coligativas.

Los cambios de comportamiento del disolvente provocados por la presencia de un soluto no volátil se debenúnicamente 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 porla presencia de un soluto no volátil.

Un ejemplo práctico que permite comprender el concepto de presión de vapor se puede realizar colocando unpoco de cloroformo dentro de un vaso de precipitado y cubriendo el vaso con una campana de vidrio. Se puedeobservar 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 pasaral 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 ésteya que se condensan. En el inicio, la velocidad de evaporación es mayor que la velocidad de condensación porlo cual el nivel de cloroformo en el vaso va bajando. A medida que la cantidad de vapor aumenta, la velocidadde 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 interiorde la campana se encuentra saturado de vapor, que ahora ejerce la máxima presión de vapor posible. Dichapresión se ve incrementada por un aumento de la temperatura del sistema y depende de la naturaleza volátil dellíquido, 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 concentraciónde ésta, llegando a establecer la ley de Raoult, que dice que “La presión de vapor de un líquido como disolventeen una disolución es igual al producto de la presión de vapor de ese líquido puro (P

0) dividido por los moles del

líquido en disolución”.

La variación de la presión de vapor de una disolución se puede calcular según la relación:

ΔPP

0

= Kt ·1000 · masa de soluto

masa de disolvente · masa molar soluto

ó

ΔPt

P0 = K t · 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)

ΔP

P 0

= Kt ·1000 · masa de soluto

masa de disolvente · Masa molar soluto

ΔP

17,54 = 0,018 ·

1000 · 36

500 · 180

En una mezcla de gases, cada unode ellos ejerce una presión, conindependencia de los demás. Estapresión se denomina presiónparcial.

Esta presión es la que ejercería

el gas si se encontrara él soloocupando todo el volumen de lamezcla y a la misma temperaturade 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 deebullición de un líquido provocada por la presencia de un soluto no

volátil.

Un líquido entra en ebullición (hierve) cuando ocurre la formación deun gran número de burbujas de vapor que suben a la superficie. Estosucede cuando la presión de vapor del líquido (P) es mayor que lapresión atmosférica (P atm).

A nivel del mar, la presión atmosférica es de 760 mm Hg (1 atm), porlo cual el agua hierve a 100 °C. A presiones menores, el agua entraen ebullición a temperaturas mas bajas. El fenómeno opuesto sucedecuando la presión aumenta por sobre la atmosférica, en el cual elagua hierve a temperaturas mayores a 100 °C. Esta propiedad esaprovechada en las ollas a presión, ya que en su interior existe unapresión mayor que la atmosférica, por lo tanto, el agua va a hervira mayor temperatura haciendo que los alimentos se cocinen másrápidamente.

Este hecho puede ser aplicado para otras sustancias, ya que cuantomás volátil sea el líquido, mayor será su presión de vapor y, por lotanto, 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). Susinvestigaciones se centraron en la relación que existía entre el efectoebulloscópico y la concentración de la disolución, llegando a concluirque “La elevación del punto de ebullición de un líquido, provocada porla presencia de un soluto no volátil, es directamente proporcional a lamolalidad de la disolución”.

Δ T (temp ebullición disolución - temp ebullición disolvente puro)

( T 0)

=Kt

E ·

1000 · masa de solutomasa de disolvente · masa molar soluto

ó ΔtE = K E · m

El efecto de la pre-sión se observamuy bien al destaparcualquier botella deuna bebida gaseo-

sa. Estando la botella cerradano se aprecian burbujas, perodespués de abrirla aparecenburbujas por todo el líquido loque indica que el gas no puedepermanecer disuelto en esascondiciones 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 deltetracloruro = 77° C bajo presión normal).

t – t0 =

Kt · 1000 · masa de soluto


t – 77 = 5,32 · 1000 · 10

500 · 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 ebullicióndel 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 anticongelanteque 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 presenciade un soluto no volátil, es directamente proporcional a la molalidad de la disolución”.

Δ T c (Temp congelación disolvente puro (t0) - temp congelación disolución (t)) = K c ·

1000 · masa de soluto


Δ T c = K

c · m

Ejercicio

¿Cuál es la temperatura de congelación de una disolución conteniendo 8,9 g de antraceno (C14

H10

) en 256 g debenceno? (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 · 8,9

256 · 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



114

C P E C H


c a p í t u l o

4Punto triple del agua

Es un punto específico en que el agua puede existir simultáneamentebajo la forma de hielo, líquido y vapor de agua. Las condiciones de

este triple estado se establecen bajo una presión de 4,579 mmHg y de 0,0098 °C.

Volumen constante

Congelación

SólidoLíquido

Fusión

Evaporación

Sublimación

Condensación

gas

Temperatura

P r e s i ó n

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´tHoff (1852-1911) quien llegó a la conclusión de que la ecuación de lapresión 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 ladisolución, n la cantidad de moles de soluto, R la constante general delos gases y T la temperatura absoluta de la disolución.

El efecto de la presión osmótica es utilizado en numerosas aplicacionesentre las cuales se pueden destacar la desalinización del agua de mar.Este proceso consiste en la remoción de la sal mediante la osmosisinversa, es decir, el agua hace el camino inverso al natural, por aplicaciónde una presión superior a la osmótica. Una de las dificultades de esteproceso es la obtención de membranas semipermeables que resistanlas altas presiones. Este tratamiento del agua de mar se realiza enregiones donde las fuentes de agua dulce son escasas, como en mediooriente.

Otra aplicación de la presión osmótica se da en la industria alimentaría,

en la cual, la osmosis es empleada para producir charqui o carnesalada, este producto se obtiene agregando sal gruesa sobre la carnefresca, puesto que la sal común tiene un gran efecto higroscópico, esdecir, 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 procesolento 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...



115


er s i t a r i o s


deshidratación de la carne por lo que se conserva durante mucho tiempo en buen estado, ya que al tener unbajo 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 (masamolar urea = 60 g/mol) Datos: R = 0,082 atm L/K mol

PV = nRT

P =n · R · T

V

T = 273 + 27 = 300 K

n =g

MM soluto =

12

60 = 0,2 moles

P =0,2 · 0,082 · 300

2 = 2,46 atm



116

C P E C H


c a p í t u l o

4

S í n t e s i s

d e

c on t eni d o s

s o l u t o

s o l v e n t e

S o l u c i ó n

d e n s i d a d

% m / m

% m / V

% V / V

M

o l a l i d a d

M

o l ar i d a d

C o n c e n

t r a c i ó n c o m ú n

P .P .M .

T o n o s c o p í a

M a s a m ol a r

E b u l l o s c o p í a

k g s ol v e n t e

C r i o s c o p í a

D i l u c i ó n

C 1 V 1 = C

2 V 2

S o l u b i l i d a d

m g



117


er s i t a r i o s


Actividades


Columna A Columna B

1. Masa _____ 7% m/m

2. Fracción molar _____ Molalidad

3. Moles de soluto en 1000 mL disolución _____ mg soluto en 1000 g disolución

4. g / MM _____ % m/m · δ

5. % m/v _____ Moles6. ppm _____ Dilución

7. C1· V

1= C

2 · V

2 _____ δ · V

8. 7 g de soluto en 100 g disolución _____ Molaridad

9. Moles de soluto en 1000 g disolvente _____ X n= X

A +X

B

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 NH

3 = 17 g/mol.)

a. molalidad (m) :

b. molaridad (M) :



118

C P E C H


c a p í t u l o

4EJERCICIOS


1. Para preparar 100 g de una solución acuosa de Yoduro de Potasio (KI) al 5% m/m hay que disolver5 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: B

Habilidad: Comprensión

Defensa: 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

5 g + 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 deNaOH se requieren?

A) 10 g B) 20 g C) 40 g D) 50 g

E) 80 g

Alternativa: B

Habilidad: Comprensión

Defensa: 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 solución

X 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

X g → 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.

4 g NaOH → 100 mL solución

Xg NaOH → 1000 mL solución

X = 4000 / 100

X = 40 gramos de NaOH.

Si la masa molar del NaOH es 40 g/mol, entonces la con-

centración molar de la solución es 1 molar.

4. ¿Cuántos gramos de soluto y de solvente estáncontenidos en una solución acuosa al 3% m/m deKOH?

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: B


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.



119


er s i t a r i o s


EJERCICIOS

2. Calcular la molaridad (M) de una sal si su masaes 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 desolvente. Si el peso molecular del soluto es de100 g/mol y la masa molar del solvente es 100 g/mol, calcular la fracción molar del soluto ysolvente.

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 seencuentran 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 quecontiene 20 g de KNO

3 en 0,6 Kg de solvente?

(MM KNO3 = 101 g/mol)

A) 0,198 mB) 0,33 m

C) 1,98 m D) 3,30 m E) 10,10 m

Alternativa: B.


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 KNO3

Si 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



120

C P E C H


c a p í t u l o

4EJERCICIOS

5. ¿Cuál de los siguientes tipos de agua correspondea una sustancia pura?

A) Agua de mar B) Aguas termales C) Agua destilada D) Agua potable E) Agua mineral



2 B A p l i c a c i ó n



5 C R e c o n o c i m i e n t o




QUÍMICAAMBIENTAL

Capítulo 5


Conocer los diversos ciclos de nutrientes.

Reconocer contaminantes físicos y químicosy sus implicancias.

Valorar el cuidado por el Medio Ambiente.



122

C P E C H


c a p í t u l o

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:

• Incorporación de energía y compuestos inorgánicos.• Creación de materia orgánica a partir de la materia mineral y de la energía (plantas verdes).• Consumo de esta materia orgánica por aquellos seres vivos incapaces de producirla (herbívoros y carnívoros).• Desintegración de la materia orgánica hasta llevarla nuevamente al estado de compuestos inorgánicos.

• Transformación de estos componentes inorgánicos en otros compuestos minerales que puedan seraprovechados por los productores de materia orgánica.

En un ecosistema la materia es utilizada una y otra vez en forma cíclica (ciclos de nutrientes). En cambio, la energíaes 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. La energía

que proviene del sol es captada por los organismos fotosintéticos y, a partir de ellos, pasa a los restantes

organismos que componen una cadena alimenticia, formándose una especie de corriente que recibe el nombrede ujo de energía.

Química ambiental

En un ecosistema la materia es utilizada una y otra vez en formacíclica (Ciclos de nutrientes). En cambio, la energía es empleadauna vez. Ésta se pierde a lo largo de las etapas señaladasanteriormente en forma de calor o trabajo y, por lo tanto, nopuede volver a ser utilizada, necesitándose, en consecuencia, unnuevo aporte de ella.

Descomponedores

Productores

(autótrofos)

Consumidores I

(herbívoros)Consumidores II

(carnívoros)

Consumidores III

(carnívoros)

caloraporte energético

(luz solar)

Flujo de energía

3Recepciónde energía

Productores demateria orgánica consumidores

transformadores

21

Luz

sales

minerales

Carnívoros

Bacterías y

Hongos

Plantas Verdes Herbívoros

Bacterías

5

desintegradores

compuestosinorgánicos

4



123


er s i t a r i o s

Capítulo 5 Química ambiental

1.1 Ciclos de los nutrientes

La energía que los seres vivos incorporan a sus organis-

mos a través de la nutrición debe ser liberada en parte,

con el n de ser utilizada por ellos.

El desprendimiento de la energía, ocurre en el interior dela células del organismo, en presencia del oxígeno. Esteproceso, común a todo ser viviente, se denomina com-

bustión u oxidación de los alimentos.

A través de las cadenas alimenticias no sólo circula laenergía sino también, la materia. Esta materia describeciclos en su recorrido, es decir, unos circuitos que afectantanto a los seres vivos como a los componentes no vivos

de la biosfera. Por esta razón, se denominan Ciclos deNutrientes.

1.1.1 Ciclo del agua

El agua es indispensable para los seres vivos. Si bien elcomponente hídrico de los organismos es variable, estásiempre dentro de unos porcentajes elevados.

Si, por falta de suministro, la cantidad de agua de una célula disminuye por debajo del nivel medio, aumenta el

peligro de muerte por deshidratación. Por ello, el ciclo del agua es uno de los más importantes y es el único quese produce exclusivamente a nivel de compuestos.

O3

O2CO

2

Oxidación de

minerales

Utilización de O2

Liberación de O2

Absorción de CO2

Liberación de CO2

Las vías de intercambio de agua entre la atmósfera y la supercie de la Tierra son las precipitaciones y laevaporación. Las precipitaciones son en forma de lluvia o de nieve, lo que depende de la temperatura ambiental.El agua caída sobre la supercie terrestre se reúne en corrientes de mayor o menor cauce que circulan hacia lasgrandes concentraciones acuosas, como lo son los mares, lagos y océanos.

Durante este recorrido cierta cantidad de agua se evapora hacia la atmósfera y otra cantidad es tomada por losorganismos vivos (animales y vegetales), los que la incorporan a su estructura orgánica. En los vegetales el agua

evaporacióncombustión

lluvia ácida

CORH

SO2H2O

H2O

HNO2

H2SO4

Radicallibre O

RadicallibreOH

PeróxidosHO2

RO2

Troposfera

EstratosferaRadiación UV

Radiación UV



124

C P E C H


c a p í t u l o

5es un producto indispensable para la síntesis de hidratos de carbono. Además, todos los organismos precisancierta cantidad de agua para llevar a cabo procesos químicos vitales, por lo tanto, el agua es indispensableen los seres vivos no sólo a nivel estructural sino también para hacer posibles las reacciones de síntesis denueva materia viva. Las vías de salida del agua del ciclo, tanto en los vegetales como en los animales, son

la transpiración y respiración en las plantas, en tanto los animales eliminan agua mediante la excreción,transpiración y la respiración.

1.1.2 Ciclo del carbono

El mundo orgánico también ha sido llamadoel mundo del carbono, ya que este elementoes uno de los componentes fundamentales de

la materia viva. Se puede considerar que los vegetales verdes desencadenan el ciclo delcarbono, ya que son el enlace entre el mundoorgánico y el inorgánico. Ellos transforman

el carbono del anhídrido carbónico (CO2) en

hidratos de carbono (C6H

12O

6), compuestos

que forman parte del organismo humano y leproporcionan energía.

Los consumidores de primer orden (Herbívoros)incorporan a su organismo el carbono jadoen las plantas. Para ello, realizan el procesode la digestión del alimento. Como producto

de desecho queda anhídrido carbónico (CO2),

que es expulsado a la atmósfera durante elproceso de la respiración.

Además, cuando las plantas verdes respiran también expulsan anhídrido de carbono como producto de desecho.Al morir los seres vivos sus organismos son atacados químicamente por los descomponedores (hongos ybacterias) y de esta forma restituyen el carbono al suelo en productos tales como carbón, madera, gas natural

y petróleo.

Atmósfera

Biomasa

vegetaly animal

Detritos/ materia

orgánicadel suelo

Fotosíntesis

AtmósferaCO2

CO2

Respiración

Biomasa

CO2

Respiración

Hojarasca

DescomposiciónMateria

orgánica

Animales

CO2

R e s p i r a c i ó n

Condensación

Vapor de aguaPrecipitaciones

Transpiración

Infiltración

Evaporación

A causa del efecto

invernadero, la velocidadde deshielo de glaciares yzonas costeras de los polos

ha aumentado en los últimos

20 años, provocando unaumento en los volúmenesde agua precipitada como

lluvia o hielo, causandoinundaciones.

Sabías que...



125


er s i t a r i o s


1.1.3 Ciclo del nitrógeno

El Nitrógeno presente en la atmósfera se encuentra en estado gaseoso (N2). Sin embargo, en dicho estado,

la gran mayoría de los seres vivos no pueden utilizarlo. Por lo tanto, es necesaria una transformación. Los

consumidores de primer orden (herbívoros) y segundo orden (carnívoros) obtienen este producto del alimentoque ingieren, ya que los compuestos nitrogenados están presentes en las verduras, carnes y granos.

Los nitratos son la fuente más común de nitrógeno. Los vegetales los utilizan como nutriente mineral quetoman del suelo, para transformarlos posteriormente en otros compuestos nitrogenados, tales como proteínas

y aminoácidos. La jación del nitrógeno atmosférico (N2) a nitrato (NO

3

– ) se realiza gracias a un grupo demicroorganismos denominados jadores de nitrógeno, formado principalmente por bacterias y algas.

Estas bacterias son del género Rhizobium, las cuales habitan en nódulos en las raíces de las plantas leguminosas(fréjol, alfalfa, maní, trébol, etc.). Al interior del nódulo estas bacterias realizan la transformación bioquímica del

nitrógeno gaseoso y lo transforman en sales de nitrato (NO3

– ), compuesto que puede ser fácilmente absorbidopor los vegetales.

Por esto las leguminosas pueden ser plantadas en suelos marginales (empobrecidos de nutrientes) con elpropósito de aumentar la fertilidad de ese suelo.

El nitrógeno es nuevamente incorporado al ambiente mediante los desechos orgánicos (fecas y orina) y pordescomposición de plantas y animales, en el cual, gracias a los descomponedores, son liberados aminoácidos,

amoniaco (NH3) y ácido úrico para ser nuevamente incorporados al ciclo.

orina

acción volcánica

plantas y tejidos

animalesaminoácidosy residuos orgánicos

amonicación

amonio o amoníaco

nitricación

nitritos

nitratos

agua del suelo

pérdida a los

sedimentos

profundos

plancton peces marinos

desnitrificaciónfijación denitrógenos

nitrógenoatmósfericoasimilación

plantas terrestres

(síntesis deaminoácidos)



126

C P E C H


c a p í t u l o

51.1.4 Ciclo del fósforo

Los fosfatos (PO4

-3) del suelo sedisuelven y se incorporan a las plantas

a través de las raíces. Luego, las plantasson consumidas por los animales,donde desempeñan un importantepapel en la formación del esqueleto,

junto con el calcio. Al morir losanimales, sus esqueletos enriquecidoscon los fosfatos, se incorporande nuevo al suelo, formando asídepósitos de este elemento. Estosrestos de animales llegan tambiéncomo sedimentos al fondo del mar,

desde donde el fósforo pasa a los pecesy luego a las aves marinas, las cualesdepositan sus excrementos, ricos enfósforo, en zonas costeras, formandoasí depósitos llamados “guano decovadera”.

En las costas del Pacíco (Chile y Perú)se encuentran los mayores depósitosde guano del mundo, el cual es usadouniversalmente como abono puesto

que aumenta la fertilidad del suelo. Elfósforo es jado naturalmente por un hongo llamado micorriza, el que se encuentra en la zona de las raíces y

es allí donde libera el fósforo en forma de PO4

-3, compuesto que es fácilmente asimilado por los vegetales. En

resumen, el hecho de conocer los ciclos de nutrientes nos permite manejar mejor los recursos naturales paraasí favorecer el cuidado del ambiente y a su vez lograr una sustentabilidad del medio en que vivimos, tratandode evitar la utilización excesiva del suelo, ríos y recursos naturales, que podrían llevar a la deserticación y ala contaminación ambiental.

2. Contaminación ambientalEl hombre está inserto en un medio, del que depende directamente. Si el medio ambiente es tratado con respetoestará asegurándose la vida; si no es así, las consecuencias son fácilmente predecibles. Por la vertiginosidad,el progreso actual y las modicaciones que ha hecho el hombre al medio, éste pasa por momentos críticos.Si se pudiese observar el planeta desde el exterior se apreciaría el aspecto tétrico de la polución. ¿Qué estáocurriendo? ¿Cómo enfrentar el problema de la contaminación? En este capítulo se analizarán algunos conceptosrelacionados con la contaminación.

El medio ambiente está constituido, básicamente, por tres sustancias: el aire, el agua y el suelo, los cualescontienen una composición química determinada. Cada vez que se le agregan sustancias extrañas o se está

variando esta composición normal, se presenta un problema de la contaminación.

animales terrestres

fosfatos en

la orina

hecestejidos

animales

Descomponedores(bacterias yhongos)

Fosfatosen la orina

conchas yesqueletos

tejidos

animales y

heces

Descomponedores(bacterias y hongos)

tejidos de

plantas y

algas

Fosfatos en

solución, en

conchas y enesqueletos

animales

pérdidas o

sedimentos

profundos

Fosfatos perdidosen el agua por el

drenaje

agua

plantas



127


er s i t a r i o s


2.1 Aire

El aire es una mezcla de gases considerada de suma importancia

para los seres vivos. Para conrmar esto, basta saber que en forma

aproximada, el hombre consume diariamente 15 kg de aire contra 2,5 L de agua y 1,5 kg de alimentos.

2.1.1 Componentes del aire

Normalmente el aire está compuesto como muestra la tabla:

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%

El aire se contamina si varía esta composición normal o presenta par-tículas extrañas disueltas en él.

2.1.2 Contaminantes del aire

El Consejo de Europa dene esta contaminación:… “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”…

Monóxido de carbonoCO (ppm para una hora)

Acidez

SO2 en microgramos por m3, para 24 hrs.

Suciedadpartículas en microgramos por m3 para 24 hrs.

35 ppm

70 mg/m3

100 mg/m3

La denominación de efectoinvernadero se debe a que enlos invernaderos destinadosal cultivo de plantas, lasparedes y el techo de vidrio oplástico dejan pasar una grancantidad de radiación solar,pero impiden la salida de la

radiación infrarroja emitidapor el suelo, produciéndose,de este modo, un aumento dela temperatura en el interior.

Sabías que...



128

C P E C H


c a p í t u l o

5La organización mundial para la salud (OMS) indica cuáles son los niveles de contaminación del aire. Entre lasfuentes naturales de contaminación del aire están el polvo, el polen, actividad volcánica, incendios forestales,polvo cósmico, etc. Dentro de las fuentes articiales de contaminación se incluye la provocada por el hombre ysu accionar, tales como los productos químicos esparcidos por automóviles, fábricas, vertederos de basura, etc.

Dentro de los contaminantes articiales destacan los anhídridos de azufre, anhídridos u óxidos ácidos decarbono y los óxidos ácidos de nitrógeno.

• Anhídridos de Azufre: El Anhídrido sulfuroso y sulfúrico:

En los combustibles fósiles hay trazas de azufre; este elemento al combustionarse forma el SO2 y éste, al

combinarse con agua produce H2SO

4 (ácido sulfúrico) el cual es altamente peligroso pues genera la corrosión

de metales y causa la lluvia ácida. Para solucionar estos problemas, se propone tratar los anhídridossulfúricos y sulfurosos con sales de calcio que precipitan formando sultos (-atos) de calcio donde supeligrosidad se ve reducida.

Precipitaciónácida seca

Nieve ácida

Muerte de vida acuática

Absorción deácidos en el suelo

Lluvia ácida

Emisiones de SOx

y NOx

Ácido sulfúrico (H2SO

4)

Ácido nítrico (HNO3)

Iones AI+3

Los CFC hansido eliminados

como propelentes

de aerosoles por su

inuencia negativasobre la capa de ozono.

Actualmente, se emplea comopropelente el metano (CH4),

cuyo efecto es inocuo sobre lacapa de ozono, pero contribuyeal calentamiento global pues esun “gas invernadero”.

• Óxidos ácidos de carbono: El anhídrido carbónico (CO2) se produce cuando se combustionan

completamente los combustibles orgánicos (petróleo, carbón, madera), y mediante la respiración animaly vegetal. Es un gas más pesado que el aire y su peligrosidad es relativa, ya que es usado como materiaprima para la fotosíntesis por los vegetales, reduciéndose así en forma natural. (En grandes cantidades yen lugares cerrados es tóxico).

CO2 C

6H

12O

6

Fotosíntesis

• El monóxido de carbono (CO) es un gas incoloro, inodoro e insípido producido en las combustionesincompletas o eliminado por la acción de volcanes. Este gas es altamente peligroso, pues forma con lahemoglobina de la sangre la carboxihemoglobina, compuesto químico muy estable; de ahí su peligrosidad(hipoxia celular).



129


er s i t a r i o s


Para disminuir la producción de CO por parte de los automóviles se propone usar aire enriquecido en oxígeno

(mayor contenido de O2 para la combustión interna del automóvil y así sólo queda transformado en CO

2)

• Anhídridos de Nitrógeno: Los anhídridos de nitrógeno, dentro de los cuales se cuentan anhídridos nitroso

y nítrico, se producen al combustionar el aire o por efectos naturales como las tormentas eléctricas. Estos gases,al actuar con el agua, pueden formar ácidos nitroso y nítrico que formarán parte a su vez de la acidez del aire y delas llamadas lluvias “ácidas”.

• Clorouorocarbonos (CFC): Los CFC son compuestos volátiles que se utilizaron masivamente comorefrigerantes y propelentes de aerosoles, aparentemente no constituían peligro ambiental, pero exhaustivosestudios demostraron que su concentración a nivel de la estratosfera genera degradación de la capa deozono, con el consiguiente adelgazamiento de dicha capa. Vale recordar que el ozono es fundamental en laprotección de la vida en el planeta, ya que ltra la mayor parte de los peligrosos rayos ultravioleta (UV) quellegan a la tierra, evitando con ello mutaciones y alteraciones en el material genético de los seres vivos.

2.1.3 Contaminación del aire

Cuando el aire sufre un cambio en su composición, provoca efectos desfavorables para la salud humana y elmedio ambiente. Los agentes contaminantes culpables de estas consecuencias, pueden ser de origen natural,que es producida por fenómenos naturales como erupciones volcánicas, incendios forestales, vientos. Y deorigen articial, producida por procesos industriales, plantas termoeléctricas, vehículos y en hogares.

Los distintos tipos de contaminación son:

a. Smog

Proviene de la palabra inglesa smog (smoke: humo y fog: niebla). Es un tipo de contaminación que se da enalgunas ciudades, por ciertos contaminantes junto con determinadas circunstancias climatológicas.

• Industrial o gris: producido en ciudades frías

y húmedas en las cuales se quemaban grandescantidades de carbón y petróleo pesado conmucho azufre, en instalaciones industrialesy de calefacción. Por tanto, el principal gascontaminante es el dióxido de azufre.

• Fotoquímico o pardo: producido en ciudades

cálidas y secas en las cuales producto de laradiación solar se producen reacciones entrelos principales gases, tales como el óxido denitrógeno (NOx) e hidrocarburos volátiles(COV`s).

b. Lluvia ácida

Contaminación asociada al uso de combustibles fósiles por la emisión principalmente de dióxido de azufre.

También se asocia a las centrales térmicas generadoras de energía eléctrica, motores a combustión interna queproducen óxidos de nitrógeno y en menor medida de óxidos de carbono. Estos contaminantes interactúan conla precipitación, como se muestra en las siguientes reacciones:



130

C P E C H


c a p í t u l o

5Lluvia ácida

1) SO2 → SO

3+ H

2O → H

2SO

4(l)

2) NOx + H2O → HNOx(l)

3) CO2 + H

2O → H

2CO

3(l)

La mayor concentración la presenta el ácido sulfúrico(H

2SO

4), luego los ácidos de nitrógeno (HNO

x) y

nalmente el ácido carbónico (H2CO

3).

Esta contaminación produce principalmente

acidicación de los suelos y de las aguas, afectando loscultivos, las construcciones y en general el equilibriode la naturaleza.

c. Adelgazamiento de la capa de ozono

La capa de ozono es la encargada de absorber la radiación ultravioleta,a través, de la constante destrucción y formación de las moléculas de

ozono que ocurre de forma natural y dinámica en la estratósfera.

Por tanto, esta contaminación se encarga de degradar la capade ozono, debido a la acumulación de cloro en la estratósfera,produciendo así una mayor destrucción que formación de la capa.

Por otro lado, el cloro que proviene de la descomposición declorouorocarbonos (CFC), conocidos industrialmente como

freones, ocurre gracias a la acción de la luz solar sobre ellos. Estos CFC`s se utilizaron ampliamente en aireacondicionado, aerosoles, espuma de embalaje, etc.

El mecanismo de la reacción es el siguiente:

Rompimiento capa de ozono

1) CF2Cl

2 →UV CF

2Cl·

+

Cl·

2) Cl· + O3 → ClO · + O

2

3) ClO· + O· → Cl· + O2

El cloro activo es capaz de destruir más de 100.000 moléculas de ozono.



131


er s i t a r i o s


d. Efecto invernadero

La energía que proviene del sol es la encargada de regular el clima del planeta. Estaenergía también se encarga de aumentar la temperatura de la tierra, lo que permiteque exista vida en el planeta.

Cuando la radiación llega desde el sol, solo una parte es absorbida y la otra esreejada 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.

La contaminación se produce cuando estos gases de invernadero aumentan suconcentración, principalmente el dióxido de carbono (CO

2), atrapando más de la

energía necesaria, transformándose en un calentamiento global.

La consecuencia es el aumento de la temperatura global del planeta, que traeconsigo el deshielo de los glaciares pudiendo producir un aumento de las aguas oceánicas e inundaciones enciudades costeras. También importantes cambios climáticos con graves implicaciones para la productividadagrícola.

3. Agua

Tres cuartas partes del planeta están ocupadas por agua ya sea en estado sólido, líquido o gaseoso, ya que es laúnica sustancia química que tiene esa propiedad. Normalmente el agua tiene un ujo circular en nuestro planeta.

Con el crecimiento de la población y el surgimiento de la actividad industrial, la contaminación de ríos, lagos,aguas subterráneas y mares aumenta constantemente.

La OMS dene 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:

Su fórmula química es H2O, que indica que posee 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno.

Su formación se hace a partir de dos gases muy diferentes, el Oxígeno y el Hidrógeno, según la siguientereacción exergónica y espontánea:

2H2(g) + O

2(g) → 2H

2O(l) + energía

La unión de los átomos es a través de enlaces covalentes. Donde el Oxígeno atrae con más fuerza loselectrones compartidos, siendo una molécula polar.

La molécula, tiene dos pares de electrones enlazantes y dos pares de electrones libres.

O

H H

Debido a los pares de electrones libres, la molécula sufre deformación, adquiriendo una geometría angular.Formando ángulos de 104,5º



132

C P E C H


c a p í t u l o

5Esta molécula tiene la capacidad de formar puentes de hidrogéno, esto quiere decir que la zona parcialmentepositiva del agua (hidrógeno) es atraído por la zona parcialmente negativa (oxígeno)

Se puede encontrar en los tres estado de la materia; sólido, líquido y gaseoso.

3.2 Propiedades del agua

El agua, un líquido a temperatura ambiente, posee propiedades muy particulares que la hacen muy distinta aotros compuestos.

3.2.1 Densidad

Tiene la particularidad que en forma sólida tiene menor densidadque en forma líquida, es por eso que el hielo ota sobre el agua. Estose debe al ordenamiento que sucede en estado sólido, ocupandomucho más volumen, es decir, en vez de contraerse se expande alsolidicarse. Por otro lado, la máxima densidad del agua se producea una temperatura cercana a 3,98 ºC y 1 atmósfera de presión, y su

valor es de 1 g/cm3.

3.2.2 Tensión superficial

Se dene como la cantidad de energía necesaria para aumentar su supercie por unidad de área, por tanto, ellíquido tiene una resistencia para aumentar su supercie. Sin embargo, está más relacionado con las fuerzasintermoleculares que se establecen en la supercie de cualquier líquido, en el caso del agua estas fuerzas sonmuy mayores que en otros casos, debido a las fuerzas de atracción producto de los puentes de hidrógeno quese establecen. Esto explica el hecho de que los insectos puedan otar sobre el agua, como también la formaesférica de las gotas.

La tensión supercial también actúa cuando los líquidos entran en contacto con las supercies sólidas, y esto

da lugar a la Capilaridad, que es la capacidad de un líquido de poder ascender por las paredes de un tubominúsculo.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

1, 0000

0,99990

0,99980

0,99970

0,99960

0,99950

0,99940

0,99930

0,99920

0,99910

0,99900

0,99890

0,99880

0,99870

0,99860



133


er s i t a r i o s


3.2.3 Calor específico

Esta propiedad es la capacidad que tiene el agua de poder absorber grandes cantidades de calor, sin que varíemayormente sus propiedades. El gran valor de su calor especico, de 1 cal/g ºC, hace a este líquido muy atrac-

tivo para enfriar procesos industriales, debido a su gran disponibilidad en las zonas costeras.

Vapor de agua

-20 °C

0 °C

20 °C

40 °C

60 °C

80 °C

100 °C

120 °C

Temperatura

Calor añadido en calorías por gramo de agua

0 80 160 240 320 400 480 560 640 720

Vaporización

Agua

Fusión

Hielo

3.3 Tipos de contaminación

3.3.1 Aguas duras

En forma natural el agua se puede contaminar debido a su gran poder disolvente. Las aguas duras poseen altasconcentraciones de calcio y de magnesio.

Estas aguas al ser utilizadas reaccionan con el jabón o los detergentes, formando coágulos insolubles y escamas,en vez de producir la espuma esperada, y las tuberías van siendo obstruidas por las escamas que deja el paso

de éstas.

3.3.2 Eutrofización

Es la forma articial de contaminación del agua. Producidaprincipalmente por un exceso de nutrientes provenientes deactividades industriales, domésticas y agrícola, por el usode fertilizantes y detergentes. Estos compuestos aumenta laconcentración de fosfato (PO

4

−3) y nitrato (NO3

−) provocandoun aumento excesivo de microalgas en la supercie de

ríos y lagos. Este fenómeno con el tiempo hace disminuirdrásticamente el nivel de oxígeno disuelto en el agua productode la respiración de las microalgas, lo que provoca la muertede la fauna acuática



134

C P E C H


c a p í t u l o

5Otros tipos de contaminación articial de agua son:

a. Los desechos orgánicos no tratados contienen una gran cantidad de

microorganismos, tales como virus, bacterias, hongos, etc., que provocan

enfermedades infectocontagiosas, como ebre tifoidea, cólera, hepatitis,etc.

b. Los organismos en descomposición, principalmente cadáveres deanimales o vegetales, al llegar a las aguas son atacados por bacteriasque utilizan oxígeno para descomponerlos. Ello lleva al agotamiento deloxígeno disuelto, limitando la vida acuática. Alternativamente ocurrenprocesos anaeróbicos que producen desechos como el ácido sulfúrico.

c. Metales pesados tales como el mercurio, el cadmio, el plomo y elníquel usados en la industria química de plásticos (zincados, pinturas y

aceites, respectivamente) pasan a formar parte de la cadena alimenticiade peces y de allí al hombre, al que provocarán daños cerebrales, rena-

les, cáncer pulmonar e incluso la muerte.

d. Pesticidas usados en la agricultura para atacar plagas de insectos

son arrastrados por las lluvias y así entran en las cadenas alimenti-cias, dañando obviamente la salud del hombre; mención especial tieneel DDT (Dicloro Difenil T ricloroetano) cuyo uso ha sido prohibido

porque se incorpora al protoplasma, donde no es simplicado. En untiempo se creyó que el DDT era un pesticida ideal ya que las plagas dis -

minuían considerablemente. Sin embargo, las consecuencias posteriores

eran bastante dañinas pues el DDT pasaba a las frutas, hortalizas, agua,y de allí a la cadena alimenticia donde se encuentra el hombre.

3.4 Potabilización del agua

La potabilización del agua se realiza en plantas de tratamiento, en lascuales se recibe el agua desde el curso de los ríos. Ésta se somete a unproceso de ltración y tratamiento y, luego se distribuye a los hogares.En el proceso de Potabilización se distinguen las siguientes etapas:

Río, lago odepósito

Tamizado

Tratamientoprevio concloro

Floculación

Tratamiento posteriorcon cloro

Filtración con arena

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 ltra a travésde capas de suelo y roca en la

tierra, disuelve o absorbe lassustancias con las cuales hacecontacto. Algunas de estassustancias son inocuas.



135


er s i t a r i o s


a. Tamizado

Consiste en impedir el paso tanto de objetos sólidos como de seres vivos (peces, moluscos, etc.), poniendo una gran malla metálica en

la toma de agua.

b. Tratamiento previo con cloro

Se agrega cloro al agua. Este desinfectante mata a los microorganismosque pueden producir enfermedades tales como la ebre tifoidea,hepatitis y el cólera.

c. Coagulación o oculación

Se agregan al agua ciertos productos químicos que logran retirar lasuciedad y otras partículas sólidas en suspensión. Estos productos son

el sulfato de aluminio (Al2(SO

4)3) y el hidróxido de calcio (Ca(OH)

2)

que al ser vertidos en el agua, reaccionan entre sí y forman hidróxido

de aluminio (Al(OH)3), que es una sustancia pegajosa similar a la

gelatina y que atrapa las partículas suspendidas en el agua.

d. Precipitación

Es el proceso en el cual las partículas y suciedad atrapadas en la

coagulación caen al fondo de los estanques por acción de la gravedad.

e. Filtración

Aquí se retira gran parte de las impurezas que se mantienen todavíaen el agua después de la coagulación y de la sedimentación por mediode un ltro de arena y piedras.

f. Tratamiento nal con cloro y úor

Se le agrega cloro por última vez, ajustando la concentración paraproteger el agua de la contaminación por bacterias.

El agua obtenida así es apta para consumo humano, ya que contienecantidades adecuadas de sales, cloro y úor (en algunas ciudades,para la protección dental). El agua potable es por denición un agualibre de microorganismos indeseables. Todas estas característicashacen del agua potable un líquido inodoro, insípido e incoloro.

El agua mineral contiene variadosminerales dependiendo de su

región de origen. Sin embargo, losminerales a ciertos niveles, igualque los químicos elaboradospor el hombre, se considerancontaminantes pues pueden

causar mal sabor, y su consumohabitual puede ser peligroso parala salud (generación de cálculos

biliares, renales e hipertensión).

Sabías que...



136

C P E C H


c a p í t u l o

5 Tratamientopreliminar

Aguas servidas notratadas

Barrera de

ltraciónCámara de arena Remoción de sólidos

de mayor tamaño

Separaciónde la arena

Tratamientoprimario

Remoción de partículasde materia orgánica

Tanque desedimentación

Agua clara

Materia

orgánica

Abonos

Fertilizantes

Tratamientosecundario

Remoción de materiaorgánica disuelta

Tanque desedimentación

Tanque de aireación

Bomba de aire

TratamientoterciarioRemoción de fosfatos ymateria orgánica

Hacia canales de agua

después de desinfeccióncon gas cloro

4. Suelo

El suelo es un recurso natural que se ha formado a través de miles de años, conjuntamente con los procesosgeomorfológicos, es decir, la evolución natural de la litosfera.

4.1 Componentes del suelo

a. Fracción mineral

La parte mineral de todos los suelos procede de las rocas y se originan por las transformaciones físicas, químicasy biológicas de ellas. La desintegración progresiva de las rocas ocurre por la acción de agentes físicos de erosióncomo el agua, el viento y los cambios de temperatura.

b. Agentes físicos

El agua, al correr entre las suras de las rocas, va disolviendo y transportando sus minerales más solubles. El viento desprende y levanta pequeños trozos de roca y las mueve hacia otros lugares. El calor irradiado por el sol



137


er s i t a r i o s


durante el día , hace que las rocas se dilaten, mientras que en la noche, se enfrían y contraen. Con este cambio detemperatura, las rocas se agrietan y rompen en trozos más pequeños.

c. Agentes químicos

El agua, el dióxido de carbono (CO2) y el oxígeno se inltran en el terreno para producir reacciones químicas

de hidratación, carbonatación y oxidación respectivamente, formando nuevos compuestos que hacen variar lacomposición química del suelo.

d. Agentes biológicos

Existe una gran cantidad de organismos microscópicos que ejercen su acción formadora de suelo. Por ejemplo,las raíces de plantas y árboles que rompen las rocas al crecer entre ellas, también están los musgos y líquenes

que secretan sustancias que disuelven parte de las rocas y las fragmentan, para obtener así nutrientes para sucrecimiento y desarrollo.

e. Fracción orgánica

En el suelo, además de minerales, existen organismos y materia orgánica en descomposición tanto de hojas yramas como heces y cadáveres de animales. Estos restos orgánicos se distribuyen en la supercie del suelo y se

van descomponiendo lentamente hasta formar el humus, un residuo negro que se va mezclando con la fracciónmineral para dar origen al suelo.

En suma, el suelo está compuesto de materia orgánica y mineral. Por su naturaleza porosa deja que penetre elagua y aire en cantidades variables dependiendo de la naturaleza del suelo.

Distribución de los componentes del suelo en % de volumen

Material mineral 35 – 45 %

Materia orgánica 5 – 15 %

Agua 25 %

Aire 25 %

4.2 Estructura y tipos de suelo

a. Estructura del suelo

El suelo está formado por partículas de diferente tamaño, producto de la fragmentación de rocas. Así de acuerdocon el tamaño de las partículas en orden creciente se pueden clasicar de la siguiente manera.



138

C P E C H


c a p í t u l o

5Nombre Diámetro (mm)

Arcilla < 0,002

Limo 0,002 – 0,005

Arena 0,005 – 2

Gravas 2 – 20

Guijarros > 20

Las partículas de suelo se distribuyen en cuatro grandes capas, a distintos niveles de profundidad, estas capasse denominan horizontes y se designan con letras mayúsculas (A, B, C y R), al conjunto de capas del suelo sele llama perl.

- Horizonte A: Es la primera capa del suelo y en ella se acumula materia orgánica, formándose el humus,si esta capa presenta abundante materia orgánica se presentará de color negro y de consistencia húmeda.

- Horizonte B: Es una capa fundamentalmente de origen mineral.

- Horizonte C: Está formado por restos de rocas fragmentadas.

- Horizonte R: Es la capa más profunda del suelo y está formada por la roca madre, que origina los demáshorizontes.

b. Tipos de suelo

Considerando los materiales que predominan en su composición, los suelos pueden ser rocosos, arenosos,arcillosos y orgánicos.

- Rocosos: No tienen horizonte A y B, por lo que la roca aparece en la supercie. Son duros e impermeables,por lo cual aparecen secos.

- Arenosos: Debido a que sus partículas están muy sueltas, son suelos porosos y permeables que dejanpasar el agua con facilidad, pero no retienen la humedad.

- Arcillosos: Tienen una textura blanda, son más compactos que los arenosos, son menos permeables y

retienen más la humedad.

- Orgánicos: Poseen materia orgánica en abundancia, son permeables y esponjosos, por lo que retienenuna cantidad de humedad que los hace especialmente fértiles.

4.3 Degradación de suelos

La degradación erosiva de los suelos es en la actualidad uno de los procesos más relevantes dentro de lasactividades humanas involucradas con la agricultura, silvicultura y minería. Si bien la erosión es un procesonatural mediado por agentes ambientales como el viento y la lluvia, esta se ha visto favorecida en los dos

últimos siglos por la acción antrópica.

En el proceso de erosión, se extraen y transportan las capas superciales del suelo (horizontes A y Bprincipalmente), ocasionando la pérdida del arraigo físico para los vegetales y plantas generando en el cortoplazo el fenómeno de deserticación, que puede incluso llevar a la pérdida completa de ecosistemas.



139


er s i t a r i o s


4.3.1 Erosión eólica

Es la degradación efectuada por el viento sobre las partículas másnas y superciales del suelo. Se ve favorecida por la ausencia de

vegetación. La erosión eólica tiene dos efectos; la abrasión, quecorresponde a la acción de desgaste ocasionado por las partículasextraídas sobre otros suelos y rocas. La deación se produce cuando

el viento levanta los fragmentos de suelo y los deposita en sectoreslejanos a donde fueron extraídos.

4.3.2 Erosión marina

Es el principal efecto erosivo y generador de dunas a nivel costero.Este tipo de degradación lo genera el mar sobre las rocas del litoral. Laerosión que llevan a cabo las olas se debe en parte al choque del aguasobre las rocas y, también a la abrasión que ejercen los fragmentosque arrastra el agua y que proceden de la misma roca erosionada.

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 lasgotas inciden en la magnitud de la erosión, facilitando el proceso lapendiente del sector donde ocurren la precipitaciones.

La erosión uvial es la que llevan a cabo los cursos de aguascontinentales (ríos y torrentes). La energía cinética del agua determinala intensidad de la degradación y dependen de la energía potencial,así como, de la constitución del suelo sobre el cual uyen los cursosde aguas.

4.3.4 Erosión glacial

Este tipo de erosión se debe a la acción del hielo, constituyente de losglaciales, sobre las rocas de las supercies en la que se encuentran.

La degradación es mucho mayor en el fondo de la masa de hielo queen los costados, lo que determina el conocido valle glaciar en “U”.Estructuras características que resultan de la erosión glaciar son loscircos glaciares, los valles y los lagos de origen glaciar.

4.3.5 Erosión antrópica

Es la erosión más impactante y rápida en desarrollar, es llevada a cabo,por acciones culturales humanas, y que se basan, principalmente enla agricultura y la minería con nes netamente económicos.

El impacto más inmediato es la destrucción de ecosistemas queafectan la ora y fauna primeramente, y luego al clima, el cual, se

ve alterado a mediano plazo transformando la troposfera del planeta(efecto invernadero, lluvia ácida, etc.).



140

C P E C H


c a p í t u l o

5 Está claro que la conciencia ecológica de la población se centraprimeramente en la polución del aire y del agua y, en último caso enel suelo.

4.4 Conservación de suelos

El suelo es una entidad organo-mineral de lento desarrollo (entre 150-

500 años), no obstante, las distintas actividades humanas facilitan sudegradación en un periodo muy corto de tiempo (6 meses a 2 años).Es por esta razón, que se han desarrollado diversos manejos de suelopara permitir su conservación.

4.4.1 Cultivos en terrazas

Son terraplenes formados por bordes de tierra que construidos en sen-

tido perpendicular a la pendiente del terreno forman escalinatas de

cultivo. Las terrazas fueron propias de la cultura Incaica.

4.4.2 Franjeado

Consiste en sembrar franjas de cultivos alternados (ejemplo trigo yporoto), variando así la velocidad de inltración del agua, con lo quese evita su pérdida por escurrimientos, disminuyéndose la erosión delsuelo.

4.4.3 Cultivo en contorno

Es el establecimiento de cultivos siguiendo las curvas de nivel princi-palmente en cerros y montes. Ayuda a evitar la formación de cárcavasen suelos con pendientes pronunciadas.

4.4.4 Rotación de cultivos

Práctica cultural en la cual, el suelo permanece todo el año con unacubierta vegetal que evita la erosión. La rotación de cultivos implicaefectuar una siembra inmediatamente después de otra.

4.4.5 Agrosilvicultura

Similar al franjeado, consiste en alternar cultivos con franjas deárboles para reducir la erosión tanto hídrica como eólica, con lo que seestabiliza física y químicamente el suelo.

4.4.6 Reforestación

Es la medida más empleada en silvicultura para reemplazar las especiesextraídas con nes económicos. La limitante que presenta, es que lasespecies plantadas no corresponden a las taladas (principalmentenativas), con lo cual, se altera el ecosistema reforestado.



141


er s i t a r i o s


Síntesis

de

contenidos

C o m b u s t i b l e s F ó s i l e s

G a s e s c o n t a m i

n a n t e s

S O x

C o n t a m i n a c i ó n a g u a s

S m o g

N O x

C O x

L l u v i a

á c i d a

C o n t a m i n a c i ó n s u e l o s

E f e c t o i n v e r n a d e r o

B i o s f e r a

C o m p u e s t o s i n o r g á n i c o s

C i c l o d e l o s

n u t r i e n t e s

V e g e t a l e s

C o m p u e s t o s o r g á n i c o s

A n i m a l e s

D e s e c h o s



142

C P E C H


c a p í t u l o

5

Actividades

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?

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________________



143


er s i t a r i o s


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



144

C P E C H


c a p í t u l o

5EJERCICIOS

3. Un agua dura no puede ser usada para mezclarlascon detergentes pues

A) posee iones de sodio e iones cloruro. B) aumenta la acidez del agua. C) provoca toxicidad a nivel íntimo de los

organismos. D) no puede ser eliminado por el organismo. E) forma coágulos disminuyendo la capacidad

del detergente.

Alternativa: E.


Defensa: El agua dura presenta en disolución

principalmente iones calcio (Ca2+ ) y magnesio (Mg 2+ ),

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 losbosques nativos es preocupación constante, pueslos vegetales

A) disminuyen la concentración de O2.

B) disminuyen la concentración de CO2.

C) aumentan la producción de CO. D) equilibran los gases de nitrógeno.

E) reducen los niveles de SO2.

Alternativa: B.


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. El dióxido de carbono no es tan peligroso pues

I) es irritante y pesado. II) se reduce con la fotosíntesis. III) se produce en escasa cantidad.

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

Alternativa: A.


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 dealgas, plantas y vegetales.

2. El esmog fotoquímico es aquel que

A) posee alta cantidad de partículas sólidas. B) presenta escasa cantidad de gases de

carbono. C) posee alta cantidad de anhídridos de

nitrógeno.

D) se produce en ciudades húmedas. E) tiene escasa concentración de polvo

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.



145


er s i t a r i o s


EJERCICIOS

5. Las siguiente características:

I) Horizonte afecto a la erosión hídrica yeólica.

II) Horizonte que presenta mayor penetraciónradicular.

III) Horizonte fundamentalmente de origenmineral.

Son propias del horizonte

A) O B) A C) B D) C E) R

Alternativa: C.


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. La acidez del aire provoca corrosión en los metales.Esta acidez está determinada principalmente por

A) óxidos sulfurosos y sulfúricos (SO2 y SO3). B) óxidos de carbono (CO y CO

2).

C) óxidos de nitrógeno (N2O

3 y N

2O

5).

D) tipos de esmog. E) partículas sólidas del aire.

2. El consumo de aguas servidas podrá provocarenfermedades infectocontagiosas porque estas

aguas

A) contienen pesticidas. B) poseen metales pesados. C) tienen un nivel de detergentes bastante alto. D) poseen microorganismos. E) todas las anteriores.

3. Al combustionar carbón se producen gasessulfurosos y sulfúricos porque el carbón es un

A) elemento químico. B) mineral que posee azufre. C) compuesto que lleva óxidos de azufre. D) sólido que se combina con el aire. E) elemento que se puede combustionar.

4. “Es un fenómeno que se caracteriza por elcalentamiento global del planeta, producidoprincipalmente por exceso de CO

2 en la atmósfera;

esto genera desequilibrios en el ciclo de vida de lasespecies susceptibles a cambios de temperatura”.El fenómeno del que se habla corresponde a:

A) Destrucción de la capa de ozono. B) Inversión térmica. C) Efecto invernadero. D) Lluvia ácida. E) Contaminación térmica.

5. La contaminación del agua es la que tiene másimpacto sobre los seres vivos, ya que tanto plantasy animales requieren del agua para sus procesos

biológicos. Dentro de los contaminantes del agua,¿cuál es el que tiene más incidencia en las grandesciudades?

A) Petróleo. B) Desechos orgánicos y basuras. C) Desechos radiactivos. D) Pesticidas. E) Contaminación térmica.










146

C P E C H




PROCESOS QUÍMICOSINDUSTRIALES

Capítulo 6


Conocer los principales procesos químicosindustriales.

Reconocer etapas en la industria química detransformación.

Comprender la necesidad de cambiar lasfuentes de energía actualmente empleadaen los procesos químicos por otrasalternativas y menos polutivas.

Comprender el efecto contaminante v/sfactor económico involucrado con losprocesos químicos.



148

C P E C H


c a p í t u l o

6

Las industrias químicas fabrican una enorme gama de productos, desde los petroquímicos básicos tales como eletileno, 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 principalconsumidor. Los otros grandes consumidores son las industrias de transformación química que generan losproductos 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 químicaLa industria química permite el desarrollo y aplicación de tecnologías para que materias primas naturales oartificiales puedan ser usadas en favor de la población y su desarrollo. De este modo, los procesos productivosque 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 tratanpara 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 sedenominan materiales sintéticos.

Es posible, de esta forma, diferenciar los productos químicos naturales como aquellos obtenidos directamentede 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 sinforma definida alguna.

El vidrio corriente empleado en la fabricación de botellas, vasos, ventanas corresponde a un mezcla de óxidode calcio, carbonato de sodio y principalmente óxido de silicio (arena), que es calentada a temperaturas quesuperan los 680 0C.

El proceso de producción es continuo, es decir, por un extremo del caldero se introducen las materias primas ypor 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 moldeopara 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.



149


er s i t a r i o s

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 devidrio a elaborar

La presencia de pequeñascantidades de algunos óxidosmetálicos disueltos en la masa de

vidrio produce coloración segúnsu 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



150

C P E C H


c a p í t u l o

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 másprocesado y fino. Sus usos se encuentran en vidrios grabados, serigrafía, vidrios aislantes, térmicos ymetalizados.

• 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 secadasen estufas para generar polímeros de estas fibras. La fibra de vidrio es liviana, resistente a la corrosión y alas 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 delaboratorio, etc.

• Fibra óptica: fibras de vidrio agrupadas en forma paralela que poseen un alto índice de refracción, separadaspor capas delgadas de vidrio de bajo índice de refracción que hacen posible transmitir imágenes a través deellas. Empleadas en combinación con láseres, las fibras ópticas son hoy cruciales para la telefonía de largadistancia 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 quesi 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 aotros 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 toneladade papel se necesita cortar 17 árboles de a lo menos 8 años de edad, y en el proceso se producen 30 kilos decontaminantes atmosféricos. En Chile la madera más utilizada para la producción del papel es el pino insigne.



151


er s i t a r i o s


La industria del papel consume grandes cantidades de madera y agua cada año, contribuyendo a la deforestacióne incremento del efecto invernadero, además aporta contaminantes para la lluvia ácida (gases de azufre ynitrógeno) siendo también responsable de la contaminación de las aguas en los sectores cercanos al lugar deprocesamiento, 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 adicionahidróxido 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 ypeinarlas antes de someterlas a gran presión para formar la lámina del espesor deseado. En esta etapa, seemplea 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 terminaen 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 fabricaciónde la pasta primaria y la ventaja de no tener que utilizar madera de los bosques. Las técnicas de reciclaje hanevolucionado con mucha rapidez desde la II Guerra Mundial, y los dos sistemas principales de recuperación seaplican sobre papel impreso, que incluye el lavado de la tinta, y sobre papel de envoltorio y cartón, de mayorrugosidad y porosidad y con ausencia de grabados.

2.3 Metalurgia del cobre

Mineral de

cobreMolienda

Oxidado

Sulfurado

LixiviaciónPrecipitación

electrolítica

Cátodo de

cobre 99,98%

FlotaciónPrecipitación

electrolítica

Fundición

(Cobre Blister)

Molibdeno



152

C P E C H


c a p í t u l o

6El cobre es un elemento relativamente escaso sólo un 0,0068 % de lamasa de la corteza terrestre. El metal es de color café rojizo.

Como sabemos, Chile es el principal país productor del mundo. Ennuestro país, la producción de cobre proviene principalmente de lasregiones 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 muydemandado 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-Cinc

METAL 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 disminuirsu tamaño, gracias al chancado y la molienda. La concentración buscaseparar el mineral deseado de lo que se denomina ganga. Finalmentela refinación busca conseguir el metal con el mayor grado de pureza.

Es habitual que lamena esté asociadaa cierta cantidad demateriales estériles,

como la caliza y el sílice,que hacen que el mineralsea impuro. Estos materialesreciben el nombre de ganga ydeben ser eliminados en lasoperaciones previas, lo quesupone un considerable ahorrode reactivos y energía en lasoperaciones siguientes.



153


er s i t a r i o s


Las etapas de la producción son las siguientes:

Extracción de

cobre oxidado

Ej. Cuprita Cu2O

Extracción de cobre

sulfurado

Ej. CalcopiritaCuFeS

2

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

H2 SO

4, 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, quese encuentra en capas de dos a tres metros de espesor y dos metros bajo la superficie del desierto. Entonces elsalitre, es un mineral no metálico, que está formado principalmente por nitrato de sodio (NaNO

3), junto con

nitrato de potasio (KNO3), además de iodato de calcio (Ca(IO

3)

2).

Esta mezcla de compuesto se utiliza en la fabricación de fertilizantes en la agricultura, industria farmacéuticay fabricación de explosivos.

Como subproducto de la purificación del salitre, en la etapa de cristalización, se obtiene el yodo como yodatode sodio (NaIO

3), el cual se lava, prensa y purifica por sublimación.



154

C P E C H


c a p í t u l o

6

Caliche

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 Salarde Atacama. La extracción se realiza por bombeo, donde las salmueras se dejan a evaporar en medio deldesierto, 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.



155


er s i t a r i o s


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 cuyabase principal son los combustibles fósiles y derivados del petróleo. Es imprescindible mejorar la tecnología ydisminuir 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, elmetanol y la energía solar.

• Hidrógeno: el hidrógeno se obtiene del agua por hidrólisis mediante el uso de la electricidad. Debido a quees un gas, cuando se quema con el oxígeno, produce agua como desecho y una considerable cantidad deenergía. 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 conocecomo 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, peroemite formaldehído el cual es cancerígeno; sin embargo, dicha emisión se anula al incorporar un convertidorcatalítico especializado.

• Energía solar: la energía solar se ve a largo plazo como la mejor solución para superar los problemasde contaminación ambiental y consumo de combustibles fósiles. Para producir electricidad existen dossistemas, la luz solar se concentra en una estación colectora o placa solar para calentar un fluido, que seutiliza para producir vapor a fin de generar electricidad. El sistema más común de generar electricidad apartir de luz es el fotovoltaico, el cual se emplea en relojes y calculadoras solares así como en estacionesespaciales y satélites.



156

C P E C H


c a p í t u l o

6

P r o c e s o

pr o d u c t i v o

i n d u s t r i a l

E x t r a c c i ó nM a t e r i aP r i m a

R e s i d u o s t ó x i c o s

( s ó l i d o

s , l í q u i d o s ,

g a

s e o s o s )

A c ú s

t i c a

C o n t a m i n a c i ó n

E m i s i o n e

s g a s e s

c o n t i n u a s

( N O x , S O

x , C O x )

T r a n s p or t e h a c i aP l a n t a

T r i t ur a c i ó n pr i m ar i a

P r e - h o m o g e n i z a c i ó nM .P .

M o l i e n d aM .P .

E l a b or a c i ó n d e pr o d u c t o s

C o n t r o l d e c a l i d a d

A l m a c e n a m i e n t o

A t m o s f é r i c a

E m i s i o n e s s o n or a s

c o n t i n u a s

( 8 0 - 1 2 0 d B )

S í n t e s i s

d e

c on t eni d o s



157


er s i t a r i o s


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. _____



158

C P E C H


c a p í t u l o

6EJERCICIOS

Alternativa: E.


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 procesode 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 falsoque:

A) Las regiones II y VI son la principalesproductoras.

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 refinaciónelectrolítica 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 laalternativa 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



159


er s i t a r i o s


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.


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

Alternativa: D.


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 industriasde transformación es

A) la centrifugación. B) la molienda.

C) la fundición. D) la flotación. E) la hidratación.

Alternativa: B.


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 correctoque:

A) El empleo de materia prima natural generaniveles de contaminación mínimos.

B) Las materias primas sólo se usan paraobtener materiales sintéticos. C) La obtención de productos intermedios y

finos a partir de materia prima les otorga aestos valor agregado.

D) Las industrias químicas no involucran undesarrollo económico.

E) Las fuentes de energía utilizadas en laindustria química son eficientes y pocopolutivas.

2. La fabricación del vidrio posee ciertas ventajasrespecto a otras industrias de transformacióndentro 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.


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



160

C P E C H


c a p í t u l o

6EJERCICIOS

3. Del proceso de fabricación del papel es incorrectoque

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 delixiviación.

II) el cobre sulfurado sufre el proceso deflotación.

III) el nivel de pureza más alto para el cobreelectrolítico es 99,98%.


A) Sólo IB) Sólo IIC) Sólo IIID) Sólo I y III

E) I, II y III

5. La industria química en sus procesos de obtenciónde productos emplea una gran cantidad de energíacuya base principal son los combustibles fósilesy derivados del petróleo, no obstante, en laactualidad se trabaja para que en el mediano plazoestos combustibles puedan ser reemplazadospor alternativas energéticas. De estas fuentes deenergía alternativas

I) el hidrógeno genera agua como desechopero su almacenamiento es complicado porser altamente explosivo.

II) la energía solar es la más viable alternativade energía eléctrica en la actualidad.

III) el metanol es muy energético y liberacarcinógenos como desecho de combustión.


A) Sólo IB) Sólo IIC) Sólo IIID) Sólo I y IIE) I, II y III


1 C R e c o n o c i m i e n t o



4 E R e c o n o c i m i e n t o





QUÍMICAORGÁNICA

Capítulo 7


Comprender la utilidad de los derivados delcarbono.

Clasificar los compuestos derivados delpetróleo.

Conocer los distintos tipos de compuestosorgánicos.

Nombrar compuestos orgánicos.(hidrocarburos y grupos funcionales)



162

C P E C H


c a p í t u l o

7Química orgánica

Los compuestos de carbono presentan uno de los aspectos másinteresantes de la química. Una de las razones por la que interesasu estudio es por el rol que juegan en la química de los seres vivos,tanto vegetales como animales. Otra, es por su gran espectro deusos: fármacos, colorantes, drogas, detergentes, plásticos, perfumes,fibras, aromas, enzimas, vacunas, etc.

La fabricación de estos compuestos ha creado una gigantescaindustria química que consume anualmente millones de toneladas dematerias primas, por lo que se hace necesario estudiar las principalesfuentes 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 cuerpohumano, donde alcanza un 17,5% en masa. El carbono abunda en lanaturaleza, libre y combinado, pues todas las sustancias animales y

vegetales lo contienen.

El carbono libre forma tres estados que son: diamante, grafito ycarbono 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 ala forma y propiedades.

• Grato: cada átomo de carbono está unido a tres átomos vecinos,

formando redes cristalinas plano-hexagonales, las que puedendesplazarse unas sobre otras, lo que explica el hecho de que elgrafito sea blando. Además, propiedades tales como su elevadopunto de fusión y el hecho de que es un buen conductor de lacorriente eléctrica se deben a que las redes plano-hexagonalesestán íntegramente formadas por enlaces covalentes (muyfuertes y difíciles de romper) y que uno de cada tres enlaces esdoble, lo que otorga una gran cantidad de electrones que bajouna diferencia de potencial se mueven fácilmente, permitiendo laconductividad eléctrica.

• Diamante: cada átomo de carbono está unido por enlacescovalentes a cuatro átomos vecinos, cada uno situado en los vértices de un tetraedro regular. Por esta razón, el diamantees durísimo y su punto de fusión tan alto, pues su estructuracristalina tiene una gran regularidad. La energía de los enlacescarbono-carbono es muy grande. A diferencia del grafito, el

El carbón es un mineral negro, de remoto origen vegetal, queprocede de las materias vegetales descompuestas acumuladasdesde épocas prehistóricas con condiciones climáticas quefavorecieron un ciclo de crecimiento rápido – descomposición– crecimiento – nueva descomposición, que fue depositandomaterias vegetales en forma creciente...

H2OC

H3C

HO

H

CO2H

H

CH3

Ácido lácticoÁcido sarcoláctico

La revolución industrial fueposible gracias al carbón.Este combustible fósil hizoposible el funcionamiento delas máquinas industriales, eldesplazamiento de barcos,trenes y la iluminación de lasciudades. En 1910, el 91% dela energía consumida en todoel mundo aún procedía delcarbón; más tarde, éste fuereemplazado por el petróleo.

Sabías que...



163


er s i t a r i o s

Capítulo 7 Química orgánica

diamante no puede conducir la corriente eléctrica, pues no poseeenlaces dobles; en otras palabras, no posee electrones móvilescapaces 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 acumuladasdesde épocas prehistóricas, con condiciones climáticas quefavorecieron un ciclo de crecimiento rápido – descomposición– crecimiento – nueva descomposición, que fue depositandomaterias vegetales en forma creciente hasta formarse vastosdepósitos. Luego, sobre esto se depositaron rocas sedimentariasque impidieron el acceso de aire a las capas inferiores y lassometieron a enormes presiones. Posteriormente, las capasfueron comprimidas en lechos duros, compuestos principalmentepor C de las plantas originarias, por H

2, N

2, O

2 y algo de S. En

consecuencia, el carbón extraído no es 100% carbono sino quemezclas.

El carbón más puro es la antracita, que contiene entre 85 y95% de C. La hulla contiene aproximadamente un 78% de C y laturba, entre 60-70%.

Al calentar carbón a altas temperaturas en ausencia de aire, sepueden destilar, entre otros, NH

3, fenol, benceno, quedando un

residuo conocido como coke, que se aplica en la reducción demineral de hierro (óxidos) a hierro metálico en la fabricación deacero.

En Chile, lo que se obtiene es mineral de hulla en las minas deLota.

El carbono sintético se obtiene mediante procesos que concluyenen:

- Carbón vegetal: se obtiene por calentamiento sin aire de lamadera. Los desprendidos son una mezcla de compuestosorgánicos de alto valor comercial.

- Carbón mineral: se obtiene al someter huesos de animales

a calentamiento sin aire y constituye un residuo negroque contiene 10% de carbono, finamente dividido entre laestructura porosa del fosfato cálcico (Ca

3(PO

4)2).

1.2 Petróleo

Es un líquido oleoso, de color variable que va del amarillo pardo alnegro. Consiste en una mezcla compleja de hidrocarburos, desde losde 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 eltiempo. Se encuentra en las formaciones de rocas porosas, envueltaspor rocas impermeables que encierran los bolsones de petróleo.Cuando se perfora un bolsón, el petróleo fluye a través de la estructuraporosa, empujado por la fusión de los gases y aguas subterráneas, ysale a la superficie.

La creciente demanda degasolina ha obligado arecurrir a un método porel que algunas moléculasmás pesadas, comprendidasdentro de los límites delgas oil, se transforman enotras más ligeras con puntosde ebullición más bajos,

comprendidas dentro de loslímites de la gasolina.

Para esto, las fraccionesmás altas del fuel oil secalientan bajo presión concatalizadores, con lo quese rompen las moléculasgrandes, originando otrasmás pequeñas y volátiles.Este proceso, que se realiza500 °C y a 15 atmósferas

de presión, constituye elCraking Catálico de petróleo.

Sabías que...



164

C P E C H


c a p í t u l o

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 conducidopor lo oleoductos hacia las refinerías, donde ingresaprimero a la torre de destilación primaria o torre dedestilación atmosférica.

La destilación fraccionada es un proceso de separaciónque se basa en los diferentes puntos de ebullición dela mezcla. También se puede asociar al peso molecular

que tienen los hidrocarburos, ya que esto último serelaciona directamente con los puntos de ebullición.Por lo tanto, al ir aumentando la temperatura, los hidrocarburos más livianos (bajos puntos de ebullición) salenpor lo más alto de la torre, sin embargo, los más pesados (altos puntos de ebullición) salen por la parte bajade la torre.

Todas las fracciones del destilado del petróleo, son sometidas a tratamientos posteriores para convertirlas enlos productos finales deseados. Es así como se aplica la conversión, que se basa en ciertos procesos tales comoCracking, Isomerización y alquilación, buscando, de alguna manera, mejorar el rendimiento del crudo, ya queuna 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 máslarga, se transforman en más livianos o de cadena corta. La Isomerización transforma moléculas en otras deigual número de átomos, pero con disposición distinta. La Alquilación es una síntesis química por medio de lacual se unen olefinas ligeras con isobutano, produciendo un alquilado con puntos de ebullición que se ubicandentro del intervalo de la gasolina.

Productos de la destilación del petróleo

Producto Composición Destila entre Aplicaciones

GasesMetano a pentano

C1 → C

5

− 165 °C a 30 °CCombustibles gaseosos,metano, gas de cañería.

Éter de petróleoPentano a heptano

C5 → C

7

30 °C a 90 °C Disolventes, lavado en seco

Gasolina o bencinaHeptano a nonano

C7 → C

9

70 °C a 200 °CDisolvente, combustible paramotores de automóviles aexplosión.

Kerosene (parafina)Decano a hexadecano

C10

→ C16

175 °C a 275 °CAlumbrado y combustible paracalefactores.

Gas oil o aceite combustibleo petróleo Diesel

Pentadecano a octadecanoC

15 → C

18

275 °C hasta 375 °C Combustible para hornos ycalefactores y para motoresDiesel.



165


er s i t a r i o s


Aceites lubricantes, vaselinas C

20 → C

30Por encima de 350 °C Lubricación y pomadas

Ceras de parafina C20→

C32 Fusión 27 °C a 69 °C Velas, impermeabilización.

Betún, alquitrán, asfaltos ResiduoAsfalto 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 ybutano. Siendo el metano el principal gas. Estos hidrocarburos se encuentran en campos subterráneos de arenasu otras rocas porosas. El gas fluye generalmente hacia la superficie cuando el campo es perforado en busca depetróleo.

Composición de gases

Constituyente Fórmula Composición

Metano CH4

95 − 98 %

Etano C2H

60,8 − 1 %

Propano C3H

80,3 − 0,5 %

Butano C4H

100,2 − 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 decarbonos útiles para el hombre, tales como: azúcares, almidones, aceites y ceras vegetales, grasas, gelatina,colorantes, drogas, fibras, etc.



166

C P E C H


c a p í t u l o

7

Entre 20 y 70ºC

Combustible para transportey materias primas para lafabricación de plásticos ydetergentes

Entre 160 y 250ºCQueroseno (parafina):combustible para aviones dereacción y para calefacción

A 400ºC

Calentamientodel petróleo bruto

Residuos de los que seobtienen: aceite lubricante, vaselina y asfalto

Entre 250 y 350ºC

Gasoil que se convierte encombustible diesel y paracalefacción

Entre 70 y 160ºC

Nafta virgen que setransforma en combustiblede autonomía y en otrosproductos químicos

A 20ºC

Gases de refinería comoel propano y el butanopara calefacción, cocina yalumbrado

2. Propiedades químicas del carbono

La estructura electrónica del carbono es: 1s2 2s2 2p2. Puesto que el carbono posee 4 electrones de valencia (losde 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.



167


er s i t a r i o s


La regla dice que el carbono estará siempre rodeado de 8 electrones o de 4 enlaces cuando forme partede algún compuesto. Cabe destacar que en el carbono, como en otros elementos, es posible observar nosólo 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 orbitaless y p por comodidad energética. El átomo, al presentar hibridación, “se siente más cómodo” estructural yenergéticamente. Este proceso de hibridación no es otra cosa que una combinación de orbitales de diferenteenergía y orientación.

Este hecho se explica por la “promoción” de un electrón desde un orbital 2s a uno 2pz. Es decir, de un estadofundamental a uno hibridado.

Estado fundamental:1s2 2s2 2px

1 2py1 2pz

0

Estado hibridado: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 rodeadode 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



168

C P E C H


c a p í t u l o

7La metamorfosis del carbono

Podemos explicar la formación

de enlaces carbono - carbonobasándonos en la teoría orbitalmolecular. Para ello, analicemosprimero qué ocurre con loselectrones apareados que tiene elcarbono en su último nivel.

6C : 1s2 2s2 2px1 2py

1 2pz0

Para completar el octeto, el carbononecesita formar cuatro enlaces,

es decir, requiere 4 electronesdesapareados. Para conseguirlos,el carbono absorbe energía desdeel entorno y pasa a un estadoexcitado, luego combina estosOA entre sí y forma orbitaleshíbridos en un preoceso llamadohibridación.

1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0

Estado fundamental

1s2 2s1 2px1 2py

1 2pz1

Estado excitado

Para representar la imagentridimensional 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 sp 3 cuando el

carbono se une a cuatro átomos. Lahibridación 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



169


er s i t a r i o s


3. Compuestos inorgánicos del carbono

a. Carburos

Son compuestos formados por carbono y un metal.

EjemploCa

2C Carburo de calcio

b. Sulfuros, cloruros y anhídridos

Están formados por carbono y no metales.

Ejemplos

Sulfuros CS

2

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.

EjemplosH

2CO

3 Ácido carbónico

HCN Ácido cianhídrico

d. Carbonatos, bicarbonatos

Carbonatos: son combinaciones de un metal con ácido carbónico.

Ejemplo Na

2CO

3 Carbonato de sodio

Bicarbonatos: son combinaciones de un metal con carbonato ácido,en los cuales el metal reemplaza un hidrógeno del ácido carbónico.

Ejemplo NaHCO

3 Carbonato ácido de sodio o bicarbonato de sodio

El términosaturado asignadoa los alcanos y

ciclo alcanos aludea la imposibilidad de éstosde añadir más hidrógenoa su molécula, ya que susátomos de carbono carecende enlaces disponibles paraello.

Los alquenos, alquinosy ciclo alquenos y cicloalquinos, por tener enlacesmúltiples, pueden añadir

átomos de hidrógeno asu molécula mediantereacciones de adición.Por eso se les denominainsaturados.



170

C P E C H


c a p í t u l o

74. Compuestos orgánicos del carbono

4.1 Los hidrocarburos

Corresponden a compuestos formados sólo por carbono e hidrógeno. Se consideran los compuestos orgánicosmás simples y su nomenclatura es la base para nombrar todos los compuestos orgánicos. Los hidrocarburospueden 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.

• Alcanos o paranas: hidrocarburos saturados de cadena abierta. Pueden suponerse derivados del metano(CH

4), por sustitución sucesiva de un H por un grupo CH

3– (metilo).

Su fórmula empírica general es CnH

2n+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 hibridación sp3 que 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 lapalabra CICLO.



171


er s i t a r i o s


Fórmula del alcano Número de carbonos Prefijo IUPAC Nombre

CH4

CH3-CH

3

CH3-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3

CH3-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

2-CH

3

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 (Olenas): son hidrocarburos insaturados de fórmula general CnH2n donde n es el número deátomos de carbono. Resultan de extraer dos hidrógenos de carbonos vecinos en un alcano con formaciónde uno o más “dobles enlaces” (insaturación – CH=CH– ), que tiene hibridración sp2 en 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 ycarbono. 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 carbonosseguidos 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 queformaban el doble enlace en el alqueno correspondiente, para formar un enlace “triple” con hibridación spde 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 carbonosseguidos de la terminación INO.

H

CH

H

H

C

H

H

H

C C

H

H

H

Etano Eteno Etino

CH C H



172

C P E C H


c a p í t u l o

7Tabla resumen

Alcanos Alquenos Alquinos

Estructura clave R—CH2

—R R—CH=CH—R R—C=C—R

Fórmula general CnH

2n + 2CnH

2nCnH

2n –2

Hibridación de los carbonosclaves sp3 sp2 sp

Disposición espacial del Cclaves

Tetraedro

(C en centro)Doble enlace planar Triple enlace lineal

Nombre terminado en: ANO ENO INO

EjemplosCH

3— CH

2— CH

3

propano

CH3—CH=CH

2

propeno

CH3—C=CH

PropinoNota: R puede ser H– , CH3 , (CH2 ) n– siendo n cualquier número entero.

H

CH

H

H

C

H

H

Enlace simple

CH3 CH

3

H

C C

H

H

H

CH C H

Enlace doble

CH2 CH

2

Enlace triple

CH CH

H H

H 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 delhidrocarburo 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. Senombran con el prefijo que denota su número de carbonos y la terminación IL o ILO.

Ejemplo CH

4 H+ CH

3—

metano metilo

Ejemplo —H+ + estructura

CH4 CH

3 CH

3—...

metano metilo metil



173


er s i t a r i o s


Estos radicales son inestables y no se pueden aislar para meterlos en un frasco.

N° de C Radical Nombre

1 CH3— Metilo

2 CH3—CH

2— Etilo

3 CH3—CH

2—CH

2— Propilo

4 CH3—CH

2—CH

2—CH

2— Butilo

5 CH3—(CH

2)4— Pentilo

6 CH3—(CH

2)5— Hexilo

7 CH3—(CH

2)6— Heptilo

8 CH3—(CH

2)7— Octilo

9 CH3—(CH

2)8— Nonilo

10 CH3—(CH

2)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 underivado ramificado del pentano.

Es necesario numerar la cadena, comenzando por el extremo de la molécula que está más cerca de la

ramicación: CH3

CH2

CHCH3

CH2

CH3

1

2

3 4 5

y su nombre es:

3-metilpentano, ya que el radical metil (ramificación) está unido al carbono que ocupa la posición 3 dentro dela numeración de la cadena.

Cuando se trata de alquenos y alquinos, donde el doble o triple enlace caracteriza al compuesto, debe indicarsela posición en que se encuentra. Si es necesario, se antepone al nombre del compuesto el número del átomo decarbono 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

CH3

CH— = 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 queasigne el número más pequeño a la ubicación del doble enlace. Entonces, el compuesto es el 2-Hexeno.



174

C P E C H


c a p í t u l o

7Caso 1

cadena principal= decanosustituyentes= etilo y metilonumeración= izquierdanominación= 5-etil-3-metildecano

Caso 2

cadena principal= octanosustituyentes=etilos y metilosnumeración=derechanominación= 5,6-dietil-2,4-dimetiloctano

Caso 3 cadena principal= decenosustituyentes=etilos y metilosnumeración=izquierdanominación= 6,6-dietil-3,4-dimetil-4-deceno

Caso 4

cadena principal= decanosustituyentes=isopropil,secbutil y metilnumeración=izquierda

nominación= 6-isopropil-2-metil-4-secbutildecano

Caso 5

cadena principal= decenosustituyentes=terbutil y metilosnumeración=izquierdanominación= 2,7,9-trimetil-5-terbutil-3-deceno

Caso 6

cadena principal= noninosustituyentes=etil y secbutil

numeración=izquierdanominación= 6-etil-4-secbutil-1-nonino

CH3 CH CH

2 CH CH2 CH

3

CH3 CH

2 CH2

1 2

3 4 5 6

7 8 9

10

CH3

CH2 CH

2 CH2

CH3 CH

2 CH CH CH3

CH3 CH

2

CH

123

45

6

7 8

CH2 CH

3

CH2 CH CH

3

CH3

CH3 CH C CH C CH

2 CH

3

CH3

12

3 4 5 6

7 8

CH2 CH

3

CH2 CH

2 CH

2 CH

3

CH2 CH

3

9 10

CH3 CH CH

2 CH CH2 CH CH

2 CH2 CH

2 CH3

CH

CH3

CH3

CH3

CH

2

CH CH3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10CH

3

CH CH CH CH CH2

CH3

1

2 3 4 5 6

7 8

CH3 CH CH

2 CH CH

3

9 10

CH3

CH3

CH3

C CH3

CH3

CH3 CH

2 CH CH2 CH

2 CH3

CH C CH2 CH CH

2

1 2 3 4 5

6 7 8 9

CH3

CH2

CH

CH3

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 haydoble y triple enlace, la numeración se hace en el sentido en que dichos enlaces quedan con el número menor.



175


er s i t a r i o s


cadena principal= butanosustituyentes=metilo

numeración=derechanominación= 2-metilbutano

cadena principal= heptanosustituyentes=etilo

numeración=derecha o izquierdanominación= 4-etilheptano

cadena principal= butanosustituyentes=metilos

numeración=izquierdanominación= 2,2-dimetilbutano

cadena principal= decanosustituyentes=etilo y metilonumeración=izquierdanominación= 4-etil-5 metildecano

cadena principal= pentanosustituyentes=metilosnumeración=derechanominación= 2,2,4-trimetilpentano

cadena principal= octanosustituyentes=etilo y propilo

numeración=izquierdanominación= 2-etil-4-propiloctano

CH3 CH

2 CH CH3

CH3

1234

CH3 CH

2 CH

2 CH CH

2 CH2 CH

3

CH2

CH3

1 2 3 4 5 6 7

CH3 C CH

2 CH3

CH3

CH31 2 3 4

CH3 CH

2 CH2 CH CH CH

2 CH

2 CH

2 CH2 CH

3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

CH2

CH3

CH3

CH3 CH CH

2 C CH

3

12345

CH3 CH3

CH3

CH3 CH CH

2 CH CH2 CH

2 CH

2 CH

3

1 2 3 4 5 6 7 8CH

2 CH

2 CH

3

CH2

CH3

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 procesode combustión y liberando gran cantidad de calor.

EjemploCH

4 + 2 O

2 → CO

2 + 2 H

2O + E

Son compuestos que pueden ser gases, líquidos y también sólidos. Rara vez presentan color, y si lo hacen, ésteserá alguna variedad del blanco.

Los hidrocarburos más usados en la vida diaria son, por ejemplo, el propano y el butano, que en mezcla sonusados 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; elkerosene (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 saturadosy no saturados superiores.



176

C P E C H


c a p í t u l o

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 todoslos 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 poruna cadena cerrada de seis átomos de carbono unidos entre sí por enlaces simples.

CH2

H2C

H2C

CH2

CH2

CH2

Ciclopropano

H2C CH

2

CH2

H2C

CH2

H2C

CH2

CH2

CH2

Ciclohexano

HC HC

HC HC1,3-Ciclobutadieno

CH2

HC

HC

CH2

CHCH

33-Metilciclopenteno

CH3

H2C H

2C

H2C H

2C

Ciclobutano

Metilciclopropano

H2C CH2

CH

CH3

HC

CH

H2C

CH2

CHCH

1,4-Ciclohexadieno

CH2 CH

2 CH

2 C C CH

3

6-ciclobutil-2-hexino

CH2

CH2

CH2

Ciclopentano

H2C

H2C

H2C HC

H2C HCCiclobuteno

CH2

CH2

CH2

Ciclopenteno

HC

HC

CH3



177


er s i t a r i o s


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 todosellos 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 bencénicosque puedan estar fusionados o no. Los compuestos aromáticos son tremendamente estables, necesitándosegrandes 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.



178

C P E C H


c a p í t u l o

7

Naftaleno 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 másgrupos CH

2.

Ejemplo

Serie homóloga de hidrocarburos saturados lineales.

CH4

Metano

CH3—CH

3 Etano

CH3—CH

2—CH

3 Propano

CH3—CH

2—CH

2—CH

3 Butano

Serie homóloga de alcoholes saturados lineales.

CH3—OH Metanol

CH3—CH

2—OH Etanol

CH3—CH2—CH2—OH Propanol

CH3—CH

2—CH

2—CH

2—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 elnúmero 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 asimétricosy, en función del número deéstos, aumenta el número deisómeros ópticos posibles. Sien la molécula hay n átomosde C asimétricos, el númeromáximo de isómeros posibleses 2n.

Sabías que...



179


er s i t a r i o s


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 númerode 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 esqueletocarbonado y grupo funcional, pero se diferencian únicamente en la posición que ocupa el grupo funcional en elesqueleto carbonado.

CH3 C CH

2 CH2 CH

3

Fórmula global: C5H

10O

Grupo funcional

cetona

O

1 2 3 4 52-pentanona

CH3 CH

2 CH2

C OH


8O

2

Grupo funcional

ácido carboxílico

O

ácido butanoico

aldehído

CH3 CH

2 CH2 CH

2 C H

O

pentanal

CH3 CH

2 C O CH3

éster

O

propanoato de metilo

CH3 C CH

2 CH2 CH

3


10O

Posición del grupo funcional

carbono 2

O

2-pentanona


16O

Posición del grupo funcional

CH3 CH

2 C CH

2 CH3

carbono 3

O

3-pentanona

1 32 4 5

CH3 CH CH

2 CH CH2 CH

3

carbono 2

OH

4-metil-2-hexanol

1 2 3 4 5 6

CH3

carbono 1

4-metil-1-hexanol

CH2 CH

2 CH

2 CH CH2 CH

3

OH

1 2 3 4 5 6

CH3

6.2 Estereoisomería

Los estereoisómeros presentan las mismas características físicas y químicas. En la práctica, los estereoisómerospresentan una imagen especular (o de espejo), es decir, tienen dos ordenamientos espaciales diferentes. Estasestructuras se denominan enantómeros o enanteómeros.

La Estereoisomería estudia a los compuestos químicos en tres dimensiones, basándose en el carbono asimétricode la molécula. En la medida en que una molécula presenta más carbonos asimétricos, aumenta el númeroposible de estereoisómeros. Así, el número total de estereoisómeros de una molécula se puede calcular segúnla relación 2n, siendo n la cantidad de carbonos asimétricos de la molécula.



180

C P E C H


c a p í t u l o

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. Alcoholes Resultan 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 — CH

3 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. Ácidos carboxílicos

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 terminación OICO. Para esto, se incluye, al contar los carbonos, el que forma el grupo carboxílico.

Ejemplo: CH

3—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–NH

2

Para nombrarlos, se usa el prefijo que corresponde según su número de carbonos terminado en IL, seguido de

la palabra AMINA.

Ejemplo: metano metil metil amina CH

4 –CH

3 CH

3—NH

2



181


er s i t a r i o s


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—NH

2 etanamida

f. Éteres

R esultan 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 enlacesen 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 — CH

3dimetilcetona

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



182

C P E C H


c a p í t u l o

7

CH3

C OH

O

+ CH3OH CH

3C O CH

3+ H

2O

CH3

C OH

O

+ NaOH

C O +

O

CH3

C 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



183


er s i t a r i o s


Alcanos

Clase de compuesto Estructura general Grupo funcional Ejemplo

R H No hay CH3 CH

2 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) Metilbencenoo tolueno

Alcoholes R OH OH CH3

CH2

OH Etanol

Éteres R O R´ O CH3 CH

2O CH

3Etilmetiléter

AldehídosR C H

O

C H

O

C H

O

EtanalCH3

R C R´

O

C

O

CH3 C CH

3

O

PropanonaCetonas

Ácidoscarboxílicos R C OH

O

(H) C OH

O

CH3 CH

2C OH Ácido propanoico

Ésteres

O

R C OR´

O

(H) C O

O

CH3 C OCH

3Acetato de metilo

O

AmidasR C NH2

O

(H) C NH2

O

CH3 C NH

2Etanamida

O

Nitrilos C NR C N CH3

C

N Etanonitrilo

Aminas R N R´ N CH3 N CH

3 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 comofórmula general C

nH

2nO

n. 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 entresí para formar disacáridos (como el azúcar de mesa o sacarosa), trisacáridos, y así sucesivamente hasta llegara formar polisacáridos como la celulosa ([glucosa]

n). El enlace químico que une dos o más monosacáridos se

denomina enlace glucosídico.

Los hidratos de carbono presentan funciones energéticas, puesto que gracias al metabolismo de los glúcidos lacélula obtiene la energía necesaria para su funcionamiento. Otra función destacable de los carbohidratos es sufunción estructural, ya que forman parte del exoesqueleto de los insectos (quitina) y son constituyentes de lamadera en los vegetales (celulosa).



184

C P E C H


c a p í t u l o

78.2 Lípidos

Los lípidos, en su mayoría, están formados por C, H y O. Son compuestos muy abundantes en la naturaleza ycorresponden 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 (ácidosgrasos 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; función estructural, ya que formanparte de las membranas celulares y función biocatalizadora, por ser constituyentes de vitaminas y hormonas.

+ + +

tres ácidos grasos

glicerol

triglicéridos

+

agua

8.3 Proteínas

Son macromoléculas constituidas principalmente por C, H, O, S y N, átomos que forman los aminoácidos o unidades proteicas fundamentales. De su nombre se deduce que estas moléculas sencillas tienen en suestructura los grupos funcionales aminas (NH

2) y ácido carboxílico (–COOH).

Los aminoácidos se unen entre sí para formar polipéptidos. Así, cuando el peso molecular del polipéptidoes superior a los 5.000 g/mol estamos frente a una proteína. El enlace que caracteriza la unión de dos o másaminoácidos se denomina enlace peptídico.

Las proteínas presentan funciones estructurales, ya que son constituyentes del colágeno y de la pared celularde cilios y flagelos, entre otros; funciones de transporte, ya que forman parte de la hemoglobina; funciones

enzimática y de defensa del organismo, al formar parte de los anticuerpos.



185


er s i t a r i o s


8.4 Ácidos nucleicos

Son macromoléculas que reciben este nombre por tener grupos ácidos (ácido fosfórico) y por haberse descubiertoen el núcleo de la célula. Están formados por C, H, O, N y P.

Los ácidos nucleicos están constituidos por ácido fosfórico (H3

PO4), azúcares de 5 carbonos (tales como la

ribosa y la desoxirribosa) y 5 bases nitrogenadas: adenina, guanina, timina, citosina y uracilo.

Según sea el azúcar y las bases nitrogenadas presentes en la estructura del ácido nucleico, se van a distinguir dostipos: Ácido DesoxirriboNucleico (ADN o DNA) y Ácido RiboNucleico (ARN o RNA), encargados de transmitirel código genético (DNA) y de descifrar la información genética (RNA).

RNAm

RNAt

RNAr

Nucleótidos

DNA



186

C P E C H


c a p í t u l o

7

Ácido

Nombre del compuesto Nombre del grupo funcional Fórmula general Sustancia donde la encontramos

Carboxilo Vinagre

Alqueno

Alquino

AlcoholR OH

Aldehído

Cetona

R C OH

O

Éster R C O R´

O

AmidaR C NH

2

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 menosdensos que ésta. Por lo tanto, flotan en ella.

9. Uso actual de los compuestos orgánicos

a. Haluros

• Bromuro de Etilo: este compuesto es muy usado por los futbolistas, pues congela a baja temperatura, porlo que al ser aplicado sobre una contusión, adormece o anestesia por congelamiento.

Fórmula CH3—CH2— Br

• Cloruro de vinilo: 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 mayoríade los plásticos rígidos transparentes, como los vasos y envases plásticos.

Fórmula CH

2= CH — CI



187


er s i t a r i o s


b. Alcoholes

• Etanol: este compuesto es el alcohol etílico, el que se encuentra en cualquier bebida alcohólica y es elresponsable, cuando se bebe en exceso, de provocar la pérdida del equilibrio y del conocimiento, en casos

extremos. Fórmula

CH3— CH

2OH

• Metanol: este compuesto es el alcohol que se obtiene de la destilación de la madera. Se utiliza como disolvente, combustible y en perfumería.

Fórmula CH

3— OH

c. Ácidos carboxílicos

• Ácido acético o Ácido etanoico: este compuesto se conoce con el nombre de “Vinagre”, que es lo quecomúnmente se usa sobre las ensaladas o comidas, en algunos casos.

Fórmula CH

3— COOH

d. Éter

• Dimetil éter: este compuesto volátil de bajo punto de ebullición y propiedades anestésicas, como todoslos éteres, es conocido vulgarmente como éter. Fue usado antiguamente en operaciones médicas.

Fórmula CH

3—O—CH

3

e. Cetonas

• Dimetil cetona: este compuesto es muy inflamable. Se utiliza en la fabricación de barnices, es muy comúnen cosmética como solvente del esmalte de las uñas. Se lo conoce vulgarmente como acetona.

Fórmula

O

CH3—C—CH

3

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 síntesisde proteínas. Son parte de enzimas y moléculas que dan origen a la vida propiamente tal.



188

C P E C H


c a p í t u l o

7h. Compuestos aromáticos

El benceno se utiliza en la industria como punto de partida parapreparar numerosos derivados tales como tolueno, anilina, estireno,

ácido benzoico, aspirina, fenol y muchos otros. Se usó como disolventedel adhesivo comercial conocido como Agorex, pero se sustituyó portolueno, pues el benceno es cancerígeno.

i. Compuestos de uso doméstico

Los compuestos orgánicos son parte de la vida cotidiana de laspersonas, es así que se encuentran tanto en artículos de limpieza,medicamentos como en productos de belleza, dentro de los cuales sepueden mencionar:

• Jabón: en la actualidad el jabón, formado generalmente por salesde sodio y potasio de distintos ácidos grasos, se fabrica en grandescalderas de acero donde se calientan las grasas fundidas por vaporde agua mientras se agitan continuamente. De forma gradual, seañade una disolución de hidróxido o carbonato.

Una vez lograda la saponificación de las grasas, se añade unadisolución concentrada de cloruro de sodio o potasio, separándose el

jabón que flota en la superficie, mientras se extrae desde el fondo laglicerina. Posteriormente, el jabón se somete a diversas operacionesde lavado y ebullición en disolución alcalina y se procede a su refinadoy acabado.

El jabón tiene ventajas por sobre los detergentes, es así que es másbarato, atóxico, fabricado a partir de materias primas renovables(aceites y grasas) y es biodegradable, o sea que una vez consumidoes destruido por los microorganismos existentes en el agua, que deeste modo no contamina el agua. El jabón sólo presenta problemasen dos situaciones:

- Cuando el agua utilizada tiene carácter ácido:

R – COONa + H+ R – COOH + Na+

Ácido graso

Esta reacción libera el ácido graso, que forma la grasa observadaen los tanques, recipientes o tinas de baño.

Cuando en unamisma cadenacarbonada seencuentra el grupo

amino (-NH2) y el grupo

carboxilo (-COOH), esteúltimo tiene preferenciasobre el primero, de modoque la sustancia se nombra

como un ácido que tiene unsustituyente amino.

Estas sustancias son losconstituyentes básicosde las proteínas y sedenominan genéricamenteaminoácidos.

BENCENO



189


er s i t a r i o s


- Cuando el agua usada es dura, es decir, un agua que contiene cationes metálicos, especialmenteCa+2 y Mg +2, se tiene

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 existiadurante la segunda guerra mundial. Estos productos basan su acción limpiadora en la presencia de losgrupos 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 unacapa de moléculas de detergente. Así que mientras el extremo polar hidrófilo de éstas se introduce en elagua, el radical hidrocarbonado no polar de la molécula se adhiere a la grasa. De este modo, las gotas degrasa 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 noproducen los depósitos típicos del jabón. Sin embargo, hoy sabemos que no es aconsejable el uso de ciertosdetergentes. Algunos, una vez vertidos en las aguas residuales, impiden la oxigenación de éstas, deteriorandola vida acuática. Otros producen cantidad excesiva de espumas que no pueden ser descompuestas porbacterias. Decimos que estos detergentes no son biodegradables.

• Cremas dentales: son productos que contienen detergente por ejemplo el dodecil-sulfato de sodio(CH

3(CH

2)11

OSO3Na) y un abrasivo que es el carbonato de calcio (CaCO

3), 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, alcoholcomún y perfumes entre otras cosas.

• Cremas para la piel: son productos que contienencera de abeja, aceite de almendras, aceites minerales,

vaselina, lecitina, lanolina y perfume, etc.

• Lápices labiales: contienen en general cera de abeja,cera de carnauba, alcohol cetilito (C

16H

33OH), 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 sonsustancias orgánicas que contienen nitrógeno en su estructura. Los principales explosivos orgánicos son lanitroglicerina y el trinitrotolueno (T.N.T)



190

C P E C H


c a p í t u l o

7

CH3

H

CH3

O2N NO

2

H

H3C

O2N

O2N

NO2

NO2

H3CN N

O

O2N

NO2

CH3

NO2

O2N NH

2

CH3

NO2

H2NH2N

CH3

NO2

NH2

NO2

CH3

O2N

CH3

CH3

NH2

O2N

NH2 O2N NH2

NH2

NO2

NHCOCH2

NOO

• Tejidos sintéticos: durante muchos siglos, la humanidadsolamente usó tejidos de fibras naturales, como elalgodón, el lino (ambos constituidos por celulosa), lalana, la seda (ambos formados por proteínas), etc. Enparticular, los científicos siempre soñaron en fabricarun hilo bonito, resistente y elástico, como hecho por elgusano de seda (Bombyx mori).

Al final del siglo 19, hubo varias tentativas para obtenerla 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 realmentecon la síntesis del nylon, en 1938. Posteriormente, fueroncreados los poliésteres y hasta hoy en día la industriatextil investiga nuevas fibras sintéticas de tejidos.



191


er s i t a r i o s


Nombre Fórmula Sufijo Producto que lo contiene

VinagreÁcido carboxílico

Alqueno

Alquino

Alcohol

Aldehído

Cetona

Éster

Amida

Amina

Aroma de plátano

Proteínas delhuevo

Aroma de lasalmendras

Bebidasalcohólicas

Olor a ladescomposición

Aroma a limón

Acetileno

Acetona

Perfumes

CloroformoHaluro

Eter

oico

oato de R1

amida

al

ona

R amina

R eter

eno

ino

según halógeno

ol



192

C P E C H


c a p í t u l o

7

Sabías que...

Un combustible alternativo

El metanol

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 alaumento de la contaminación atmosférica.

El metanol podría convertirse algún día en un combustible de automóviles que reemplazara a la gasolina.

Fuentes energéticas alternativas

Para enfrentar los graves problemas que puede significar la alteración de la composición de gasesde la atmósfera, las industrias deben afrontar el desafío que representa la producción de vehículoscapaces de utilizar otra fuente energética, que sea tan eficiente y que no represente una fuente másde 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 deellos. El gas natural comprimido es un combustible que genera contaminantes atmosféricos: el gaslicuado de petróleo presenta limitaciones que tienen que ver con el suministro y la electricidad estáactualmente condicionada al empleo de grandes baterías que requieren de recarga frecuentemente, porlo que restringen el transporte.

Los estudios establecen que una de las más promisorias fuentes energéticas parece ser el metanol, elalcohol más simple que existe (CH

3OH).

Su empleo rebajaría significativamente las emisiones de gases tóxicos, a tal punto que no serían detectadaspor 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 contaminanla atmósfera. Otra ventaja del metanol es que éste no produce hollín, a diferencia de los combustiblesderivados del petróleo.

La producción y el uso generalizado de un combustible alternativo se ha convertido en algo más alláde la necesidad: una urgencia. El parque automovilístico crece en una proporción tal que la amenaza sehace patente cada día.

Ventajas y limitaciones del metanol

Las investigaciones realizadas dan pruebas irrefutables de que si los vehículos funcionaran con metanolpuro se obtendría una notable reducción en los niveles de contaminantes urbanos. Los combustibles



193


er s i t a r i o s


como el metanol presentan una estructura química notablemente más simple que los derivados delpetróleo, lo que reduce la probabilidad de una combustión incompleta, fenómeno responsable de generarlas sustancias nocivas para la salud y el ambiente.

Una de las desventajas que presenta el metanol es su capacidad energética. Si se toman volúmenesiguales de gasolina y metanol, este último sólo produce la mitad de energía. Los científicos creen que estalimitación se puede compensar con la producción de un automóvil más liviano y con el menor consumode energía para moverlo.

Sin embargo, se tienen datos que muestran algunos inconvenientes que habría que superar: la combustiónde metanol produce un agente cancerígeno llamado formaldehído, que es producido también por la quemade combustibles derivados del petróleo como la gasolina y el kerosene. Otro de sus inconvenientesse refiere a las propiedades químicas del metanol: es un compuesto altamente corrosivo y también esexplosivo 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 laemisión 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 vehículosmotorizados puede solucionar los problemas de contaminación y constituir la base para la planificacióndel 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 adudas moviliza grandes flujos de dinero.

a. Producción de alcoholes

Sin duda, los alcoholes de mayor importancia industrial son, actualmente, el metanol y el etanol.



194

C P E C H


c a p í t u l o

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 dosprocesos.

- A partir de monóxido de carbono

CO + 2H2 CH

3OH

- Por oxidación controlada del metano

CH4 + 1⁄2 O

2 CH

3OH

El metanol es el más tóxico de los alcoholes. Ingerido, aunque sea en pequeñas dosis, causa cegueray hasta la muerte. Es muy utilizado industrialmente, como solvente y en la producción de metanal oformalina, 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 obtenermediante:

- Hidratación del etileno

CH2 CH

2 + H

2O CH

3 – CH

2OH

El etileno es obtenido a partir del petróleo

- Fermentación de azúcares o cereales

En países tropicales, el etanol es obtenido por fermentacióndel azúcar de caña. En los países templados, se utilizacomo materia prima la remolacha, el maíz, el arroz u otrocereal, de ahí el nombre que se le da también como alcoholde cereales.

Después de la fermentación, el alcohol es destilado,obteniéndose el etanol común de 96o GL (Gay Lussâc),que corresponde a una mezcla de 96% de etanol y 4% de

agua, en volumen.

La escala Gay Lussâc, usada para medir las concentracionesde las mezclas alcohol – agua, es antigua, pero aún esbastante usada en las grandes compañías productoras dealcoholes.

En la práctica, dicha escala es incorporada a un densímetroespecial, llamado alcoholímetro, en el cual el valorde 0° GL, corresponde al agua pura, y el valor 100° GL,corresponde al etanol puro.

Dos expresiones bastante usadas industrialmente son:



195


er s i t a r i o s


Alcohol anhidro o absoluto. Es el alcohol exento de agua (100% etanol), el cual es obtenidoindustrialmente, destilando el etanol común (96° GL) con benceno, el cual arrastra consigo los 4% deagua existentes en dicho alcohol. El alcohol anhidro es usado en mezcla con la gasolina

Alcohol desnaturalizado. Es el etanol común (96° GL) al cual le fueron adicionados sustancias de olory sabor desagradables. Esto se realiza para que el “alcohol industrial”, que no está afecto a impuestos, nosea desviado para la fabricación de bebidas alcohólicas (que están afectas a impuestos).

En general, el alcohol común es usado como solvente, como combustible, como materia prima en lafabricación de otros compuestos orgánicos, en bebidas alcohólicas, etc.

Tabla resumen de bebidas alcohólicas

Fermentados Bebida Alcohólica Materia Prima Proceso Producción y º GL

Vino Uva Fermentación La uva es molida y prensadapara producir el mosto.

Oscila entre 8º y 14,5º.

Cerveza Cebada fermentación Se le adiciona lúpulo en dosisdiversas para dar diferentesgrados de amargor.

Oscila entre 4° y 7°.

Champagne Uva Doble fermentación Primera fermentación en formatradicional.

La segunda fermentación en lapropia botella, con la adición delevaduras.

Oscila entre 11º a 12º.

Sidra Manzana Fermentación Una vez separada la pulpa dela fruta, es extraído el jugopor decantación, luego se leadicionan sales de calcio paraclarificarlo.

Oscila entre 3º a 8º.

Destilados Cognac o Brandy Vino blanco Destilación La destilación es realizada encalderas de cobre, dos vecesconsecutivas.

Grado alcohólico 40º

Whisky Mosto de diversoscereales, principalmentecebada

Destilación Posterior a la destilación, elwhisky sufre un envejecimientoen barricas de encina o roble.Este envejecimiento dura desdelos 6 hasta los 24 años.


Gin o Ginebra Mosto de varios cerealestales como maíz, cebaday la avena

Destilación Luego de la destilación esaromatizado con raíces de jengibre.


Pisco oAguardiente

Mosto de la uva Destilación Dicha destilación se hace enalambiques de cobre, por tres veces consecutivas.

Oscila entre 30º y 50º.



196

C P E C H


c a p í t u l o

7

Fermentados yDestilados

Bebida Alcohólica Materia Prima Proceso Producción y º GL

Ron Melaza, subproducto de

la caña de azúcar

Fermentación y

destilación

El ron dorado es producido

al agregarle al destilado unapequeña porción de azúcarquemada.

El ron, generalmente, seenvejece en barricas de encinao roble.

Su grado alcohólico es de 43°GL.

Tequila Planta de tipo cactáceadenominada ágave

Fermentación ydestilación

Grado alcohólico es de 40º.

Vodka Varios cereales, talescomo el centeno, avenay cebada, además se

le puede obtener de lafermentación de la papa.

Fermentación ydestilación

Su grado alcohólico varía desdelos 40º hasta los 60º.

La legislación chilena especifica los siguientes índices de acuerdo a lacantidad 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 g

1/2 litro de champagne: 1,2 g2 vasos de combinado (35° GL): 1,0 g2 copas de whisky (40° GL) : 1,1 g

Sabías que...



197


er s i t a r i o s


Síntesis

de

contenidos

H i d r o c a r b u r o s

S a t u r a d o s

A l i f á t i c o s

A l i c í c l i c o s

A r o m á t i c o

I n s a t u r a d o s

A l c a n o s : C

n

H 2 n

+ 2

A l q u e

n o s : C

n

H 2 n

A l q u i n

o s : C

n

H 2 n

- 2

B e n c e n o

R — O H

R — C O O H

R — C H O R

— C

O — R

1

R — C

O O R 1 R

— N

H 2

R — C

O — N

H 2

R



198

C P E C H


c a p í t u l o

7

Actividades

1. Nombre los siguientes compuestos

CH3 — CH — CH

2 — CH

2 — CH

3

CH2

CH3

CH3 — CH — CH

3

CH3

2. Nombre los siguientes compuestos:

CH3 — CH

2 — CH

2 — CH

3

CH3 — CH = CH— CH

3

CH3 —CH2 — CH2 — CH2 — CH3

CH ≡ CH

CH3 — CH

2 — CH

3

CH2 = CH — CH

3



199


er s i t a r i o s


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



200

C P E C H


c a p í t u l o

7EJERCICIOS

3. De los siguientes hidrocarburos ¿cual(es)obedece(n) a la fórmula general C

nH

2n-2?

I. CH3— C ≡ C— CH

3

II. CH3— CH

2— CH

3

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 C

nH2n-2 es propia de los

hidrocarburos alquinos, que son aquellos que poseen unenlace triple entre carbonos, de esta forma:I) CH

3 —C ≡ C—CH

3: C

4 H6 , Alquino.

II) CH3 —CH

2 —CH

3: C

3H8 ,

Alcano.III) CH

3 —CH

2 —C ≡ C—CH

3: C

5 H8 , Alquino.

4. El compuesto CH3—CH—CH

2—CH

3 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.


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 resultauna cetona, la cual se caracteriza por tener un grupocarbonilo unido a dos radicales cualquiera (R-CO-R´).



201


er s i t a r i o s


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 carbonode enlace y los extremos a carbonos terminales. La ra-mificación indica que hay un radical (metilo) unido altercer carbono del compuesto, el que se nombra 3-metil-hexano.


1. Las fórmulas C4H

10 y C

4H

6 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 elgrupo carbonilo

CO ?

I. CH3—COOH

II. CH3—O—CH

3

III. HCHO

IV. CH3—CH

2—CH

2OH

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) CH

3— C—CH

3 | CH

3

B) CH

3

C) CH3—CH

2—OH

D) CH3—CH

2—CH=CH—NH

2

E)



202

C P E C H


c a p í t u l o

7EJERCICIOS

4. El radical CH3—CH

2— se llama:

A) Isopropilo B) Etilo C) Butilo D) Propilo E) Hexilo

5. En el enlace carbono-carbono del acetileno, C2H

2,

intervienen

A) 4 electrones. B) 5 electrones. C) 6 electrones. D) 8 electrones. E) 10 electrones.


1 C A n á l i s i s



4 B R e c o n o c i m i e n t o





ÁCIDO BASECapítulo 8


Conocer las teorías usadas en ácido base.

Reconocer e identificar escalas de pH.

Definir términos usados en ácido base.

Discriminar compuestos ácidos básicos oneutros.



204

C P E C H


c a p í t u l o

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 generaiones en disolución.



205


er s i t a r i o s

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.

• Hipótesis de Arrhenius → Propone que los ácidos son sustancias

capaces de ceder iones H+ en disolución acuosa (HCl, H2SO

4).

• Hipótesis de Brönsted y Lowry → Propone que los ácidos son

aquellas sustancias capaces de ceder protones a la disolución(H

3PO

4, H

2S).

• Hipótesis de Lewis → 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.

• Hipótesis de Arrhenius → 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+

Sabías que...



206

C P E C H


c a p í t u l o

8• Hipótesis de Brönsted y Lowry→ Propone que las bases son aquellas sustancias capaces de captar protones

desde la disolución (H2PO

4–, HS–).

• Hipótesis de Lewis → Propone que corresponden a bases todas aquellas sustancias capaces de ceder elec-

trones (S

2–

, Cl

–

, O

2–

).

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.

El término usado para dicha medición, es el pH, y es una escala propuesta por el investigador Sörensen.

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–]



207


er s i t a r i o s


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

á c i d o

e n b a t

e r í a d e

u n a u

t o m ó v i

l

j u g o g

á s t r i c o

, j u g o

d e l i m

ó n

v i n a g r

e j u g

o d e n

a r a n j a

, j u g o

d e t o m

a t e, c e r v e z

a

a g u a d

e l l u v i

a, o r i n a

h u m a

n a

l e c h e,

s a l i v a

h u m a

n a

a g u a p

u r a, s a

n g r e h

u m a n a

a g u a d

e m a r

b i c a r b

o n a t o d

e s o d i

o

l e c h e

d e m a

g n e s i a,

j a b ó n

l í q u i d o

a m o n í

a c o d o

m é s t i c

o,

l í q u i d o

l i m p i a

- v i d r i o s

a g u a d

e c a l

l í q u i d

o l i m p

i a - h o r n

o s

s o d

a c a ú s

t i c a

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

log Kw = log [H+] + log [OH-]

Como sabemos que:

log Kw = − 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 H2CO

3 (ácido

carbónico) y HCO3

− (ión

bicarbonato).

Sabías que...



208

C P E C H


c a p í t u l o

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).

Indicadorpapel tornasolAzul-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 procedimientoempleado se denomina

también volumetría de

neutralización, ya que se

reduce a medir el volumen

de base necesario para la

neutralización del ácido o

viceversa.



209


er s i t a r i o s


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 lasdisoluciones 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 volúmenesrespectivos con el supuesto de que los volúmenes se suman.



210

C P E C H


c a p í t u l o

8

Sabías 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

() + CO

2()

(2) CaCO3(s)

+ 2HCl(ac)

CaCl2(ac)

+ H2O

() + CO

2(g)



211


er s i t a r i o s


T e o r í a s

B a s e

Á c i d o

I n d i c a d o r e s

E s c a l a d e p H

N e u t r a l i z a c i ó n

S u s t a n c i a s B u f f e r

A R R H E N I U S

B R Ö N S T E D

Y L O W R Y

L E W I S

Síntesis

de

contenidos



212

C P E C H


c a p í t u l o

8

Actividades

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. H2 SO 4 + 2Na OH → _____________________________ + _____________________________



213


er s i t a r i o s


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 losorgánicos (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 NaOHla solución resultante presenta:

I. [ H+ ] = 10-7

II. [ H+ ] = [ OH-]

III. pH = 7

A) Sólo I

B) Sólo II

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 fuerzas entre ácidos y bases, por lo tanto, cuando se produceesta reacción, se tiene que la concentración de protoneses 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+ quecede 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) Sólo I y III

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 correspondena 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



214

C P E C H


c a p í t u l o

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) Solo I y II

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

Lowry y Brönsted?

A) CH3 COO –

B) HSO4 –

C) Pb+2

D) HI

E) KOH

5. La base conjugada del ácido H2PO

4 – es:

A) H2O B) H

3PO

4

C) OH –

D) PO4 –3

E) HPO4 –2

5. El pH 8,2 es considerado un pH:

A) Ligeramente ácido.

B) Básico fuerte.

C) Neutro.

D) Fuertemente ácido.

E) Ligeramente alcalino.

Alternativa: E.Habilidad: Reconocimiento.Defensa: La escala de pH presenta el rango de 0 a14, siendo el pH 7 la neutralidad absoluta, además, se distinguen tres zona; una ácida (entre 0 y 6,7 ), unaneutra (entre 6,8 y 7,2 ) y una básica o alcalina (entre7,3 y 14 ). De acuerdo con esto, un valor de pH = 8,2 seconsidera 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) A menor pH mayor acidez.

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.




3 A R e c o n o c i m i e n t o


5 E C o m p r e n s i ó n




MATERIALES DE

USO COTIDIANO

Capítulo 9


Conocer los distintos procesos de elabora-ción de materias primas.

Reconocer los avances realizados en lasdiversas industrias.

Distinguir los compuestos principales delos productos obtenidos.



216

C P E C H


c a p í t u l o

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 unpequeño chip de silicio. Esto hizo posible la miniaturización de los componentes de aparatos electrónicos talescomo las computadoras.

A finales de la década de 1980, la ciencia de los materiales tomó un nuevo auge con el descubrimiento demateriales cerámicos que presentaban la capacidad de ser superconductores a temperaturas más elevadas quelos metales y que podrían tener innovadoras aplicaciones, como en el desarrollo de los trenes de levitaciónmagnética 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 teniendouna gran importancia puesto que los materiales sólidos sometidos a dichas fuerzas pueden sufrir una seriede 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 físicay química ) de rocas feldespáticas tales como el granito.

El feldespato, constituye un extenso grupo de minerales compuesto por aluminosilicatos de potasio(KAlSi

3O

8), de sodio (NaAlSi

3O

8), de calcio (CaAl

2Si

2O

8) 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 comoel 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 superficiede 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 hanformado a partir de elementos y compuestos químicos que sehan unido de manera especial para constituir todos los productosmanufacturados que conocemos en la actualidad. De este modo,la “ciencia y tecnología de los materiales” se ha encargado deestudiar la forma de adaptar y fabricar materiales para responder alas necesidades de la tecnología moderna.



217


er s i t a r i o s

Capítulo 9 Materiales de uso cotidiano

La arcilla común es una mezcla de caolín y de polvo fino de algunosminerales feldespáticos anhidros (sin agua) que son capaces de sermoldeados cuando se humedecen con agua.

Las variedades más comunes de este material son: la arcilla chinao caolín; la arcilla de pipa, similar al caolín pero con un contenidomayor de sílice; la arcilla de alfarería; la arcilla de escultura o plástica;la arcilla para ladrillos, una mezcla de arcilla y arena con pequeñascantidades de hierro; y la arcilla refractaria, con pequeño o nulocontenido 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 ladrillosrefractarios 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 cubriro decorar suelos y paredes.

Los azulejos modernos se pueden fabricar con arcilla de grano finoprensada a máquina; o mediante el vaciado de la barbotina, (arcillalíquida) dentro de un molde poroso.

Antes de la cocción, puede añadirse barniz y hacerse una decoraciónpintada con óxidos metálicos.

Dependiendo del tipo de arcilla y de la temperatura de cocción, losazulejos pueden variar desde los de loza porosa hasta los de porcelana

vidriada.

c. Cerámica

Material compuesto por arcilla endurecida mediante cocimiento enhornos.

La naturaleza y el tipo de la cerámica están determinados por lacomposición de la arcilla, el método de su preparación, la temperaturaa la cual se ha cocido y los barnices que se han utilizado. Se distinguede la porcelana por ser porosa y opaca. Como se cuece a temperaturamás baja que ésta, no llega a vitrificar.

El “caolín” o arcilla blancase extrajo por primera vez enuna colina llamada Kaoliang,China. Llegó a Europa aprincipios del siglo XVIII.

El caolín puro se utiliza enla manufactura de porcelanafina; mientras que las

variedades impuras se usanpara fabricar vasijas, gres y

ladrillos, como soporte parapigmentos y en la fabricaciónde papel.

Su principal constituyentees la caolinita, un silicatode aluminio hidratado,Al

2Si

2O

5(OH)

4, formado por

la descomposición de otrossilicatos de aluminio, enespecial feldespato.

Sabías que...



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c a p í t u l o

9d. Loza

La loza es una cerámica porosa cocida, por lo general, a la temperaturamás 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 losbarnices. De este modo, el cobre hace que el barniz de plomo adquierauna tonalidad verdosa, y el barniz alcalino una tonalidad turquesa;un fuego bajo hace que el cobre se torne rojo. El hierro puede dartonalidad amarilla, parda, gris verdosa o, azul y, mezclado con otrosminerales, rojo. Como se puede apreciar, los efectos específicos decada 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 deun control muy riguroso para lograr el efecto deseado en la obtenciónde loza, ya que pueden conseguirse efectos diferentes debido a unaumento de la cantidad de oxígeno en la combustión (con la adecuada

ventilación para producir grandes llamas) o por la reducción deloxígeno 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 secuece con un fuego rico en oxígeno, mientras que en un horno pobreen 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) aldesprenderse una molécula de oxígeno de la arcilla para compensar lafalta de éste en el horno.

e. Cemento

Sustancia de polvo fino capaz de formar una pasta blanda al mezclarsecon 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 elmás usual). Este material es utilizado para pegar superficies de distintosmateriales o para revestir ciertas superficies a fin de protegerlas de laacción de sustancias químicas.

La clasificación de un cemento se puede hacer según: el nombre delcomponente principal, como por ejemplo, el cemento calcáreo quecontiene óxido de silicio, o como el cemento epóxico, que contieneresinas epoxídicas; o bien, según la principal característica que posea,como por ejemplo, el cemento hidráulico o rápido, o los cementosrefractantes que son capaces de resistir altas temperaturas

Los cementos utilizados en la construcción también se puedendenominar según su origen, como es el caso del cemento romano, osegún su parecido con otros materiales, como el cemento Portland.



219


er s i t a r i o s


Los cementos Portland consisten en mezclas de silicato tricálcico(3CaO·SiO

2), aluminato tricálcico (3CaO·Al

2O

3) 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 aluminioy 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 composiciónestos elementos en las proporciones adecuadas, por lo tanto, sepuede obtener cemento a partir de ellas sin necesidad de emplearotras materias primas.

Para la fabricación del cemento, se trituran las materias primasmezcladas y se calientan hasta que se funden, formando el“clínquer”, que a su vez se tritura hasta lograr un polvo fino. En loshornos modernos, se pueden obtener de 27 a 30 kg de cemento porcada 45 kg de materia prima.

El cemento Portland se emplea hoy en la mayoría de las estructurasde 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 suscomponentes o se pueden agregar otros. Así por ejemplo, para retardarel proceso de endurecimiento, se suele añadir yeso. En estructurasconstruidas bajo el mar, se emplean normalmente cementos con uncontenido de hasta un 5% de óxido de hierro, y cuando se precisaresistencia a la acción de aguas ricas en sulfatos se utilizan cementoscon una composición de hasta un 40% de óxido de aluminio.

Actualmente, la mayor producción de cemento se genera en los paísesindustrializados, aunque también es importante la industria cementeraen 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 unidadesmoleculares tienen suficiente cohesión para presentar rigidez aunqueéstas 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. Enla naturaleza, se encuentra formando parte de la obsidiana, que esun material volcánico.

El término cemento Portlandse empleó por primera vez en1824 por el fabricante inglésde cemento Joseph Aspdin,debido a su parecido conla piedra de Portland, queera muy utilizada para laconstrucción en Inglaterra.

El primer cemento Portlandmoderno, hecho de piedracaliza y arcillas, fue producidoen Gran Bretaña en 1845.

Sabías que...



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c a p í t u l o

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 mediantediversas técnicas.

En general, suele ser transparente, pero también puede ser traslúcidou opaco. Su color varía según los ingredientes empleados en sufabricación.

En la mayoría de los vidrios, la sílice se combina con otras materiasprimas como carbonato de sodio o potasio, carbonato de calcio ymagnesio, plomo o bórax, en distintas proporciones, para mejorar suspropiedades físicas. Así, tenemos vidrio sodocálcico, vidrio al plomo,

vidrio de borosilicato, etc.

Gracias a que es un material que sufre poca contracción y dilataciónfrente a los cambios de temperatura, es adecuado para la fabricaciónde aparatos de laboratorio y objetos sometidos a grandes choquestérmicos. Por otra parte, como es un mal conductor del calor y laelectricidad, resulta muy útil para el aislamiento térmico y eléctrico.

Dentro de la amplia gama de aplicaciones del vidrio, tenemos: el vidriode 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 dedeformarse hasta conseguir una forma deseada mediante ciertosprocesos como la extrusión, el moldeo o el hilado.

Las moléculas de estos polímeros pueden ser de origen natural, comopor 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. Lasmoléculas lineales y ramificadas son termoplásticas (se ablandan conel calor), mientras que las entrecruzadas son termoestables (no seablandan con el calor).

En general, los plásticos se caracterizan por una alta relación

resistencia/densidad, lo que les confiere excelentes propiedades parausarlos como aislantes térmicos y eléctricos, así como también, unagran resistencia a la acción de ácidos, álcalis y otros disolventes.

El inventor estadounidense Wesley Hyatt, desarrollóun método para procesarpiroxilina con alcanfor y unacantidad mínima de alcohol,

obteniendo un productopatentado con el nombrede celuloide que tuvo unnotable éxito comercial yaque con él, se podía fabricarun sinnúmero de objetosque variaban desde cepillosdentales hasta cuellos decamisa.

Sabías que...

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Materiales de uso cotidiano



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Durante las décadas posteriores a la obtención de celuloide, aparecieron otros tipos de plásticos tales comola baquelita, el rayón (material polimérico fabricado a partir de la celulosa, nitrato de celulosa o etanoato decelulosa) y el policloruro de vinilo (PVC).

Uno de los plásticos más populares desarrollados durante este periodo, es el metacrilato de metilo. Debido asus excelentes propiedades ópticas, este material puede utilizarse para la manufactura de gafas y lentes, o enel alumbrado público o publicitario.

Las resinas de poliestireno, comercializadas alrededor de 1937, se caracterizan por su alta resistencia a laalteración química y mecánica a bajas temperaturas y por su escasa absorción de agua. Estas propiedades hacendel poliestireno un material adecuado para aislamiento y accesorios utilizados a bajas temperaturas, como eninstalaciones 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 en1950. 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 sustitutospara materiales tales como el látex. De este modo, el nylon se convirtió en una de las fuentes principales defibras textiles.

Los poliésteres se utilizaron en la fabricación de blindajes y otros materiales bélicos, y se produjeron grandescantidades de varios tipos de caucho sintético.

Durante el periodo de la posguerra, se mantuvo el elevado ritmo de los descubrimientos y desarrollo enla industria de los plásticos. Tuvieron especial interés los avances realizados en polímeros tales comopolicarbonatos, acetatos y poliamidas.

De este modo, se utilizaron materiales sintéticos en lugar de los metales para fabricar maquinarias, cascosde seguridad, aparatos sometidos a altas temperaturas y muchos otros productos utilizados en lugares concondiciones ambientales extremas.

En 1953, el químico alemán Karl Ziegler desarrolló el polietileno, y en 1954 el italiano Giulio Natta desarrollóel 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. Algunosejemplos de este tipo de polímeros son el nylon, los poliuretanos y los poliésteres.

• Polímeros de adición: Estas reacciones producen polímeros de longitudes específicas. Algunos polímerostípicos 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, quecompone la cadena del polímero. Por ejemplo, las poliolefinas están compuestas por monómeros deolefinas, 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 halogenurosde vinilo (como el policloruro de vinilo), los poliésteres, los poliuretanos, las poliamidas (como elnylon), 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 moldeoo deformación del plástico hasta su forma definitiva.

En cuanto a las materias primas utilizadas, debemos mencionar que en un comienzo la mayoría de losplásticos se fabricaban a partir de resinas de origen vegetal, como la celulosa (del algodón), el furfural (de lacáscara 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 primascualquiera de los subproductos del petróleo debido a su bajo costo y alta versatilidad. No obstante, dadoque las existencias mundiales de petróleo tienen un límite, se están investigando otras fuentes de materiasprimas, 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 loprotegen de la intemperie. Los plastificantes producen un polímero más flexible, los lubricantes reducenla fricción y los pigmentos colorean los plásticos. Algunas sustancias ignífugas y antiestáticas también seutilizan como aditivos.

En consecuencia, las técnicas empleadas para conseguir la forma final y el acabado de los plásticos dependende 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 comercializaregularmente para ser utilizados como envoltorios.

El polietileno de alta densidad, se utiliza para películas plásticas más gruesas, como las usadas en las bolsasde 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 suspropiedades, 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 deempaquetado, descritos anteriormente. El polietileno de alta densidad se usa en tuberías, del mismo modoque el PVC. Éste, además se emplea en forma de láminas como material de construcción. Muchos plásticosse utilizan para aislar cables e hilos, y el poliestireno aplicado en forma de espuma, sirve para aislar paredes ytechos. 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 tomade 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 deplásticos reforzados con fibra de vidrio.

Entre las aplicaciones de los materiales plásticos en productos deconsumo, se encuentran los juguetes, las maletas y los artículosdeportivos.

Debido a que los plásticos son relativamente inertes, los productosterminados no representan ningún peligro para el fabricante o elusuario. Sin embargo, se ha demostrado que algunos monómeros ociertos 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, lamayoría de los plásticos sintéticos no pueden ser degradados por el entorno porque, a diferencia de las fibrasnaturales, o inclusive del metal y del vidrio, no se oxidan ni se descomponen con el tiempo. Así, a pesar dehaberse desarrollado algunos plásticos degradables, ninguno ha demostrado ser viable para las condicionesrequeridas 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 gaseosasfabricadas 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 almezclar nitrato de celulosa, o piroxilina, con pigmentos y agentes de relleno en una disolución de alcanfory 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 ymoldearse en formas determinadas.

Dentro de la grandes ventajas que presenta este material, destacan un alto brillo, bajo costo y altadurabilidad, 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 materialesen numerosas aplicaciones, como es el caso de las cintas cinematográficas.

• Metacrilato: Nombre común del polimetacrilato de metilo, polímero sintético obtenido por adición deradicales libres del monómero llamado metacrilato de metilo, CH

2=CCH

3COOCH

3.

En el laboratorio, se obtiene calentando el monómero en presencia de un iniciador, luego de esto, la reacciónse 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 luegose 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 debisutería, carteles y lentes. Se encuentra disponible en hojas, barras, tubos por fusión y en composicionespor 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 convierteen 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 agentesaireantes y, a partir de él, se obtienen las espumas aislantes; también se utiliza para embalar productosalimenticios y objetos frágiles.

Otro poliestireno, traslúcido, muy resistente al impacto y a las bajas temperaturas, es el poliestireno deimpacto 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 lasinstalaciones 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 rayadoy a la acción de los agentes químicos. Este material es un termoplástico cuya polimerización se lleva a caboen 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 altadensidad y los lineales de baja densidad.

El polietileno de baja densidad (LDP), es un polímero ramificado que se obtiene por la polimerización enmasa 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 resistenciamecánica 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. Seutiliza 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 concatalizadores en suspensión. Debido a esto, se obtiene un polímero muy cristalino, de cadena lineal muypoco 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 (especialmente1-buteno) a baja presión, en disolución, suspensión o fase gaseosa, y en presencia de catalizadores. Se tratade un polímero lineal con ramificaciones cortas que hacen que su temperatura de fusión y su resistencia ala 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 yun 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 clorurode vinilo:

R CH2 = CHCl R - CH

2 – CHCl

Durante la propagación, el radical del monómero reacciona con más moléculas de cloruro de viniloobteniéndose un macrorradical:

R - CH2 – CHCl + n (-CH

2 - CHCl- ) R - (-CH

2 - CHCl- )

n - CH

2 – 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 loshongos 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 bajocosto 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 aislantede tendidos eléctricos, como cuero sintético, para la fabricación de envases de alimentos y de artículosimpermeables.

• Tefón: Este material es una resina resistente al calor y a los agentes químicos, que se obtiene porpolimerización, a alta presión, del tetrafuoretileno (CF

2CF

2) con un iniciador de radicales libres. La

energía que se desprende en la reacción de polimerización es tan elevada que se deben tomar bastantesprecauciones para evitar una probable explosión.

Este plástico puede resistir temperaturas hasta de 300 ºC y se caracteriza por presentar una extraordinariainercia química frente a todos los disolventes y agentes químicos, exceptuando los metales alcalinos enestado 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 aislanteeléctrico 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 conmúltiples 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 yartículos de todo tipo.

1.3 Caucho

Esta sustancia, de origen natural o sintética, que se caracteriza por su elasticidad, repelencia al agua y resistenciaeléctrica 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 numerosasplantas. 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 delárbol 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 C5H

8.

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 amasarlomecánicamente, o al calentarlo por encima de 50 ºC, adquiere una textura de plástico pegajoso. A temperaturasde 200 ºC o superiores se descompone.

El caucho puro es insoluble en agua, álcalis o ácidos débiles, y soluble en benceno, petróleo, hidrocarburosclorados 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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er s i t a r i o s


Actualmente, para la fabricación de artículos de caucho natural, éstese trata junto a otras sustancias y se procesa mecánicamente. Lamezcla 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 esimpermeable a los gases y resistente a la abrasión, a los agentesquímicos, al calor y a la electricidad. También posee un altocoeficiente de rozamiento en superficies secas y un bajo coeficientede rozamiento en superficies mojadas por agua.

El principal agente vulcanizante sigue siendo el azufre, aunquetambién se emplean ciertos elementos no metálicos como el selenioy 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 proporciónazufre-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 decaucho blando como guantes y artículos de lencería, se lleva a cabopor exposición al vapor de cloruro de azufre (S

2Cl

2). Los agentes

aceleradores de la vulcanización que se empleaban en un principioeran solamente óxidos metálicos como el blanco de plomo y la cal.Sin embargo, actualmente se utiliza una amplia variedad de aminasorgánicas.

El caucho reciclado, calentado con álcali de 12 a 30 horas, puedeemplearse como adulterante del caucho crudo para rebajar el preciofinal del producto. La cantidad de caucho reciclado que se puedeutilizar dependerá de la calidad del artículo que se quiera fabricar.

Además de la vulcanización, en la mayoría de los casos, el cauchobruto se mezcla con numerosas sustancias que modifican suscaracterísticas.

Existen aditivos que estiran el caucho pero no lo endurecen

materialmente, como el carbonato de calcio y la baritina o sulfatode bario. También se pueden añadir otras sustancias que le confieranmayor dureza al producto final, como el carbonato de magnesio yciertas arcillas.

Otros aditivos utilizados son algunos pigmentos como el óxidode zinc, el litopón y muchos tintes orgánicos, además de agentesablandadores, como ciertos derivados del petróleo (aceites y ceras),la brea de pino o los ácidos grasos, que se usan cuando el caucho esdemasiado rígido para mezclarse con otras sustancias.

Antes de mezclarlo con otras sustancias, el caucho es sometido aun proceso de trituración, llamado masticación, que lo vuelvesuave, pegajoso y plástico. En este estado, el caucho está enmejores condiciones para mezclarse con los aditivos mencionadosanteriormente, proceso que ocurre en las máquinas mezcladoras.

En 1839, el inventorestadounidense CharlesGoodyear, descubrió quecociendo caucho con azufredesaparecían las propiedadesno deseables del caucho,en un proceso denominado

vulcanización.

Sabías que...



228

C P E C H


c a p í t u l o

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 pararevestimiento 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 yproductos 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 necesariapara una vulcanización eficaz se puede conseguir sometiendo el caucho a la presión externa o interna del vapordurante el calentamiento.

En comparación con el caucho vulcanizado, el caucho no tratado tiene muy pocas aplicaciones. Se usa encementos, 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 utilizaen los dibujos de los neumáticos de los automóviles y en las cintas transportadoras; el caucho duro se empleapara 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 máquinaspara reducir las vibraciones.

Al ser relativamente impermeable a los gases, se emplea para fabricar mangueras de aire, globos y colchones. Suresistencia 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 detanques 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, medidoresy 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 parapozos 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 yse 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 deporcelana o de yeso blanco dentro del látex concentrado. De este modo, la capa de látex se adhiere al molde yse extrae después de la vulcanización.



229


er s i t a r i o s


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 elaño 1931). Se obtiene por polimerización del cloropreno. Las materias primas para sintetizar cloroprenoson 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 comoaislante 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 monómerosdenominados comonómeros. La palabra buna se deriva de las letras iniciales de butadieno (uno de loscomonómeros), y natrium (sodio), empleado como catalizador. En la buna N, el otro comonómero es elpropenonitrilo (CH

2 = CH(CN)), que se produce a partir del ácido cianhídrico. La buna N es muy útil enaquellos casos donde se requiere resistencia a la acción de aceites y a la abrasión. Industrialmente, elcaucho Buna se obtiene por copolimerización de butadieno y estireno (buna S).

• Caucho de butilo: 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 elcaucho natural y otros productos sintéticos, es muy resistente a la oxidación y a la acción de productoscorrosivos. 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 nipor un almacenamiento prolongado. El coroseal no se puede vulcanizar, pero mientras no se le someta a altastemperaturas, 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 (Na

2S

4). 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 losbarnices. 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.



230

C P E C H


c a p í t u l o

9La introducción de algunos cambios en los procesos de polimerización, ha mejorado la calidad de los productosy 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 neumáticosde larga duración.



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er s i t a r i o s


EJERCICIOS


1. El proceso de meteorización se puede clasificarcomo:

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 propiedadesantiadherentes que se obtiene al polimerizarmonómeros de:

A) Metacrilato de metilo. B) Cloruro de vinilo. C) Estireno. D) Tetrafluoretileno. E) Metilbutadieno.

Alternativa: D.


Defensa: Esta resina resistente al calor, se obtiene por

la polimerización de los monómeros de tetrafluoretileno.

3. Para vulcanizar el caucho, se utilizanprincipalmente:

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 alos principales componentes de la arcilla:

I. Caolinita (Al2Si

2O

5(OH)

4)

II. Aluminato tricálcico (3CaOAl2O

3)

III. Isopreno (C5H

8)

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.



232

C P E C H


c a p í t u l o

9EJERCICIOS

5. El término “clínquer” está asociado a la industriade:

A) Vidrio B) Cerámica C) Loza D) Cemento

E) Caucho.

Alternativa: D.


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 unapolimerización 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 obtenidomediante:

A) Un proceso de copolimerización debutadieno.

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.



233


er s i t a r i o s


EJERCICIOS

4. El amplio grupo de minerales que componen elfeldespato, sirven como materia prima para lafabricación 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 agregana los plásticos para mejorar sus propiedades, seencuentran:

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.


1 C C o n o c i m i e n t o


3 B A p l i c a c i ó n

4 D A p l i c a c i ó n

5 E C o n o c i m i e n t o




234

C P E C H


ÁcidoEspecie química que libera iones hidrógeno H+ (definición de Lowry – Brønsted, que en esterespecto coincide con la definición clásica deArrhenius).

Ácido carboxílicoÁcido que contiene el grupo funcional carboxilo,-COOH.

Ácidos nucleicosBiopolímero con unidades monoméricas formadaspor un azúcar, un grupo fosfato y una base orgánica.

AlcanoCompuesto orgánico de cadena abierta que contienesólo carbono e hidrógeno y que carece de enlace

doble o triple.

AlcoholCompuesto orgánico que contiene el grupohidróxilo, -OH.

AminoácidoMolécula con un grupo amino en el carbonoadyacente al grupo carboxílico.

Alqueno

Compuesto orgánico de cadena abierta que contienesólo carbono e hidrógeno y que tiene uno o másenlaces dobles C=C.

AlquimiaActividad desarrollada en la Edad Media. Mezcla defilosofía, misticismo, magia y química. Su objetivoprincipal fue la transformación de los metalescomunes en oro.

AlquinoCompuesto orgánico de cadena abierta, constituidoexclusivamente por carbono e hidrógeno y quecontiene uno o más enlaces triples C C.

AnodizadoProcedimiento mediante el que se somete un metalo recubrimiento metálico a un proceso de oxidaciónelectroquímica, funcionando dicho metal comoánodo de la celda electroquímica.

ÁtomoEs la partícula más pequeña que posee laspropiedades de un elemento. Toda la materia estácompuesta de átomos.

AzuritaMineral de cobre de interés industrial, cuya fórmulaes CuCO

3 x Cu(OH)

2.

BaseEspecie química que capta iones hidrógeno H+

(definición de Lowry – Brønsted).

CalorEs un flujo de energía que se produce entre cuerposque se hallan a diferente temperatura. (Recordar loaprendido en física en relación con las formas enque se transfiere calor: conducción, convección yradiación).

Cambio de estadoEs la interconversión de la materia entre los estadossólido, líquido o gaseoso.

Cambio físicoEs el cambio de la materia en el que no se modificala identidad y composición de la sustancia encuestión. Este cambio es reversible. Por ejemplo:evaporación del agua.

Cambio químicoEs la transformación en la materia que produce uncambio de la identidad de una o más sustancias, esun cambio irreversible. Por ejemplo: combustionesy oxidaciones.

GLOSARIO



235


er s i t a r i o s

Capa de valenciaNivel de energía de un átomo que determina suspropiedades químicas, en particular la formación deenlaces.

Ciencia experimentalEstudio cuyos principios y leyes provienen de laexperimentación, es demostrable y puede teneraplicación práctica. Compuesto covalenteCompuesto que contiene sólo enlacescovalentes.

Compuesto orgánico

Compuesto que contiene carbono, por lo común encombinación con hidrógeno, oxígeno o nitrógeno,menos frecuente con fósforo, halógenos o azufre.

Configuración electrónicaDistribución de los electrones en los diversosniveles energéticos de un átomo, ión o molécula.

Datación radioactivaMétodo usado para determinar la edad de objetosde interés científico, histórico o arqueológico y que

se basa en la determinación de la cantidad relativao concentración de un isótopo inestable, de vidamedia relativamente larga.

DesnaturalizaciónPerturbación estructural de una proteína conpérdida de su función.

DismutaciónProceso de oxido-reducción interno, en el que unátomo 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 unade sus sales, que tiene la propiedad de mantenerel pH dentro de un estrecho rango cuando se leadicionan cantidades discretas de ácidos o bases.

Efecto estéricoInfluencia sobre la velocidad relativa de reaccióndel arreglo espacial de átomos o grupos en el

sitio de reacción o próximo a éste que retarda oprácticamente impide la reacción.

Electroafinidad (afinidad electrónica)Es la energía asociada a la captación de un electrónpor la capa de valencia de un átomo.

ElectrófiloEspecie que presenta alguna deficiencia deelectrones o que tiene carga positiva y que se enlazaa átomos, particularmente carbono, en especiesde alta densidad de carga electrónica o con carganegativa.

ElectrometalurgiaProceso de obtención, separación o purificación deun metal que ocupa un método electroquímico.

ElectronegatividadCapacidad de un átomo, en una molécula, paraatraer los electrones hacia sí.

Elemento químicoEs una sustancia constituida por un solo tipo deátomos, que puede formar parte de todas las demássustancias.

Energía de enlaceEnergía necesaria para romper un enlace. Por lo

general se refiere a 1 mol de enlaces y se expresaen kJ x mol-1.

Energía de ionización (potencia de ionización)Energía necesaria para desprender un electrón deun átomo aislado al estado gaseoso y llevarlo alinfinito. Corresponde a la energía involucrada en elproceso.

M(g) → M+(g) + e –

Energía internaComprende todas las formas de energía de unsistema y se compone de las energías propias de laspartículas y de sus interacciones.

Energía libre (G)Función de estado termodinámica que permitedeterminar la dirección en que ocurre un procesoen forma espontánea. Se define formalmente ΔG =ΔH-T ΔS, en la que H es la entalpía del sistema, Tsu temperatura absoluta (en grados Kelvin) y S, su

entropía.



236

C P E C H


Enlace covalenteFuerza que mantiene unidos a dos átomos, cuandocomparten uno o más pares de electrones.

Enlace iónicoAtracción entre átomos con carga opuesta en uncompuesto iónico. Se produce cuando un átomocede uno o más electrones y el otro lo(s) acepta.

Enlace metálicoEnlace formado por elementos metálicos que esfuertemente deslocalizado.

Entalpía (H)Función de estado termodinámica que se define

formalmente como H = E + PV, en donde E es laenergía interna del sistema, P su presión y V el volumen que éste ocupa.

EntornoEs la parte externa de un sistema termodinámico yque junto a éste conforma el universo.

Entropía (S)Función de estado termodinámica que se relacionacon el grado de ordenamiento del sistema.

EspectroscopioAparato que separa en sus componentes de longitudde onda característica la radiación electromagnéticaemitida o absorbida por un átomo.

EspontaneidadUn proceso es termodinámicamente espontáneocuando ocurre en una determinada dirección, siun sistema es abandonado a su suerte. Todos losprocesos que ocurren con una disminución de la

llamada energía libre son espontáneos.

Estabilidad cinéticaSe dice que una sustancia o sistema es cinéticamenteestable frente a una transformación dada, si ellaocurre con una velocidad muy pequeña.

Estabilidad termodinámicaUn sistema es termodinámicamente estable frente aun proceso determinado si éste no ocurre en formaespontánea (ΔG >0).

Estado de equilibrioEstado de un sistema en el que las variables de estadose mantienen indefinidamente inalteradas mientrasno se cambien las condiciones del entorno.

Estado o número de oxidaciónSe define formalmente, para un átomo en uncompuesto binario, como el número de electronesque gana o pierde dicho átomo para formar uncompuesto.

EstequiometríaProporción en que los elementos o compuestosreaccionan entre sí.

EstereoquímicaRepresentación de una molécula en el espaciotridimensional, de modo que refleja la real ubicaciónde 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 representanpor un par de puntos o por un trazo, los enlacesdobles por dos pares de puntos o por dos trazos, yasí sucesivamente.

Evaluación sensorialEs el paso de una secuencia destinada a identificarlas características de las sustancias que no puedenexpresarse 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 deun núcleo. Ellos son el cuociente neutrón / protóny la paridad (número par o impar de protones yneutrones).

Fisión nuclearFenómeno de ruptura de un núcleo en fragmentosde menor masa.

Función de estado

Función cuyo valor depende del estado actual de unsistema y no de su historia previa. Las principalesfunciones de estado son la energía interna, laentalpía, la entropía y la energía libre.



237


er s i t a r i o s

Fusión nuclearFenómeno de unión de dos núcleos o partículaspara formar un núcleo de mayor masa.

GalvanizadoProcedimiento de protección de un metal,predominantemente hierro, frente al daño producidopor la oxidación mediante su recubrimiento con unacapa de zinc.

GasEstado de la materia en que sus moléculas tienenalta energía cinética. Entre las moléculas de un gasexiste 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 completala capa 1s) y son elementos de escasa, pero nonula, reactividad química. Por ello no se debendenominar “gases inertes”.

GenomaEstructura genética completa de un organismo.

Grupo funcionalConjunto de átomos enlazados de una determinadamanera, que caracteriza el comportamientofísico-químico de las moléculas que lo contienen.Ejemplos típicos son los grupos funcionales ácidocarboxílico (R-COOH), alcohol (R-OH)y éster (R-COO-R).

HibridaciónCombinación algebraica de orbitales atómicos deenergía similar, para generar un número equivalente

de orbitales “mezclados” o “híbridos”.

HidrataciónFenómeno por el cual un ión o molécula se rodea demoléculas de agua. Para el caso general de cualquierdisolvente el proceso se denomina solvatación.

HidrometalurgiaMétodo de obtención, separación o purificaciónde un metal que utiliza soluciones o suspensionesacuosas.

Hipótesis científicaEs una posible explicación a un hecho o fenómenodel cual puede haber o no antecedentes previos.

Ión dipolarEspecie neutra, característica de aminoácidos, quemuestra dos polos de carga opuesta.

Ión monoatómicoEspecie eléctricamente cargada que consiste de sóloun átomo.

Ión poliatómicoEspecie eléctricamente cargada consistente de doso más átomos.

Indicador ácido-baseSustancia que manifiesta un cambio (por lo generalde color) a determinado valor de la concentración

de iones H+

en la disolución.

IrreversibilidadEn un sentido no riguroso, alude a la calidad deprocesos (irreversibles) en un sistema que ocurrencuando se alteran las condiciones del entorno,en una sola dirección, es decir, no en direccióncontraria.

Isómeros geométricosMoléculas con idéntico número de átomos y enlaces,

pero con diferente distribución espacial.

IsótopoEspecie atómica caracterizada por un cierto númerode protones y neutrones. Para un mismo elementose pueden dar varios isótopos, cuyos núcleosdifieren sólo en el número de neutrones.

IatroquímicaActividad posterior a la alquimia, considerada comoel arte de curar sobre la base de extraños vegetales

y otros preparados.

Ley Es la expresión matemática u oral de unfenómeno en el cual se observa regularidad en sucomportamiento.

Leyes de Faraday de la electrólisisLeyes descubiertas por Michael Faraday, en 1833,que establecen relaciones cuantitativas entre lacantidad de corriente que ha circulado por una celda

electroquímica y la masa de sustancia transformada.La cantidad de sustancia o cambio químico producidopor la corriente eléctrica es proporcional a la cargaeléctrica que ha circulado por la celda electrolítica.



238

C P E C H


Para una misma cantidad de carga eléctrica que hacirculado por una celda electrolítica, la cantidadde sustancia o cambio químico producido esproporcional al peso equivalente de la sustancia.

Éste se define como la masa molar, expresada engramos, asociada a la captación o cesión de unelectrón durante el proceso electroquímico paracada una de las especies en una cantidad igual a unnúmero de Avogadro. (Véase unidad Faraday).

Lixiviación bacterianaProceso utilizado para disolver minerales,principalmente de cobre, uranio y oro, utilizandocultivos de bacterias.

MateriaEs todo lo que tiene masa y ocupa un lugar en elespacio.

Mecanismo de reacción

Descripción de una secuencia de eventos que sepostula que ocurren a nivel molecular cuando losreactantes se transforman en productos.

Mena

Material de un yacimiento mineral, disponible en

una concentración tal que permite su procesamientopara la obtención del correspondiente metal.

Metalurgia

Es la ciencia que trata de la obtención de un metala partir de su mineral, en un estado apropiado depureza para el empleo al que se le va a destinar.

Método cuantitativo

Secuencia de pasos destinados a obtener de lassustancias características medibles, por medio de

un valor matemático, como, por ejemplo, análisisde masa y densidad.

Método del ión electrón

Procedimiento 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 pararepresentar la reacción completa de óxido-reducción(o redox), cuidando que el número de electrones

cedidos en la semi-reacción de oxidación sea igualal número de electrones aceptados en la reducción.

Metales

Elementos de brillo característico, que conducenbien la corriente eléctrica y el calor.

MetaloideElemento con propiedades intermedias a las de losmetales y los no metales. Su conductividad eléctricaaumenta al elevar la temperatura.

Mezcla

Combinación de sustancias en la que cada unaconserva sus características individuales.

Modelo planetario

Modelo que describía al átomo como un diminuto

sistema solar, en el que los electrones girabanalrededor del núcleo de manera análoga a como lohacen los planetas alrededor del sol. Este modelofue superado ya que no corresponde a una realidadfísica.

Molalidad (m)

Unidad de concentración de disoluciones que sedefine como el número de moles de soluto disueltoen 1 kilogramo de disolvente.

Molaridad (M)Unidad de concentración definida por el número demoles de soluto o de especies iónicas en 1 litro dedisolución.

Monómero

Compuestos a partir de los cuales se preparanpolímeros.

No metalElemento que es mal conductor del calor y de la

electricidad. Nucleófilo Especie que presenta un par electrónicono compartido o con carga negativa, queespecíficamente ataca a un átomo, generalmente decarbono, de una molécula que exhibe baja densidadde 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 unátomo específico.



239


er s i t a r i o s

ObservaciónActo de examinar atenta y objetivamente por mediode los sentidos un fenómeno u objeto.

OrbitalSe puede definir como una región del espacioalrededor del núcleo atómico que puede estarocupada por 1 ó 2 electrones. (Esta no es unadefinición rigurosa, ya que el orbital es una funciónmatemática o función de onda característica, quees solución de la ecuación de ondas de Schrödinger.Para el caso de un átomo se designan como orbitalesatómicos, mientras que en las moléculas se conocencon el nombre de orbitales moleculares).

OsmosisPaso de moléculas de disolvente a través de unamembrana semipermeable, que se manifiesta porun flujo neto de disolvente desde una disolucióndiluida o desde el disolvente puro hacia unadisolución más concentrada.

Osmosis inversaEs el fenómeno inverso al espontáneo de osmosisy se logra aplicando una presión a una soluciónconcentrada de modo que las moléculas de solvente

pasen a través de una membrana semipermeablehacia otra disolución más diluida o hacia el disolventepuro.

OxidaciónProceso que involucra, formalmente, la cesión de unoo más electrones por parte de un átomo (o un grupode 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. Máspropiamente se habla de radiación, puesto que setrata de radiación electromagnética de alta energía.

pH

Se define como el valor negativo del exponente de laconcentración molar de iones H+ de una disolución,expresada en base 10. También se puede expresarcomo: pH = -log [H+].

PirometalurgiaProceso que utiliza energía térmica (calor) para elprocesamiento de metales o sus menas.

PlásticosSon todos aquellos polímeros que pueden sermoldeados en alguna de sus fases de su elaboración,mediante la aplicación de fuerzas relativamentedébiles y a temperatura moderada.

Polaridad de enlacePropiedad permanente de un enlace que se manifiestapor una separación parcial de carga eléctricadeterminada por la diferente electronegatividad delos átomos unidos.

PolímerosSe denomina así a todas las moléculas de muchoscomponentes. Se originan por la unión de muchasmoléculas más simples, denominadas monómeros,y que son idénticas entre sí.

Presión Variable de estado de un sistema termodinámicoque se relaciona, en un gas, con el número dechoques y cantidad de movimiento.

Primer principio de termodinámicaEs una reformulación del principio de conservaciónde la energía y establece que la variación de energíainterna de un sistema se calcula conociendo el calory trabajo intercambiado por el sistema.

Principio de Constitución de BohrEstablece que en la construcción de la estructuraelectrónica 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 llamatambién principio de “Aufbau”.

Principio de exclusión de PauliLos electrones siempre ocupan un orbital conspin opuesto, de modo que éste jamás puede serocupado por más de dos electrones. (Ello debido aque el número de spin asociado al electrón tienesólo dos valores posibles y un tercer electróntendría, necesariamente, su número de spin igual al

de alguno de los otros dos).



240

C P E C H


Principio de máxima multiplicidad de HundPrincipio que establece que los electrones en unátomo ocupan varios niveles de idéntica energía demodo tal que su número de spin total, comprendido

como la suma de los números de spin de loselectrones individuales, es máximo.

Proceso Transformación que ocurre en un sistema.

Proceso endotérmicoProceso en el que el sistema absorbe calor desde elentorno.

Proceso espontáneo

Es todo proceso que ocurre con una disminución desu 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 puederevertir al someter al sistema a condiciones similaresa las que existían antes de ocurrir dicho proceso.

Proceso reversibleProceso que ocurre en un sistema aislado y que sepuede revertir cuando se le somete a las condicionesiniciales.

Producto iónico del agua K W

Producto de las concentraciones molares de ionesH+ y OH – y que tiene un valor constante, queequivale 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 comoalcohol.

Propiedades periódicasPropiedades de los átomos de los elementosquímicos que se repiten en forma regular o cíclicacuando se representan vs. su número atómico.

QuímicaCiencia experimental que estudia la materia, encuanto a su composición, sus características, las

transformaciones que pueden experimentar y lasleyes que rigen estos cambios.

RadioactividadDesintegración espontánea de núcleos atómicosinestables, acompañada de la emisión de radiaciónionizante (α, β o γ).

Radio atómicoEn el caso de una molécula diatómica homonuclear,esto es, formada por dos átomos de la mismanaturaleza el radio atómico es la mitad de ladistancia que separa los núcleos atómicos.

RadiolisisProducción de reacciones químicas por exposicióna radiación ionizante de un sistema, ya sea ésteuna sustancia pura gaseosa, líquida o sólida o una

disolución.

ReducciónProceso que significa, formalmente, la captación deuno o más electrones por parte de un átomo o grupode átomos. Se dice que éste o éstos se reduce(n).

ReplicaciónProceso de duplicación del ADN.

Semirreacción

Es un proceso en que imaginariamente transcurre,produciéndose en él, la oxidación o la reducción deun átomo en una reacción redox.

Serie radioactiva naturalSecuencia de etapas de desintegración de unisótopo radiactivo natural que produce finalmenteun isótopo estable.

SistemaRegión del universo separado de éste por un borde

o límite, real o imaginario.

Sistema abiertoEs todo sistema que permite transferencia de masay energía con el entorno.

Sistema aisladoSe denomina así a todo sistema que no intercambiamateria ni energía con el alrededor.

Sistema cerrado

Un sistema cerrado sólo intercambia energía con elalrededor.



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er s i t a r i o s

Sistema no reactivoSistema que respecto de un proceso determinadono sufre transformación química.

Sitio activoZona funcional de una enzima.

Sustitución nucleofílicaReacción iniciada por un nucleófilo en la que éstereacciona con un sustrato o reactante reemplazandoun átomo que es expulsado como anión.

TemperaturaEs una variable de estado que, según el modelocinético-molecular, es una medida de la energía

cinética o grado de agitación de las moléculas.

TeoríaConjunto de leyes científicas que explican undeterminado fenómeno.

Teoría cuántica Teoría desarrollada por varios físicos a partirde 1900, año en que Max Planck enuncia surevolucionaria teoría de los cuantos, que explicaexitosamente la distribución de energía en una

cavidad (cuerpo negro), problema que no tiene unadisolución si se intenta explicar a través de la físicaclásica o newtoniana.

TermodinámicaEs el estudio de los sistemas en relación a lafactibilidad de los procesos que ocurren enellos y a los intercambios de energía que en unatransformación, cualquiera sea su naturaleza, tienelugar entre el sistema y su entorno.

TitulaciónAdición controlada de una disolución deconcentración exactamente conocida (oestandarizada) a una disolución de concentracióndesconocida, con el objeto de determinar elcontenido o la concentración de una especie quereacciona con otra de la primera.

Unidad Faraday (electrólisis)Se designa así a la cantidad de carga eléctricaequivalente a 96.485,34 Coulomb que correspondea 1 mol o número de Avogadro de electrones.

Variables de estadoConjunto de magnitudes que definen completamenteel estado o condición termodinámica en que seencuentra un sistema. A partir de ellas es posibledeterminar cualquier propiedad (función de estado)del sistema.

Variables experimentalesSon los factores que tienen relación con el fenómenoen estudio. Para que éste sea claro y sencillo se fijan

una serie de magnitudes (variables controladas) y seestudia la forma en que varía una magnitud (variabledependiente) cuando se produce una variación deotra magnitud (variable independiente).

Vida media Tiempo característico para un isótopo determinadoque tarda en ocurrir la desintegración de la mitad desus átomos. Se aplica en general a cualquier procesocinético.

VidrioProducto transparente, rígido, que carece de unaestructura ordenada interna como la de un cristal.

VulcanizaciónProceso mediante el cual se trata la goma naturalcon azufre para mejorar sus propiedades.



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C P E C H


• “Apuntes de Química I y II” , Sánchez Tapia, Carlos y Fuster A., Ma Angélica; 2 Ed.Salesiana, 1989, (1985).

• “Química Básica”, Melo Araya, Mario; tomoI: Estequiometría, Ed. Universitaria, 1987.

Las figuras que se presentan en este texto hansido extraídas de los siguientes libros:

• “Ciencias Químicas Educación Media”, Eugenia Águila Garay, José Tomás López Vivar,Leonor Marambio Montero; Tomo I, EditorialSantillana.

• “Ciencias Químicas Educación Media”,Eugenia Águila Garay, José Tomás López Vivar,

Leonor Marambio Montero; Tomo II, EditorialSantillana.

• “Ciencias Químicas Educación Media”, José Tomás López Vivar, Manuel Martínez Martínez, Javier E. Jorquera, Mónica Muñoz Cor.

• “Curso de Química General”, Santa María,Francisco; tomo I y II, Ed. Universitaria, 1984.

• “Fundamentos de Química”, Ricardo Feltre; volumen único, Editora Moderna, 3ª edición,2002.

• “La Química”, Gebauer, Claudio; Ed.Universitaria, 1984.

• “Manual de Química”, Summers, Donal B.;Grupo Editorial Iberoamérica, 1983 (1975).

• “Química Curso Universitario”, Maham,Bruce H., Fondo Educativo Interamericano,1977.

• “Fundamentos de Química General”,Garzóhn G., Gillermo; Ed. McGraw-Hill, 1991.

• “Apuntes de Química General”, BalocchiC., Emilio, et al; tomo I y II, Departamento deQuímica, Edición USACH, 1993, 1994.

BIBLIOGRAFÍA



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er s i t a r i o s

M a n g a n e s o



Documents

Quimica Plan Comun 2014