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Universidad Nacional de Río Cuarto
Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales
Integración a la Cultura Académica (ICA)MICROBIOLOGÍAMódulo Química
Integración a la vida universitaria a través de las TIC
Universidad Nacional de Río CuartoFacultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales
Integración a la Cultura Académica (ICA)Módulo de Química
Marcela Altamirano
Elisa Milanesio
Actividad Importante
Ejemplo
Tareas, consignas,
situaciones
problemáticas.
Tener en cuenta,
destacar,
recordatorio,
atención.
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Permite retornar
al índice.
Desde el índice podrán acceder a través de los enlaces a cada uno de los temas que
se detallan en el mismo.
Integración a la vida universitaria a través de las TIC
Reflexión
Interrogantes,
planteos.
Enlace
Sitios Web.
Este material ha sido elaborado en el marco del Programa de Ingreso, Continuidad y Egreso de Estudiantes en las carreras de pregrado y grado
de la Universidad Nacional de Río Cuarto (Res. Rec 380/15) y el proyecto Mediación de Materiales de Ingreso para las Carreras de la UNRC
2017-2019 “La Valoración Continua para Fortalecer los Procesos Educativos”. (Res. Rec 785/17). UNRC- Secretaría Académica.
¿Cómo leer este material?
A lo largo del material encontrarán los siguientes íconos:
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Módulo Química/Microbiología - Tec. En Laboratorio
4
Índice Introducción ...................................................................................................... 5
Enlace Químico ................................................................................................. 7
Electrones de Valencia ............................................................................... 8
Número de Oxidación ................................................................................. 8
Fórmulas Químicas .................................................................................... 8
Estructura de Lewis .................................................................................... 9
Teoría del Octeto ......................................................................................... 9
Tipos de Enlace ........................................................................................... 9
Grupos funcionales................................................................................... 12
Actividades ................................................................................................. 13
Nomenclatura ................................................................................................. 15
Compuestos inorgánicos ........................................................................ 15
Principio de electroneutralidad ......................................................... 15
Formación de Compuestos ............................................................... 16
Actividades ................................................................................................. 19
Actividades ................................................................................................. 24
Estequiometría ................................................................................................ 25
Masa Atómica........................................................................................... 25
Átomo-gramo y número de Avogadro ............................................. 26
Mol y peso molecular ............................................................................... 26
Actividades ................................................................................................. 27
Lectoescritura .......................................................................................... 29
Pirometalurgia ......................................................................................30
Actividad de lectoescritura.................................................................... 31
Bibliografía .................................................................................................... 33
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5
Introducción
La Química es muy divertida y es por ello que nos gustaría
compartir con vos un poco de la emoción que nos causa la química y del
placer de aprender acerca de ella.
Los caracteres chinos para la química significan “el estudio del cambio”
Aprender química enriquecerá tu vida a través de una mejor
comprensión del mundo natural, de las cuestiones tecnológicas que se
nos presentan actualmente y de las opciones que tenemos como
ciudadanos en una sociedad científica y tecnológica.
¿Cómo funciona el cuerpo humano? ¿Cura la aspirina nuestros
dolores de cabeza? ¿Es tóxica la sal común? ¿Pueden los científicos
curar las enfermedades de origen genético? ¿Por qué unas veces
estamos alegres y otras nos sentimos tristes? ¿Cómo mata bacterias la
penicilina? Los químicos han encontrado respuestas a preguntas como
estas y continúan buscando el conocimiento que les abrirá las puertas de
otros secretos de nuestro universo. A medida que estos misterios se
resuelven, la dirección de nuestra existencia suele cambiar, a veces de
manera extraordinaria.
Vivimos en un mundo químico: un mundo de fármacos, biocidas,
aditivos para alimentos, fertilizantes, detergentes, cosméticos y
plásticos. Habitamos un mundo donde hay residuos tóxicos, aire y agua
contaminados y reservas de petróleo que se agotan. El conocimiento de
la química te ayudará a entender mejor los beneficios y los peligros que
ofrece este mundo y te permitirá tomar decisiones inteligentes en el
futuro.
Todos somos químicamente dependientes. Aún en el vientre
materno, dependemos de un suministro constante de oxígeno, agua,
glucosa y muchas otras sustancias químicas. Nuestro organismo es una
compleja fábrica química. En nuestro interior se llevan a cabo miles de
reacciones químicas que permiten que nuestro organismo funcione
correctamente. Estas reacciones químicas hacen posible pensar,
aprender, hacer ejercicio, sentirse alegre o triste. Un equilibrio adecuado
de los alimentos correctos aporta las sustancias químicas y genera las
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reacciones que necesitamos para funcionar de la mejor manera posible.
El estudio de la química no es necesariamente difícil y tedioso.
Por el contrario, puede enriquecer tu vida de muchas maneras, a través
de una mejor comprensión de tu cuerpo, tu mente, tu entorno y el mundo
en el que vives.
En este módulo abordaremos los siguientes temas: Enlace Químico,
Nomenclatura y Estequiometría.
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Enlace Químico
El mundo material que nos rodea está formado por elementos,
compuestos y mezclas. Si observas a tu alrededor te darás cuenta que
las rocas, la tierra, los árboles, las nubes, los seres humanos, etc. son
mezclas complejas de elementos y compuestos químicos en los que
necesariamente hay distintos tipos de átomos enlazados entre sí. Uno de
los aspectos más relevantes de la química es la búsqueda de
explicaciones del cómo y por qué se unen los átomos.
La forma en que los átomos se enlazan ejerce un efecto
profundo sobre las propiedades físicas y químicas de las sustancias.
Un ejemplo de ello lo encontramos en el grafito y el diamante,
los cuales son alótropos del carbono. El grafito es un material suave,
resbaloso y quebradizo, que se emplea como lubricante de cerradura y
para escritura. El diamante es uno de los materiales más duros que se
conoce, valioso como piedra preciosa y utilizado para fabricar
herramientas de corte industrial. Entonces, te preguntarás
¿Por qué estos materiales formados únicamente por átomos de carbono presentan propiedades tan diferentes?
La respuesta se encuentra en las distintas formas en que los
átomos de carbono se enlazan entre sí. En el grafito los átomos de
carbono, forman capas de forma hexagonal, que al deslizarse sobre una
hoja de papel van quedando sobre la superficie, en cambio, en el
diamante, estos mismos átomos se unen formando estructuras
tetraédricas mucho más rígidas.
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Electrones de Valencia
A los electrones externos de un átomo se les conoce
como electrones de valencia. Estos juegan un papel muy importante en
la formación de los enlaces químicos entre los átomos e iones y son los
responsables de las propiedades químicas de los mismos.
Número de Oxidación
El número de oxidación es un indicador que compara el
ambiente electrónico de un átomo en una molécula con el ambiente
electrónico de un átomo aislado del mismo elemento.
Los números de oxidación son convencionales; se trata de un
numero entero, positivo, negativo o cero, que se asigna a cada elemento
presente en un compuesto y está referido, al número de cargas reales o
aparentes que tendría un átomo en una molécula (o una celda unitaria), si
los electrones fueran transferidos totalmente.
Fórmulas Químicas
Una fórmula química se usa para expresar la composición
cualitativa y cuantitativa de las moléculas o las unidades fórmulas que
constituyen una sustancia molecular o reticular respectivamente.
SO2 O2 CaO NH4Cl Ca3(PO4)2 Mg(OH)2 AlH3
Una fórmula química está constituida por símbolos y
subíndices.
Los símbolos químicos, representan macroscópicamente el tipo
de elementos presentes en el compuesto.
Los subíndices, representan el número de átomos de esos
elementos presentes en el compuesto o el número relativo de iones en
una celda unitaria de un compuesto iónico. Se escribe siempre en la
parte inferior derecha del símbolo químico.
símbolos
Fe2(SO4)3
subíndices
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Estructura de Lewis
Lewis propuso una representación pictórica para los
electrones de valencia, en la que utilizo puntos, cruces o círculos, con
la finalidad de explicar didácticamente, la forma como se transfieren
o comparten los electrones cuando los átomos se unen.
Teoría del Octeto
Se denomina enlace químico a la fuerza que mantiene unidos a
los átomos o a los iones y forman distintas sustancias. La teoría que
explica los enlaces químicos entre los átomos es conocida como Teoría
del Octeto. Esta teoría establece que en las uniones entre los átomos
intervienen los electrones de la capa externa. Sus premisas
fundamentales son las siguientes:
-Los gases nobles (neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr), xenón (Xe)
y radón (Rn) ), por tener 8 electrones en su nivel energético externo son
estables y no presentan reactividad química. Lo mismo ocurre con el
helio (He), que tiene 2 electrones que completan su primer nivel.
-La actividad química de metales y no metales se explica por
la tendencia de adquirir una estructura estable, similar a la del
gas inerte más próximo en la tabla periódica.
-Dicha estructura electrónica, similar a la del gas noble, se logra
si un átomo pierde, gana o comparte electrones
Tipos de Enlace
Los átomos se enlazan entre sí formando la gran diversidad de
sustancias que se conocen. Dichas sustancias poseen diferentes
propiedades, que dependen, en parte, de las diferentes maneras en que
se enlazan los átomos. Los enlaces permite agrupar las sustancia en tres
grandes tipos: covalentes, iónicas y metálicas. Además de los enlaces
químicos entre átomos, también existen fuerzas intermoleculares, que,
como su nombre lo indica, mantienen unidas las moléculas.
Se denomina enlace químico a la fuerza que mantiene unidos a los átomos o a los iones y forman distintas sustancias.
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Los enlaces se pueden clasificar en tres grupos principales:
enlaces iónicos, enlaces covalentes y enlaces metálicos.
Enlace iónico: es la fuerza de atracción eléctrica que existe entre los
iones de cargas opuestas (cationes – aniones) que los mantienen juntos
en una estructura cristalina. Resulta de la transferencia de uno o más
electrones desde un elemento electropositivo hacia el elemento
electronegativo. El enlace iónico ocurre cuando en el enlace, uno de los
átomos capta electrones del otro. La atracción electrostática entre los
iones de carga opuesta causa que se unan y formen un compuesto
químico simple, aquí no se fusionan; sino que uno da y otro recibe. Para
que un enlace iónico se genere es necesario que la diferencia de
electronegatividades sea más que 1, 9.
Enlace Covalente: se define como la fuerza de atracción que resulta al
compartir electrones entre dos átomos no metálicos. Se presenta
cuando átomos no metálicos tienen valores de electronegatividades
iguales o muy cercanos se unen entre si compartiendo sus electrones.
• Enlace covalente no polar: es cuando la diferencia de
electronegatividad entre los dos átomos unidos es cero. Ej.:
I2 – O2 – Br2 – H2
• Enlace covalente polar: se forma cuando al unirse átomos
diferentes, la diferencia de electronegatividades es mayor a
cero y menor a 1,9. Ej.: H2O - HCl - NH3.
En este tipo de enlace el par de electrones compartidos
queda más cerca del átomo más electronegativo.
• Enlace covalente simple: enlace formado por la unión de dos
átomos de elementos no metálicos al compartir un par de
electrones entre ellos, donde cada átomo aporta un electrón.
Ej.: H2- HF – CCl4 – NH3
La electronegatividad de un elemento es la capacidad que tiene un átomo de dicho elemento para atraer hacia sí los electrones de un enlace.
Molécula Homonuclear:
partícula formada por átomos
del mismo elemento.
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• Enlace covalente doble: es el enlace que se forma por una
unión de dos átomos de elementos no metálicos al
compartir dos pares de electrones entre ellos, donde cada
átomo aporta dos electrones. Ej.: O2 – CO2
• Enlace covalente triple: se define como el enlace formado
por la unión de dos átomos de elementos no metálicos al
compartir tres pares de electrones entre ellos, donde cada
átomo aporta tres electrones. Ej.: N2 – HCN – CO.
• Enlace covalente coordinado: se define como la unión
química entre dos átomos de elementos no metálicos que
resulta de compartir un par de electrones, los cuales son
aportados por uno de los átomos y el otro solo contribuye
con un orbital vacío. Este enlace se simboliza con una
flecha para indicar la procedencia de los dos electrones,
porque una vez formado, este es idéntico al enlace covalente
simple.
Enlace metálico: los metales forman una red cristalina cuyos nudos
están constituidos por los cationes. Los electrones de enlaces están
deslocalizados y se desplazan entre los cationes en distintas direcciones.
De ello resulta una estructura de iones positivos que parecen estar
inmersos en un mar de electrones. La fuerza de cohesión entre esos
cationes y los electrones deslocalizados forma un tipo de enlace entre
átomos que se denomina enlace metálico.
Molécula Heteronuclear:
partícula formada por átomos
de diferentes elementos.
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Grupos funcionales
Se conocen como grupos funcionales a las características
funcionales que hacen posible la clasificación de los compuestos
familias. Un grupo funcional es un grupo de átomos que tienen un
comportamiento químico característico en todas las moléculas en las
que aparece. La química de todas las moléculas orgánicas,
independientemente de su tamaño y complejidad, está determinada por los
grupos funcionales que contiene.
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Actividades
A continuación, te invitamos a resolver las siguientes actividades en
relación a los temas vistos con anterioridad.
1.-a- En una formula química, el número que indica los átomos presentes
en una molécula o en una celda unitaria se denomina:
i- número de oxidación
ii- subíndices
iii- superíndices
iv- números atómicos
b- Un grupo de átomos que actúan juntos, como si fueran un solo átomo
cargado, es un…
i- Ion poliatómico
ii- Molécula
iii- Ion negativo
iv- Metal
c- Un enlace químico que se presenta cuando los átomos comparten
electrones entre si se denomina..
i- Iónico
ii- Metálico
iii- Covalente
d- ¿Cuántos electrones se necesitan en los niveles de energía de la
mayoría de los átomos, para que sean químicamente estables?
i- 2
ii- 6
iii- 4
iv- 8
e- ¿Qué tipo de enlace químico se forma cuando los electrones se
transfieren de un átomo a otro?
i- Iónico
ii- Covalente
iii- Magnético
iv- Metálico
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f- ¿Cómo se denomina la fuerza que mantiene unidos a los átomos en un
compuesto?
i- Fórmula química
ii- Número químico
iii- Enlace químico
2- Utiliza las estructuras de Lewis para mostrar la formación de enlaces
covalentes simples entre los siguientes átomos
a- 2 átomos de cloro
b- 4 átomos de hidrogeno y 1 átomo de carbono
c- 1 átomo de nitrógeno y 3 átomos de hidrógeno
d- 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de azufre
e- 2 átomos de hidrógeno y uno de oxígeno
f- 1 átomo de hidrógeno y 1 átomo de bromo
3- Completa las siguientes estructuras de Lewis, señalando mediante
guiones o flechas los tipos de enlace que se presentan entre los átomos
en cada una de las siguientes moléculas.
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Nomenclatura
Los símbolos de los elementos son signos abreviados que usan
los científicos y deben entrar a formar parte del vocabulario del
estudiante de química.
Un símbolo encierra una gran cantidad de Información,
identifica un elemento y también puede representar al átomo de un
elemento cuando se emplea en la fórmula de un compuesto. La fórmula
del metanol es CH4O; esto significa que es un compuesto de carbono,
hidrógeno y oxígeno y que la proporción de sus átomos es 1 :4: l. La
proporción de los átomos de hierro y cloro en FeCl3 es 1:3.
Los elementos se ubican en la tabla periódica ordenados
según su número atómico (número de protones que hay en el núcleo).
Fig. 1. Tabla Periódica
Compuestos inorgánicos
Principio de electroneutralidad
El principio básico de aplicación en el manejo del concepto de
número de oxidación es la electroneutralidad de la materia. Es decir que,
en cualquier compuesto (iónico o covalente) la suma algebraica de los
números de oxidación de todos los elementos combinados es cero.
En general, los metales tienen números de oxidación positivos y
los no metales tienen número de oxidación negativos cuando están
combinados directamente. En los compuestos formados por no metales,
al más electronegativo se le asigna el número de oxidación negativo.
Para asignar números de oxidación a los elementos, se aplican
una serie de reglas:
1)- La suma algebraica de los números de oxidación de todos
Para ver una tabla periódica
dinámica puede entrar a aquí
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los átomos unidos en un compuesto es cero.
2)- El número de oxidación de un elemento no combinado es
cero.
3)- El número de oxidación de un ión (mono ó poliatómico) es
igual a su carga.
4)- El H en la mayoría de sus combinaciones tiene número de
oxidación +1, con excepción de los hidruros metálicos en donde tiene
número de oxidación -1.
5)- El O en la mayoría de sus combinaciones tiene número de
oxidación -2, con excepción de los peróxidos en donde tiene -1.
6)- Los metales representativos de los grupos I, II y III, tienen
número de oxidación +1, +2 y +3 respectivamente.
7)- Los halógenos combinados directamente con metales tienen
número de oxidación -1. En los compuestos con otros no metales o entre
sí, puede tener +1, +3, +5 ó +7.
Formación de Compuestos
METALES + HIDRÓGENO → HIDRUROS METÁLICOS
Se escribe primero el metal y luego el hidrógeno.
Se nombran como hidruro del metal correspondiente.
Na + H2 → NaH hidruro de sodio
LiH hidruro de litio
MgH2 hidruro de magnesio
NO METALES + HIDRÓGENO → HIDRURO NO METÁLICO
Se escribe primero el hidrógeno y luego el no metal.
Se nombra el no metal con la terminación -uro de hidrógeno
Br2 + H2 → HBr bromuro de hidrógeno
HF fluoruro de hidrógeno
H2S sulfuro de hidrógeno
HIDRURO NO METÁLICO + AGUA→HIDRÁCIDO
Se escribe primero el hidrógeno y luego el no metal.
Se nombra como ácido seguido por el nombre del no metal con la
terminación -hídrico de hidrógeno
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H2O
HCl (g) HCl (ac) ácido clorhídrico
Los hidruros no metálicos al disolverse en agua forman los hidrácidos,
los cuales se encuentran ionizados de la siguiente forma: el ión positivo
del hidrógeno y el ión negativo del resto de la molécula, de allí el nombre
de hidrácidos (compuestos que ionizan liberando protones).
HCl(ac) + H2O H+(ac) + Cl-(ac)
METALES + OXÍGENO → ÓXIDOS BÁSICOS
Se escribe primero el metal y luego el oxígeno. En estos compuestos el O
actúa siempre con número de oxidación -2. Las fórmulas se establecen
considerando el número de oxidación del oxígeno y el número de
oxidación de los metales con quienes se combina, que siempre tendrán
valores positivos.
Se nombra como óxido del metal correspondiente. Si el metal tiene más
de un número de oxidación se coloca entre paréntesis el número romano
correspondiente al estado de oxidación.
Na + O2 → Na2O óxido de sódio
La nomenclatura vieja coloca la terminación -OSO para el menor estado
de oxidación y la terminación -ICO para el mayor estado de oxidación.
Hg2O óxido de mercurio (I) - óxido mercurioso
HgO óxido de mercurio (II) - óxido mercúrico
Sabias que la cal (CaO) es un compuesto muy utilizado en la
construcción y la preparación de frutas en conserva?
OXIDOS BÁSICOS + H2O→ HIDRÓXIDOS
Se escribe primero el metal y luego el ión hidróxido.
Se nombran como hidróxido del metal correspondiente.
Na2O+ H2O → 2 NaOH Hidróxido de sodio (soda caústica)
FeO + H2O → Fe(OH)2Hidróxido de hierro (II) - Hidróxido ferroso
Son compuestos que al disolverse en agua forman iones, el ión
positivo del metal y el ión oxidrilo (OH-), de allí el nombre de hidróxidos
(compuestos que ionizan liberando oxhidrilos).
Los hidróxidos son bases,
pero debe quedar claro que no
todas las bases son
hidróxidos.
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NaOH(s) + H2O Na+(ac) + OH-(ac)
NO METALES + OXÍGENO → ÓXIDOS ÁCIDOS O ANHÍDRIDOS
Se escriben primero el no metal y luego el oxígeno.
Se nombran como óxido del no metal correspondiente. Si el no metal
tiene más de un número de oxidación se coloca entre paréntesis el
número romano correspondiente al estado de oxidación. En este caso,
también suelen usarse las terminaciones -ICO y -OSO para el mayor o
menor estado de oxidación respectivamente. T
Cl2OAnhídrido hipocloroso – Monóxido de dicloro – Oxido de cloro (I)
P2O3Anhídrido fosforoso – Trióxido de difósforo - Oxido de fósforo (III)
P2O5Anhídridofosforico – Pentóxido de difósforo - Oxido de fósforo (V)
Sabias que el anhídrido sulfúrico (SO3) es un gas toxico y uno
de los causantes de la lluvia ácida?
ÓXIDOS ÁCIDOS + H2O → ÁCIDOS
Se escribe primero el hidrógeno seguido del no metal y por último el
oxígeno.
Se nombran como ácido del óxido correspondiente.
SO2+ H2O → H2SO3 ácido sulfuroso
SO3+ H2O → H2SO4 ácido sulfúrico
En el caso de los halógenos Cl, Br, I que presentan números de
oxidación +1, +3, +5, +7, se utilizan los sufijos OSO e ICO sobre el
nombre del no metal para indicar los estados de oxidación +3 y +5, y
agrega a estos nombres los prefijos HIPO y PER los números de
oxidación +1 y +7 respectivamente.
HClO ácido hipocloroso
HClO2 ácido cloroso
HClO3 ácido clórico
Los ácidos minerales como el H2SO4, HCl y HNO3 son muy corrosivos y destruyen tejidos
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HClO4 ácido perclórico
Son compuestos que al disolverse en agua forman iones, el ión
positivo del hidrógeno (llamado protón, H+) y el ión negativo del resto de
la molécula, de allí el nombre de ácidos (compuestos que ionizan
liberando protones).
HClO(ac) + H2O H+ (ac) + ClO-(ac)
Actividades
A continuación, te invitamos a resolver las siguientes actividades en
relación a los temas vistos con anterioridad.
1. Calcular el número de oxidación del elemento indicado en cada uno
de los siguientes compuestos:
a) N en HNO3 b) Cl en Cl2O5 c) Br en HBrO2
d) Mn en MnO2 e) I en NaIO4 f) S en H2SO4
g) P en H3PO4 h) S en H2SO3 I) P en H3PO3
2. Escribe la fórmula de los siguientes hidruros metálicos
a- Hidruro de litio
b- Hidruro de Bario
c- Hidruro áurico
d- Hidruro ferroso
3. Escribe la fórmula o el nombre, según corresponda, de los siguientes
hidruros no metálicos
Nombre Fórmula
Cloruro de hidrogeno
H2S
Amoniaco
H2Se
Fluoruro de hidrogeno
H3P
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4. Escribe la fórmula o el nombre, según corresponda, de los siguientes
hidrácidos
Nombre Fórmula
Ácido Clorhídrico
HBr (ac)
Ácido Sulfhídrico
HF
Ácido Iodhídrico
5. Escribe los óxidos básicos que resultan de combinar los siguientes
metales con oxígeno.
a- Li b- Fe c- Au d- Pb
e- Ca f- Mn g- Cr h- Ni
6. Escribe todos los óxidos ácidos que resultan de combinar los
siguientes no metales con oxígeno.
a- B b- Si c- P d- Br
e- C f- N g- S
7. Escribe las fórmulas de los siguientes óxidos básicos.
a- Oxido de estroncio
b- Oxido de bario
c- Oxido cobaltico
d- Oxido de plata
e- Oxido de estaño (IV)
8. Escribe el nombre de los siguientes óxidos ácidos, utilizando para ello
cualquier tipo de nomenclatura
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9. Combina los siguientes cationes metálicos (M+) con el anión (OH-) para
formar los hidróxidos, escribe su fórmula química y nómbralos.
Fe3+ - Hg2+ - Li+ - Pt2+ - Ca2+ - Au3+ - Co2+ - Mn4+
10. Escribe la fórmula de los siguientes hidróxidos:
a- Hidróxido de níquel (III)
b- Hidróxido mercuroso
c- Hidróxido de manganeso (IV)
d- Hidróxido de bario
e- Hidróxido cádmico
11. Completa la tabla, según corresponda, con las fórmulas o los
nombres de algunos ácidos o iones.
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HIDRÓXIDOS + ÁCIDOS → SAL + H2O
Se escribe primero el metal y luego el anión correspondiente al
ácido.
Se nombra cambiando la terminación del ácido -ico y -oso por -ATO e –
ITO respectivamente. Al igual de lo que ocurre cuando nombramos los
oxácidos, cuando existen más de dos estados de oxidación, se
mantienen los prefijos HIPO y PER.
2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2 H2O
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hidróxido de sodio + ácido sulfúrico → sulfato de sodio
NaOH + HClO → NaClO + H2O
hidróxido de sodio + ácido hipocloroso → hipoclorito de sódio
NaOH + HClO4 → NaClO + H2O
hidróxido de sodio + ácido perclórico → perclorato de sódio
Son compuestos que al disolverse en agua forman iones, el ión
positivo del metal y el ión negativo del resto de la molécula,
Na2SO4 (s) + H2O 2 Na+ (ac) + SO4-2(ac)
HIDRÓXIDOS + HIDRÁCIDOS → SAL + H2O
Se escribe primero el metal proveniente del hidróxido y luego el
no metal proveniente del hidrácido.
Se nombra el no metal con la terminación -uro del metal
correspondiente.
NaCl cloruro de sodio (sal de mesa)
KI ioduro de potasio
Son compuestos que al disolverse en agua forman iones, el ión
positivo del metal y el ión negativo del halogenuro,
KCl (S) + H2O K+(ac) + Cl-(ac)
Es interesante notar que, ácidos como el SH2 o el SO4H2, tienen
más de un H en condiciones de ser reemplazados por iones metálicos o
hidróxidos como el Ca(OH)2 o el Al(OH)3 tienen más de un OH. En
ocasiones1 pueden reemplazarse todos los H u OH y en ocasiones
solamente uno o dos. En este último caso, las sales formadas se
denominan ácidas o básicas debido a que todavía existe un H o un OH
reemplazable en el ácido o hidróxido original. Por ejemplo:
SO4H2 + LiOH LiSO4H + H2O
Acido sulfúrico Hidróxido de litio Sulfato ácido de litio
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2ClH + 2 Ca(OH)2 2 Ca(OH)Cl + 2H2O
Acido clorhídrico Hidróxido de cálcio Cloruro básico de cálcio
Actividades
A continuación, te invitamos a resolver las siguientes actividades en
relación a los temas vistos con anterioridad.
1. Combina los cationes y aniones respectivos y nombra la sal formada
2. Combina los cationes y aniones respectivos y nombra la sal formada
a- Fe2+ + CO32-
b- Na+ + SO42-
c- Sn4+ + NO3-
d- Au3+ + PO43-
e- Pt2+ + IO4-
f- K+ + SiO32-
g- Li+ + NO2-
h- Ba2+ + IO3-
3. Asigna una formula química a cada una de las sales:
a- Carbonato de aluminio
b- Sulfato de cadmio
c- Nitrito de calcio
d- Yodato de cobre
e- Clorito de magnesio
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f- Perclorato de sodio
g- Nitrato de plata
4. a) Clasificar las siguientes sales como ácidas o básicas.
b) Nombrarlas.
KHS; Al(OH)SO4; CaHPO4; NaHSO4; Mg(OH)Cl; KH2PO4.
Estequiometría
La estequiometría es la parte de la química que se ocupa de las
relaciones cuantitativas entre las sustancias que intervienen en las
reacciones químicas.
Ya hemos visto que las fórmulas de los compuestos tienen un
significado cualitativo y cuantitativo, lo mismo sucede cuando se
representan mediante una ecuación química las transformaciones que
se producen entre unos compuestos para obtener otros distintos.
Además, es importante destacar que las reacciones se
deben presentar ajustadas, lo que supone una información acerca de las
cantidades que intervienen en ellas, siendo éstas iguales en ambos
miembros, aunque los compuestos sean distintos (principio de
conservación de la masa).
Las ecuaciones químicas representan tanto la relación que
se establece entre átomos como entre moles.
Una vez establecida la ecuación química de una reacción,
se puede seguir un modelo simple para la solución de todos los
problemas estequiométricos, que consiste en tres pasos:
1.- Convertir la cantidad de sustancia “dato” a moles.
2.- Calcular a partir de los moles de la sustancia “dato” los moles
de la sustancia “incógnita”
3.- Convertir los moles de la sustancia “incógnita” a las unidades
de cantidad requeridas.
Para poder llevar a cabo estos pasos, vamos a recordar algunos
conceptos muy importantes que deben ser tenidos en cuenta:
Masa Atómica
La masa atómica (también conocida como peso atómico) es la
masa de un átomo en unidades de masa atómica (uma). Una unidad de
Volver
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masa atómica se define como la masa exactamente igual a la doceava
parte de la masa del isótopo más abundante del átomo de carbono (12 C).
En química, interesa conocer únicamente el peso atómico medio
de los átomos que refleja la abundancia relativa de los distintos isótopos.
Por ejemplo, en el caso del carbono, una muestra natural tomada al azar
contiene 98,892 % de 12 C 1,108 % de 13 C. La masa media experimental se
llama peso atómico relativo, o simplemente peso atómico.
Átomo-gramo y número de Avogadro El átomo gramo de un elemento es la cantidad de gramos de
ese elemento numéricamente igual a su peso atómico. Se representa por
At-g
Un átomo-gramo de cualquier elemento contiene 6,023 x 1023
átomos de ese elemento.
En la actualidad se usa un término equivalente al at-gr, el mol,
que es la unidad básica de cantidad de sustancia en el sistema
internacional, SI.
El número 6,023 x 1023 , que representa la cantidad de unidades
que hay en un mol de sustancia , se llama número de Avogadro, y se le
designa por el símbolo N.
Ejemplo:¿Cuántos átomos de Azufre hay en una muestra de 10
gr de este elemento?
Dato: Peso atómico del azufre : 32
Solución: Un átomo de azufre pesa 32 uma, por lo tanto un átomo-gramo
de azufre pesa 32 gr., luego 10 gr. de S son:
32 gr S ----------- 1 mol de átomos S
10 gr S ----------- x = 0,312 moles de átomos de S
Como 1 mol de átomos de azufre tiene 6,02x 1023 átomos de S,
0,312 mol de átomos de S contiene:
1 mol átomos S ---------- 6,02x 1023 átomos de S
0,312 átomos S---------- x = 1,88 x 1023 átomos de S
Mol y peso molecular
Se ha definido el mol como 6,02x 1023 unidades fundamentales.
Elementos
1at-g ≡ 1 peso atômico g ≡ 1 mol de átomos ≡ 6.02x1023atomos
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En cualquier situación, el mol representa este número fijo, así como una
docena es siempre 12.
Sin embargo, el peso de un mol depende del peso de las
entidades individuales que se estén considerando. En este sentido se
habla de un mol de átomos de H, de un mol de moléculas de H2 , o de un
mol de iones H+ cuando se trata de 6,02x 1023 unidades de las sustancias
citadas.
Ejemplos:
un mol de átomos de H contiene 6,02x 1023 átomos de H, su
peso es de 1,008 g
un mol de átomos de O contiene 6,02x 1023 átomos de O, su
peso es de 16,00 g
un mol de átomos de Cu contiene 6,02x 1023 átomos de Cu, su
peso es de 63,54 g
El peso de un mol de moléculas también se puede obtener de los pesos
atómicos. Así, un mol de moléculas de CO contiene un mol de átomos de
C y un mol de átomos de O. El peso de un mol de CO será:
Peso de 1 mol de C + peso de 1 mol de O = peso de 1 mol de CO
12,01 g+16 g= 28,01 g
La molécula-gramo de un compuesto es la cantidad de gramos
de ese compuesto numéricamente igual a su peso molecular.
Compuestos
1 molécula-g ≡ 1 peso molecular g ≡ 1 mol de moléculas≡ 6.02x1023moleculas
Actividades
A continuación, te invitamos a resolver las siguientes actividades en
relación a los temas vistos con anterioridad.
1. ¿Cuántos átomos hay en 5,10 moles de azufre?
2. ¿Cuántos moles de átomos de cobalto hay en 6x109 átomos de Co?
3. ¿Cuántos moles de átomos de calcio hay en 77,4 g de Ca?
4. ¿Cuántos átomos de oro hay en 15,3 moles de Au?
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5. El grosor de una hoja de papel es 0,0036 pulgadas. Considere que un
libro tiene el número de Avogadro de hojas. Calcule el grosor de dicho
libro en metros.
6. Cuántos gramos de cobalto (Co) pesan 6x109 átomos de Co?
7. ¿Cuál es la masa en gramos de un solo átomo de cada uno de los
siguientes elementos:
a- Hg b- Ne
8. ¿Cuántos átomos de Ca hay en 77.4 g de Ca?
9. Calcula la masa molecular (en u.m.a.) de cada una de las siguientes
sustancias: CH4, NO2, SO3, C6H6, NaI.
10. Calcula la masa molar de un compuesto si 0,372 moles de este
tienen una masa de 152 g.
11. Calcula el número de átomos de C, H y O en 1,50 g de glucosa
(C6H12O6)
12. Durante muchos años se utilizó el cloroformo (CHCl3) como
anestésico de inhalación a pesar de ser también una sustancia toxica
que se puede dañar el hígado, los riñones y el corazón. Calcule la
composición porcentual en masa de este compuesto.
13. El alcohol cinámico se utiliza principalmente en perfumería, en
especial en jabones y cosméticos. Su fórmula molecular es C9H10O.
a- Calcule la composición porcentual en masa de C, H y O del
alcohol cinámico
b- Cuántas moléculas de alcohol están presentes en una muestra de
0,469 g.?
14. Todas las sustancias que aparecen a continuación se utilizan como
fertilizantes, que contribuyen a la nitrogenación del suelo. ¿Cuál de ellas
representa una mejor fuente de nitrógeno, de acuerdo con su
composición porcentual en masa?
a- Urea (NH2)2CO
b- Nitrato de amonio NH4NO3
c- Amoniaco NH3
d- Guanidina HNC(NH2)2 Volver
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Lectoescritura
Te proponemos leer el siguiente texto completo para luego poder realizar
las actividades propuestas.
El texto que sigue es un extracto adaptado de “Química. La Ciencia
Central”, de Brown, LeMay, Bursten and Burdge. Pag. 920. Novena
edición. Editorial Impresora Apolo. Mexico DF. Año 2004. Disponible en la
Biblioteca Central Juan Filloy de la UNRC para su consulta.
Presencia de los metales y su distribución en la naturaleza
La parte de nuestro ambiente que constituye el suelo bajo nuestros pies
se llama litósfera.
La litósfera aporta todos los materiales que usamos como alimento,
vestido, abrigo y entretenimiento.
Aunque en su mayor parte la Tierra es sólida sólo tenemos acceso a una
pequeña región próxima a la superficie. En tanto que el radio de la tierra
es de 6370 km, la mina más profunda no penetra más allá de 4 km.
Muchos de los metales de mayor utilidad para nosotros no son
particularmente abundantes en esa parte de la litósfera a la que tenemos
acceso con facilidad. En consecuencia la presencia natural y la
distribución de depósitos concentrados de estos elementos suelen jugar
un papel en la política internacional en la medida en que los países
compiten por el acceso a estos materiales.
Los depósitos que contienen metales en cantidades susceptibles de
explotación económica se conocen como menas. Por lo regular es
preciso separar los compuestos o elementos deseados de una gran
cantidad de material indeseable, para después tratarlos químicamente de
modo que se puedan utilizar.
Cada año se extraen alrededor de 23 toneladas de materiales de la
litósfera para sostener a cada habitante de un país como Estados
Unidos.
Debido a que se están agotando las fuentes más ricas de muchas
sustancias, en el futuro probablemente será necesario tratar volúmenes
mayores de materia prima de menor calidad. Por consiguiente, la
extracción de los compuestos y elementos que necesitamos podría
costar más en términos de energía como de repercusiones ambientales.
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Minerales
A excepción del Au, Ru, Rh, Pd, Os, Ir y Pt, casi todos los elementos
metálicos se encuentran en la naturaleza formando compuestos
inorgánicos sólidos llamados minerales.
La tabla 1 muestra una lista de las principales fuentes de minerales de
varios metales comunes. Adviértase que los minerales se identifican con
nombres comunes en lugar de nombres químicos. Los minerales por lo
general se nombran según el lugar donde fueron descubiertos, la
persona que los descubrió o alguna característica como el color. Por
ejemplo malaquita proviene de la palabra griega malache, que es el
nombre de un tipo de árbol cuyas hojas son del color del mineral.
Metal Simbolo
químico
Mineral Composición Nombre Químico
Aluminio Bauxita Al2O3
Cobre Calcocita Cu2S
Estaño Casiterita SnO2
Hierro Hematita Fe2O3
Manganeso Pirolusita MnO2
Mercurio Cinabrio HgS
Molibdeno Molibdenita MoS2
Plomo Galena PbS
Titanio Rutilo TiO2
TABLA 1 – Principales fuentes minerales de algunos metales comunes.
Pirometalurgia La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracción de metales de
sus fuentes naturales y de su preparación para usos prácticos.
El proceso consta de varias etapas desde la extracción del mineral hasta
la purificación del metal.
Un gran número de procesos metalúrgicos utiliza temperaturas elevadas
para modificar el mineral químicamente y reducirlo a metal libre. El uso
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del calor para modificar el mineral se llama pirometalurgia. (piro significa
“alta temperatura”).
La calcinación es el calentamiento de un mineral para provocar su
descomposición y la eliminación del producto volátil como dióxido de
carbono o agua. Los carbonatos se suelen calcinar para expulsar dióxido
de carbono y formar el óxido del metal.
Por ejemplo:
PbCO3(s) calor PbO(s) + CO2(g) Ec (1)
Casi todos los carbonatos se descomponen con razonable rapidez a
temperaturas de alrededor de 500oC, aunque el carbonato de calcio
requiere una temperatura de 1000oC.
La tostación es un tratamiento térmico que favorece las reacciones
químicas entre el mineral y la atmósfera del horno. Este tratamiento
puede dar lugar a la oxidación o la reducción o ir acompañado de
calcinación. Un importante proceso de tostación es la oxidación de
sulfuros en presencia de aire, en la que el metal se transforma en el óxido
como en los ejemplos que siguen:
ZnS(s) + O2(g) + calor ZnO (s) + SO2(g) Ec (2)
MoS2 + ................ MoO3(s) + ............. Ec (3)
En muchos casos se puede obtener el metal libre empleando una
atmósfera reductora durante la tostación. El monóxido de carbono crea
una atmósfera de este tipo y su uso es frecuente para tratar algunos
óxidos metálicos, por ejemplo:
El óxido plumboso sólido con monóxido de carbono gaseoso reaccionan
a altas temperaturas para dar plomo metálico libre líquido y dióxido de
carbono gaseoso.
Actividad de lectoescritura
1. Escribir el nombre de los metales representados por sus símbolos
químicos en el primer párrafo del texto.
2. Completar la tabla 1.
3. Escribir la fórmula química de los compuestos indicados con
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negritas a lo largo de todo el texto.
4. Analizar las Ecuaciones químicas (1) y (2), verificar si se cumple la
ley de conservación de la masa. Si no es así, llevar a cabo las
correcciones correspondientes.
5. Analizar las reacciones químicas representadas por la Ec(2) y
completar, a partir de ella la Ec (3). Ajustar la ecuación de modo
que cumpla con la ley de conservación de la masa.
6. Nombrar todos los compuestos representados en las Ec. (1), (2) y
(3)
7. Con respecto al primer tramo del texto,
a. Investigar sobre al menos dos compuestos o elementos
metálicos de interés práctico o tecnológico que explique por
qué los países compiten por el acceso a estos materiales.
b. Hacer una reflexión sobre los costos energéticos y
ambientales relacionados con la obtención de estos
compuestos y vincularlo con su utilidad, su destino y de qué
modo se podrían minimizar los daños.
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Bibliografía
Química – Estructura, propiedades y transformaciones de la materia.
A. Candás, D. Fernández, G. Gordillo, E. Wolf. Ed. Estrada. 2001.
Química. R. Chang. Ed. Mc Graw Hill. 2007.
Química para el nuevo milenio. Hill y Kolb. Ed. Prentice Hall. 1999.
Temas de Química General. Angellini, Baumgartner, Benítez, Bullwik. Ed.
Universitaria. 1988.
Química. La Ciencia Central. T.L.Brown, H.E.Le May, Jr., B.E.Bursten,
J.R.Burdge. Ed. Pearson. 2004.
Química General - Un nuevo enfoque en la Enseñanza de la Química. J.C.
Guardado, M.E. Osuna Sánchez, J.I. Ortiz Robles. Dirección General de
Escuelas Preparatorias. 2008.
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